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测感技术32信号分析和频域测量显示技术讲解学习.ppt
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通信/电子
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测感技术32信号分析和频域测量显示技术讲解学习.ppt
信号分析和频域测量显示技术 信号分析和信号频谱的概念
1)信号的定义及种类
按照信号随时间变化的特点,可分为:
确定信号与随机信号 、连续时间信号与离散时间信号 、周期信号与非周期信号;
频谱仪
恒带宽分析式频谱仪:频率轴为线性刻度,信号的基频分量和各次谐波分量在横轴上等间距排列,适用于周期信号和波形失真的分析。
恒百分比带宽分析式频谱仪:频率轴采用对数刻度,频率范围覆盖较宽,能兼顾高、低频段的频率分辨率,适用于噪声类广谱随机信号的分析。
目前许多数字式频谱仪可以方便地实现不同带宽的FFT分析以及两种频率刻度的显示,故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。
3)频谱分析仪的分类
第*页
3、滤波式频谱分析仪原理及分类
基本原理:先用带通滤波器选出待分析信号,然后用检波器将该频率分量变为直流信号,再送到显示器将直流信号的幅度显示出来。为显示输入信号的各频率分量,带通滤波器的中心频率是多个或可变的。
分类:
档级滤波式频谱仪
并行滤波式频谱仪
扫频滤波式频谱仪
数字滤波式频谱仪
3、滤波式频谱分析仪原理及分类
(1)档级滤波式频谱仪
也叫顺序滤波频谱仪,由多个通带互相衔接的带通滤波器和共用检波器构成。用多个频率固定且相邻的窄带带通滤波器阵列来区分被测信号的各种频率成分,因此得以全面记录被测信号。
这种方法简单易行,但在频带较宽或较高频段的情况下需要大量滤波器,仪器体积过大;由于通带窄,分辨力和灵敏度都不是很高。一般用于低频段的音频测试等场合。
3、滤波式频谱分析仪原理及分类
(2)并行滤波式频谱仪
与档级滤波式的区别在于每个滤波器之后都有各自的检波器,无需电子开关切换及检波建立时间,因此速度快,能够满足实时分析的需要。但是可显示的频谱分量数目取决于滤波器的数目,所以需要大量的滤波器和检波器。
3、滤波式频谱分析仪原理及分类
(3)扫频滤波式频谱仪
实质是一个中心频率在整个宽带频率范围内可调谐的窄带滤波器。当它的谐振频率改变时,滤波器就分离出特定的频率分量。
扫频滤波式频谱仪与档级滤波式一样,是一种非实时频谱测量。结构简单,价格低廉。缺点是电调谐滤波器损耗大、调谐范围窄、频率特性不均匀、分辨率差,目前这种方法只适用于窄带频谱分析。
4. 外差式频谱仪
外差式频谱仪的频率变换原理与超外差式收音机相同:利用无线电接收机中普遍使用的自动调谐方式,通过改变扫频本振的频率来捕获待测信号的不同频率分量。也称扫频外差式频谱仪。扫频外差式方案是实施频谱分析的传统途径,在高频段占据优势地位。
1)外差式频谱仪的组成
主要包括输入通道、混频电路、中频处理电路、检波和视频滤波等部分。
外差式频谱分析仪频率范围宽、灵敏度高、频率分辨率可变,是目前频谱仪中数量最大的一种。由于被分析的频谱依次被顺序采样,因而不能进行实时分析。这种分析仪只能提供幅度谱,不能提供相位谱。
2) 外差式频谱仪的主要性能指标(了解)
输入频率范围
频率扫描宽度
频率分辨率
频率精度
扫描时间
相位噪声/频谱纯度
幅度测量精度
动态范围
灵敏度/噪声电平
本振直通/直流响应
本底噪声
1dB压缩点和最大输入电平
频率指标
幅度指标
5. 付里叶分析仪
1) FFT分析仪的原理
2) FFT分析仪的实现
付里叶分析仪将输入信号数字化,再对时域数字信息进行FFT变换以获得频域表征,属于数字式频谱仪。
由于采用微处理器或专用集成电路,速度明显超过传统的模拟式扫描频谱仪,能进行实时分析;
但它同时受A/D转换器件的指标限制,通常带宽是有限的,工作频段较低。
1)FFT分析仪原理及组成
输入信号首先经过可变衰减器以提供不同的幅度测量范围,然后经低通滤波器除去仪器频率范围之外的高频分量。接下来对信号进行时域波形的采样和量化,转变为数字信息。最后由微处理器利用FFT计算波形的频谱,并将结果显示出来。
第*页
选用哪种方案实现频谱分析?准则:可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗
ASIC:提供有限的可编程性和集成水平,通常可为某项固定功能提供最佳解决方案;
FPGA:可为高度并行或涉及线性处理的高速信号处理提供最佳解决方案,如数字滤波器等的设计;
DSP:可为复杂决策分析等功能提供最佳可编程解决方案,如FFT这样具有顺序特性的信号处理。
结论:鉴于频谱分析通常需要较高的可编程性,因
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