测感技术32.pptx

3 3）周期信号的频谱特性）周期信号的频谱特性）周期信号的频谱特性）周期信号的频谱特性uu频频频频谱谱谱谱密密密密度度度度由由由由无无无无穷穷穷穷个个个个冲冲冲冲激激激激函函函函数数数数组组组组成成成成，位位位位于于于于谐谐谐谐波波波波频频频频率率率率n n 0 0处处处处冲冲冲冲激激激激函函函函数数数数的的的的强强强强度度度度是是是是第第第第n n个付氏级数系数的个付氏级数系数的个付氏级数系数的个付氏级数系数的2 2 倍。倍。倍。倍。uu离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；离散性：频谱是离散的，由无穷多个冲激函数组成；uu谐谐谐谐波波波波性性性性：谱谱谱谱线线线线只只只只在在在在基基基基波波波波频频频频率率率率的的的的整整整整数数数数倍倍倍倍上上上上出出出出现现现现，即即即即谱谱谱谱线线线线代代代代表表表表的的的的是是是是基基基基波波波波及及及及其其其其高高高高次次次次谐波分量的幅度或相位信息；谐波分量的幅度或相位信息；谐波分量的幅度或相位信息；谐波分量的幅度或相位信息；uu收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小。收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小。收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小。收敛性：各次谐波的幅度随着谐波次数的增大而逐渐减小。-T1T1|X(t)|T-T0-2T00T002T /24 4）非周期信号的频谱非周期信号的频谱非周期信号的频谱非周期信号的频谱非周期信号的付氏变换非周期信号的付氏变换非周期信号的付氏变换非周期信号的付氏变换 付付付付氏氏氏氏级级级级数数数数表表表表示示示示仅仅仅仅限限限限于于于于周周周周期期期期信信信信号号号号。如如如如果果果果把把把把非非非非周周周周期期期期信信信信号号号号视视视视为为为为周周周周期期期期无无无无穷穷穷穷大大大大的的的的周周周周期期期期信号，则非周期信号可通过付氏变换表示在频域中。信号，则非周期信号可通过付氏变换表示在频域中。信号，则非周期信号可通过付氏变换表示在频域中。信号，则非周期信号可通过付氏变换表示在频域中。一个时域非周期信号的付氏变换定义为：一个时域非周期信号的付氏变换定义为：一个时域非周期信号的付氏变换定义为：一个时域非周期信号的付氏变换定义为：其反变换或逆变换为：其反变换或逆变换为：uu频谱密度函数频谱密度函数频谱密度函数频谱密度函数F F(j j)是是是是 的连续函数，即非周期信号的频谱是连续的。的连续函数，即非周期信号的频谱是连续的。的连续函数，即非周期信号的频谱是连续的。的连续函数，即非周期信号的频谱是连续的。uu当当当当f f(t t)为为为为实实实实函函函函数数数数时时时时，有有有有F F(j j)=F*F*(-(-j j)。且且且且频频频频谱谱谱谱的的的的实实实实部部部部R R()是是是是偶偶偶偶函函函函数数数数、虚虚虚虚部部部部X X()是奇函数；是奇函数；是奇函数；是奇函数；uu当当当当f f(t t)为虚函数时，有为虚函数时，有为虚函数时，有为虚函数时，有F F(j j)=-)=-F*F*(-(-j j)。且。且。且。且R R()是奇函数、是奇函数、是奇函数、是奇函数、X X()是偶函数；是偶函数；是偶函数；是偶函数；uu无无无无论论论论f f(t t)为为为为实实实实函函函函数数数数或或或或虚虚虚虚函函函函数数数数，幅幅幅幅度度度度谱谱谱谱|F F(j j)|)|关关关关于于于于纵纵纵纵轴轴轴轴对对对对称称称称，相相相相位位位位谱谱谱谱e e j j()关关关关于于于于原原原原点对称。点对称。点对称。点对称。第3页5 5）离散时域信号的频谱离散时域信号的频谱离散时域信号的频谱离散时域信号的频谱离散时域信号的付氏变换（离散时域信号的付氏变换（离散时域信号的付氏变换（离散时域信号的付氏变换（DFTDFT）又又又又称称称称为为为为序序序序列列列列的的的的付付付付氏氏氏氏变变变变换换换换：以以以以e e j j n n作作作作为为为为完完完完备备备备正正正正交交交交函函函函数数数数集集集集，对对对对给给给给定定定定序序序序列列列列做做做做正正正正交交交交展展展展开，很多特性与连续信号的付氏变换相似。开，很多特性与连续信号的付氏变换相似。开，很多特性与连续信号的付氏变换相似。开，很多特性与连续信号的付氏变换相似。一个非周期离散时间序列的付氏变换定义为一个非周期离散时间序列的付氏变换定义为一个非周期离散时间序列的付氏变换定义为一个非周期离散时间序列的付氏变换定义为:反变换反变换反变换反变换:：频谱频谱快快快快速速速速付付付付氏氏氏氏变变变变换换换换（FFTFFT）：实实实实现现现现离离离离散散散散付付付付氏氏氏氏变变变变换换换换、进进进进行行行行时时时时-频频频频域域域域分分分分析析析析的的的的一一一一种种种种极极极极迅迅迅迅捷捷捷捷有效的算法。有效的算法。有效的算法。有效的算法。FFTFFT算算算算法法法法经经经经过过过过仔仔仔仔细细细细选选选选择择择择和和和和重重重重新新新新排排排排列列列列中中中中间间间间计计计计算算算算结结结结果果果果，完完完完成成成成计计计计算算算算的的的的速速速速度度度度比比比比离离离离散散散散付付付付氏变换有明显提高，因而在数字式频谱仪等仪器中得到广泛应用。氏变换有明显提高，因而在数字式频谱仪等仪器中得到广泛应用。氏变换有明显提高，因而在数字式频谱仪等仪器中得到广泛应用。氏变换有明显提高，因而在数字式频谱仪等仪器中得到广泛应用。最最最最常常常常见见见见的的的的FFTFFT算算算算法法法法：基基基基2 2的的的的时时时时间间间间抽抽抽抽取取取取法法法法，即即即即蝶蝶蝶蝶形形形形算算算算法法法法。若若若若频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析的的的的记记记记录录录录长长长长度度度度为为为为N N（N N常常常常取取取取2 2的的的的幂幂幂幂次次次次），进进进进行行行行离离离离散散散散付付付付氏氏氏氏变变变变换换换换所所所所需需需需的的的的计计计计算算算算次次次次数数数数约约约约为为为为N N2 2，蝶蝶蝶蝶形形形形算算算算法需要的次数为法需要的次数为法需要的次数为法需要的次数为N N loglog2 2N N。第4页3.3.1 3.3.1 信号分析和信号频谱的概念信号分析和信号频谱的概念信号分析和信号频谱的概念信号分析和信号频谱的概念2.2.信号的频谱分析技术信号的频谱分析技术信号的频谱分析技术信号的频谱分析技术 1 1）信号频谱分析的内容）信号频谱分析的内容）信号频谱分析的内容）信号频谱分析的内容：对对对对信信信信号号号号本本本本身身身身的的的的频频频频率率率率特特特特性性性性分分分分析析析析，如如如如对对对对幅幅幅幅度度度度谱谱谱谱、相相相相位位位位谱谱谱谱、能能能能量量量量谱谱谱谱、功功功功率率率率谱谱谱谱等等等等进进进进行行行行测量，从而获得信号不同频率处的幅度、相位、功率等信息；测量，从而获得信号不同频率处的幅度、相位、功率等信息；测量，从而获得信号不同频率处的幅度、相位、功率等信息；测量，从而获得信号不同频率处的幅度、相位、功率等信息；对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。2 2）频谱分析仪的基本原理）频谱分析仪的基本原理）频谱分析仪的基本原理）频谱分析仪的基本原理 FFTFFT分分分分析析析析法法法法：在在在在特特特特定定定定时时时时段段段段中中中中对对对对时时时时域域域域数数数数字字字字信信信信号号号号进进进进行行行行FFTFFT变变变变换换换换，得得得得到到到到频频频频域域域域信信信信息息息息并并并并获获获获取取取取相相相相对对对对于于于于频频频频率率率率的的的的幅幅幅幅度度度度、相相相相位位位位信信信信息息息息。可可可可充充充充分分分分利利利利用用用用数数数数字字字字技技技技术术术术和和和和计计计计算算算算机机机机技技技技术术术术，非非非非常常常常适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号的频谱测量。非实时分析法非实时分析法非实时分析法非实时分析法 在在在在任任任任意意意意瞬瞬瞬瞬间间间间只只只只有有有有一一一一个个个个频频频频率率率率成成成成分分分分能能能能被被被被测测测测量量量量，无无无无法法法法得得得得到到到到相相相相位位位位信信信信息息息息。适适适适用用用用于于于于连连连连续续续续信信信信号和周期信号的频谱测量。号和周期信号的频谱测量。号和周期信号的频谱测量。号和周期信号的频谱测量。扫扫扫扫频频频频式式式式分分分分析析析析：设设设设置置置置系系系系列列列列带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器，使使使使分分分分析析析析滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的频频频频率率率率响响响响应应应应在在在在系系系系列列列列值值值值上上上上，取不同滤波器的输出幅值，即得各频率点的响应。取不同滤波器的输出幅值，即得各频率点的响应。取不同滤波器的输出幅值，即得各频率点的响应。取不同滤波器的输出幅值，即得各频率点的响应。差差差差频频频频式式式式分分分分析析析析（外外外外差差差差式式式式分分分分析析析析）：利利利利用用用用超超超超外外外外差差差差接接接接收收收收机机机机的的的的原原原原理理理理，将将将将频频频频率率率率可可可可变变变变的的的的扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号与与与与被被被被分分分分析析析析信信信信号号号号进进进进行行行行差差差差频频频频，再再再再对对对对所所所所得得得得的的的的固固固固定定定定频频频频率率率率信信信信号号号号进进进进行行行行测测测测量量量量分分分分析析析析，由由由由此此此此依依依依次次次次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的方法。获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的方法。获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的方法。获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的方法。3 3）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类uu按按按按分分分分析析析析处处处处理理理理方方方方法法法法分分分分类类类类：模模模模拟拟拟拟式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪、数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪、模模模模拟拟拟拟/数数数数字字字字混混混混合式频谱仪；合式频谱仪；合式频谱仪；合式频谱仪；uu按基本工作原理分类：扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪；按基本工作原理分类：扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪；按基本工作原理分类：扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪；按基本工作原理分类：扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪；uu按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱仪；按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱仪；按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱仪；按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱仪；uu按按按按频频频频率率率率轴轴轴轴刻刻刻刻度度度度分分分分类类类类：恒恒恒恒带带带带宽宽宽宽分分分分析析析析式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪、恒恒恒恒百百百百分分分分比比比比带带带带宽宽宽宽分分分分析析析析式式式式频频频频谱仪；谱仪；谱仪；谱仪；uu按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪；按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪；按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪；按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪；uu按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。（1 1 1 1）模拟式频谱仪与数字式频谱仪）模拟式频谱仪与数字式频谱仪）模拟式频谱仪与数字式频谱仪）模拟式频谱仪与数字式频谱仪 模模模模拟拟拟拟式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪：以以以以扫扫扫扫描描描描式式式式为为为为基基基基础础础础构构构构成成成成，采采采采用用用用滤滤滤滤波波波波器器器器或或或或混混混混频频频频器器器器将将将将被被被被分分分分析析析析信信信信号号号号中中中中各各各各频频频频率率率率分分分分量量量量逐逐逐逐一一一一分分分分离离离离。所所所所有有有有早早早早期期期期的的的的频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪几几几几乎乎乎乎都都都都属属属属于于于于模模模模拟拟拟拟滤滤滤滤波波波波式式式式或或或或超外差结构，并被沿用至今超外差结构，并被沿用至今超外差结构，并被沿用至今超外差结构，并被沿用至今 数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪：非非非非扫扫扫扫描描描描式式式式，以以以以数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波器器器器或或或或FFTFFT变变变变换换换换为为为为基基基基础础础础构构构构成成成成。精精精精度度度度高高高高、性性性性能能能能灵灵灵灵活活活活，但但但但受受受受到到到到数数数数字字字字系系系系统统统统工工工工作作作作频频频频率率率率的的的的限限限限制制制制。目目目目前前前前单单单单纯纯纯纯的的的的数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪一一一一般般般般用用用用于于于于低低低低频频频频段段段段的的的的实实实实时时时时分分分分析析析析，尚尚尚尚达达达达不不不不到到到到宽宽宽宽频频频频带带带带高高高高精精精精度度度度频频频频谱谱谱谱分析分析分析分析 第6页 （2 2）实时频谱仪和非实时频谱仪）实时频谱仪和非实时频谱仪）实时频谱仪和非实时频谱仪）实时频谱仪和非实时频谱仪 实实实实时时时时分分分分析析析析应应应应达达达达到到到到的的的的速速速速度度度度与与与与被被被被分分分分析析析析信信信信号号号号的的的的带带带带宽宽宽宽及及及及所所所所要要要要求求求求的的的的频频频频率率率率分分分分辨辨辨辨率率率率有有有有关关关关。一一一一般般般般认认认认为为为为，实实实实时时时时分分分分析析析析是是是是指指指指在在在在长长长长度度度度为为为为T T的的的的时时时时段段段段内内内内，完完完完成成成成频频频频率率率率分分分分辨辨辨辨率率率率达达达达到到到到1/1/T T的的的的谱谱谱谱分分分分析析析析；或或或或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。在在在在一一一一定定定定频频频频率率率率范范范范围围围围数数数数据据据据分分分分析析析析速速速速度度度度与与与与数数数数据据据据采采采采集集集集速速速速度度度度相相相相匹匹匹匹配配配配，不不不不发发发发生生生生积积积积压压压压现现现现象象象象，这这这这样样样样的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非实时分析。的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非实时分析。的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非实时分析。的分析就是实时的；如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非实时分析。（3 3）恒带宽与恒百分比带宽分析式频谱仪）恒带宽与恒百分比带宽分析式频谱仪）恒带宽与恒百分比带宽分析式频谱仪）恒带宽与恒百分比带宽分析式频谱仪 恒恒恒恒带带带带宽宽宽宽分分分分析析析析式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪：频频频频率率率率轴轴轴轴为为为为线线线线性性性性刻刻刻刻度度度度，信信信信号号号号的的的的基基基基频频频频分分分分量量量量和和和和各各各各次次次次谐谐谐谐波波波波分分分分量量量量在在在在横轴上等间距排列，适用于周期信号和波形失真的分析。横轴上等间距排列，适用于周期信号和波形失真的分析。横轴上等间距排列，适用于周期信号和波形失真的分析。横轴上等间距排列，适用于周期信号和波形失真的分析。恒恒恒恒百百百百分分分分比比比比带带带带宽宽宽宽分分分分析析析析式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪：频频频频率率率率轴轴轴轴采采采采用用用用对对对对数数数数刻刻刻刻度度度度，频频频频率率率率范范范范围围围围覆覆覆覆盖盖盖盖较较较较宽宽宽宽，能能能能兼兼兼兼顾高、低频段的频率分辨率，适用于噪声类广谱随机信号的分析。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。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。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。目目目目前前前前许许许许多多多多数数数数字字字字式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪可可可可以以以以方方方方便便便便地地地地实实实实现现现现不不不不同同同同带带带带宽宽宽宽的的的的FFTFFT分分分分析析析析以以以以及及及及两两两两种种种种频频频频率率率率刻刻刻刻度度度度的显示，故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。的显示，故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。的显示，故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。的显示，故这种分类方法并不适用于数字式频谱仪。3 3）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类）频谱分析仪的分类第7页3 3、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类 基基基基本本本本原原原原理理理理：先先先先用用用用带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器选选选选出出出出待待待待分分分分析析析析信信信信号号号号，然然然然后后后后用用用用检检检检波波波波器器器器将将将将该该该该频频频频率率率率分分分分量量量量变变变变为为为为直直直直流流流流信信信信号号号号，再再再再送送送送到到到到显显显显示示示示器器器器将将将将直直直直流流流流信信信信号号号号的的的的幅幅幅幅度度度度显显显显示示示示出出出出来来来来。为为为为显显显显示示示示输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的各各各各频频频频率率率率分分分分量量量量，带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的中中中中心频率是多个或可变的。心频率是多个或可变的。心频率是多个或可变的。心频率是多个或可变的。分类分类分类分类：档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪 并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪 扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪 数字滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪 3 3、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类 （1 1）档级滤波式频谱仪）档级滤波式频谱仪）档级滤波式频谱仪）档级滤波式频谱仪 也也也也叫叫叫叫顺顺顺顺序序序序滤滤滤滤波波波波频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪，由由由由多多多多个个个个通通通通带带带带互互互互相相相相衔衔衔衔接接接接的的的的带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器和和和和共共共共用用用用检检检检波波波波器器器器构构构构成成成成。用用用用多多多多个个个个频频频频率率率率固固固固定定定定且且且且相相相相邻邻邻邻的的的的窄窄窄窄带带带带带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器阵阵阵阵列列列列来来来来区区区区分分分分被被被被测测测测信信信信号号号号的的的的各各各各种种种种频频频频率率率率成成成成分分分分，因此得以全面记录被测信号。因此得以全面记录被测信号。因此得以全面记录被测信号。因此得以全面记录被测信号。这这这这种种种种方方方方法法法法简简简简单单单单易易易易行行行行，但但但但在在在在频频频频带带带带较较较较宽宽宽宽或或或或较较较较高高高高频频频频段段段段的的的的情情情情况况况况下下下下需需需需要要要要大大大大量量量量滤滤滤滤波波波波器器器器，仪仪仪仪器器器器体体体体积积积积过过过过大大大大；由由由由于于于于通通通通带带带带窄窄窄窄，分分分分辨辨辨辨力力力力和和和和灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度都都都都不不不不是是是是很很很很高高高高。一一一一般般般般用用用用于于于于低低低低频频频频段段段段的的的的音音音音频频频频测测测测试等场合。试等场合。试等场合。试等场合。3 3、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类 （2 2）并行滤波式频谱仪）并行滤波式频谱仪）并行滤波式频谱仪）并行滤波式频谱仪 与与与与档档档档级级级级滤滤滤滤波波波波式式式式的的的的区区区区别别别别在在在在于于于于每每每每个个个个滤滤滤滤波波波波器器器器之之之之后后后后都都都都有有有有各各各各自自自自的的的的检检检检波波波波器器器器，无无无无需需需需电电电电子子子子开开开开关关关关切切切切换换换换及及及及检检检检波波波波建建建建立立立立时时时时间间间间，因因因因此此此此速速速速度度度度快快快快，能能能能够够够够满满满满足足足足实实实实时时时时分分分分析析析析的的的的需需需需要要要要。但但但但是是是是可可可可显显显显示示示示的的的的频频频频谱谱谱谱分分分分量量量量数数数数目目目目取取取取决决决决于于于于滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的数数数数目目目目，所所所所以需要大量的滤波器和检波器。以需要大量的滤波器和检波器。以需要大量的滤波器和检波器。以需要大量的滤波器和检波器。3 3、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类、滤波式频谱分析仪原理及分类 （3 3）扫频滤波式频谱仪）扫频滤波式频谱仪）扫频滤波式频谱仪）扫频滤波式频谱仪 实实实实质质质质是是是是一一一一个个个个中中中中心心心心频频频频率率率率在在在在整整整整个个个个宽宽宽宽带带带带频频频频率率率率范范范范围围围围内内内内可可可可调调调调谐谐谐谐的的的的窄窄窄窄带带带带滤滤滤滤波波波波器器器器。当当当当它它它它的的的的谐谐谐谐振频率改变时，滤波器就分离出特定的频率分量。振频率改变时，滤波器就分离出特定的频率分量。振频率改变时，滤波器就分离出特定的频率分量。振频率改变时，滤波器就分离出特定的频率分量。扫扫扫扫频频频频滤滤滤滤波波波波式式式式频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪与与与与档档档档级级级级滤滤滤滤波波波波式式式式一一一一样样样样，是是是是一一一一种种种种非非非非实实实实时时时时频频频频谱谱谱谱测测测测量量量量。结结结结构构构构简简简简单单单单，价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉。缺缺缺缺点点点点是是是是电电电电调调调调谐谐谐谐滤滤滤滤波波波波器器器器损损损损耗耗耗耗大大大大、调调调调谐谐谐谐范范范范围围围围窄窄窄窄、频频频频率率率率特特特特性性性性不不不不均均均均匀匀匀匀、分分分分辨辨辨辨率率率率差，目前这种方法只适用于窄带频谱分析。差，目前这种方法只适用于窄带频谱分析。差，目前这种方法只适用于窄带频谱分析。差，目前这种方法只适用于窄带频谱分析。4.4.外差式频谱仪外差式频谱仪外差式频谱仪外差式频谱仪 外外差差式式频频谱谱仪仪的的频频率率变变换换原原理理与与超超外外差差式式收收音音机机相相同同：利利用用无无线线电电接接收收机机中中普普遍遍使使用用的的自自动动调调谐谐方方式式，通通过过改改变变扫扫频频本本振振的的频频率率来来捕捕获获待待测测信信号号的的不不同同频频率率分分量量。也也称称扫扫频频外外差差式式频频谱谱仪仪。扫扫频频外外差差式式方方案案是是实实施施频频谱谱分分析析的的传传统统途途径径，在在高频段占据优势地位。高频段占据优势地位。1 1 1 1）外差式频谱仪的组成）外差式频谱仪的组成）外差式频谱仪的组成）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。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。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。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。外外外外差差差差式式式式频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析仪仪仪仪频频频频率率率率范范范范围围围围宽宽宽宽、灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高、频频频频率率率率分分分分辨辨辨辨率率率率可可可可变变变变，是是是是目目目目前前前前频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪中中中中数数数数量量量量最最最最大大大大的的的的一一一一种种种种。由由由由于于于于被被被被分分分分析析析析的的的的频频频频谱谱谱谱依依依依次次次次被被被被顺顺顺顺序序序序采采采采样样样样，因因因因而而而而不不不不能能能能进进进进行行行行实实实实时时时时分分分分析。这种分析仪只能提供幅度谱，不能提供相位谱。析。这种分析仪只能提供幅度谱，不能提供相位谱。析。这种分析仪只能提供幅度谱，不能提供相位谱。析。这种分析仪只能提供幅度谱，不能提供相位谱。2 2）外差式频谱仪的主要性能指标外差式频谱仪的主要性能指标外差式频谱仪的主要性能指标外差式频谱仪的主要性能指标(了解了解了解了解)输入频率范围输入频率范围输入频率范围输入频率范围 频率扫描宽度频率扫描宽度频率扫描宽度频率扫描宽度 频率分辨率频率分辨率频率分辨率频率分辨率 频率精度频率精度频率精度频率精度 扫描时间扫描时间扫描时间扫描时间 相位噪声相位噪声相位噪声相位噪声/频谱纯度频谱纯度频谱纯度频谱纯度 幅度测量精度幅度测量精度幅度测量精度幅度测量精度 动态范围动态范围动态范围动态范围 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度/噪声电平噪声电平噪声电平噪声电平 本振直通本振直通本振直通本振直通/直流响应直流响应直流响应直流响应 本底噪声本底噪声本底噪声本底噪声 1dB1dB压缩点和最大输入电平压缩点和最大输入电平压缩点和最大输入电平压缩点和最大输入电平 频率指标频率指标 幅度指标幅度指标 5.付里叶分析仪付里叶分析仪1)FFT1)FFT分析仪的原理分析仪的原理分析仪的原理分析仪的原理 2)FFT2)FFT分析仪的实现分析仪的实现分析仪的实现分析仪的实现 付付里里叶叶分分析析仪仪将将输输入入信信号号数数字字化化，再再对对时时域域数数字字信信息息进行进行FFT变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。由由于于采采用用微微处处理理器器或或专专用用集集成成电电路路，速速度度明明显显超超过过传传统统的模拟式扫描频谱仪，能进行实时分析；的模拟式扫描频谱仪，能进行实时分析；但但它它同同时时受受A/D转转换换器器件件的的指指标标限限制制，通通常常带带宽宽是是有有限限的，工作频段较低。的，工作频段较低。1 1）FFTFFT分析仪原理及组成分析仪原理及组成分析仪原理及组成分析仪原理及组成 输输输输入入入入信信信信号号号号首首首首先先先先经经经经过过过过可可可可变变变变衰衰衰衰减减减减器器器器以以以以提提提提供供供供不不不不同同同同的的的的幅幅幅幅度度度度测测测测量量量量范范范范围围围围，然然然然后后后后经经经经低低低低通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器除除除除去去去去仪仪仪仪器器器器频频频频率率率率范范范范围围围围之之之之外外外外的的的的高高高高频频频频分分分分量量量量。接接接接下下下下来来来来对对对对信信信信号号号号进进进进行行行行时时时时域域域域波波波波形形形形的的的的采采采采样样样样和和和和量量量量化化化化，转转转转变变变变为为为为数数数数字字字字信信信信息息息息。最最最最后后后后由由由由微微微微处处处处理理理理器器器器利利利利用用用用FFTFFT计计计计算算算算波波波波形形形形的的的的频频频频谱，并将结果显示出来。谱，并将结果显示出来。谱，并将结果显示出来。谱，并将结果显示出来。第15页选用哪种方案实现频谱分析？准则：选用哪种方案实现频谱分析？准则：选用哪种方案实现频谱分析？准则：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、功耗可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗 ASICASIC：提提提提供供供供有有有有限限限限的的的的可可可可编编编编程程程程性性性性和和和和集集集集成成成成水水水水平平平平，通通通通常常常常可可可可为为为为某某某某项项项项固固固固定定定定功功功功能能能能提提提提供供供供最最最最佳佳佳佳解解解解决决决决方案；方案；方案；方案；FPGAFPGA：可可可可为为为为高高高高度度度度并并并并行行行行或或或或涉涉涉涉及及及及线线线线性性性性处处处处理理理理的的的的高高高高速速速速信信信信号号号号处处处处理理理理提提提提供供供供最最最最佳佳佳佳解解解解决决决决方方方方案案案案，如如如如数数数数字滤波器等的设计；字滤波器等的设计；字滤波器等的设计；字滤波器等的设计；DSPDSP：可可可可为为为为复复复复杂杂杂杂决决决决策策策策分分分分析析析析等等等等功功功功能能能能提提提提供供供供最最最最佳佳佳佳可可可可编编编编程程程程解解解解决决决决方方方方案案案案，如如如如FFTFFT这这这这样样样样具具具具有有有有顺顺顺顺序特性的信号处理。序特性的信号处理。序特性的信号处理。序特性的信号处理。结结结结论论论论：鉴鉴鉴鉴于于于于频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析通通通通常常常常需需需需要要要要较较较较高高高高的的的的可可可可编编编编程程程程性性性性，因因因因此此此此使使使使用用用用DSPDSP实实实实现现现现FFTFFT，而而而而使使使使用用用用FPGAFPGA实现数字滤波、抽取等其他数字信号处理实现数字滤波、抽取等其他数字信号处理实现数字滤波、抽取等其他数字信号处理实现数字滤波、抽取等其他数字信号处理。2 2）FFTFFT分析仪的实现分析仪的实现分析仪的实现分析仪的实现可编程性可编程性可编程性可编程性集成度集成度集成度集成度开发周期开发周期开发周期开发周期性能性能性能性能功耗功耗功耗功耗ASICASIC低低低低较低较低较低较低短短短短最佳最佳最佳最佳中中中中FPGAFPGA较高较高较高较高高高高高最长最长最长最长两者两者两者两者相当相当相当相当低低低低DSPDSP最高最高最高最高高高高高较长较长较长较长高高高高第16页 非线性失真亦称谐波失真，简称失真非线性失真亦称谐波失真，简称失真非线性失真亦称谐波失真，简称失真非线性失真亦称谐波失真，简称失真。一一一一定定定定频频频频率率率率的的的的信信信信号号号号通通通通过过过过网网网网络络络络后后后后往往往往往往往往会会会会产产产产生生生生新新新新的的的的频频频频率率率率分分分分量量量量，这这这这种种种种现现现现象象象象被被被被称称称称为为为为该网络的非线性失真；该网络的非线性失真；该网络的非线性失真；该网络的非线性失真；一一一一个个个个信信信信号号号号的的的的实实实实际际际际波波波波形形形形与与与与理理理理想想想想波波波波形形形形有有有有差差差差异异异异，这这这这种种种种差差差差异异异异被被被被称称称称为为为为信信信信号号号号的的的的非非非非线线线线性性性性失真。失真。失真。失真。线线线线性性性性电电电电路路路路意意意意味味味味着着着着频频频频域域域域中中中中的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号应应应应具具具具有有有有与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号相相相相同同同同的的的的频频频频率率率率，而而而而由由由由输入信号所产生的任何其他频率都被视为是非线性失真。输入信号所产生的任何其他频率都被视为是非线性失真。输入信号所产生的任何其他频率都被视为是非线性失真。输入信号所产生的任何其他频率都被视为是非线性失真。3.3.2 谐波失真度测量谐波失真度测量 1.1.谐波失真度的定义谐波失真度的定义谐波失真度的定义谐波失真度的定义失真度定义失真度定义失真度定义失真度定义 失失失失真真真真度度度度被被被被定定定定义义义义为为为为全全全全部部部部谐谐谐谐波波波波能能能能量量量量与与与与基基基基波波波波能能能能量量量量之之之之比比比比的的的的平平平平方方方方根根根根值值值值。失失真真度度D0以以百百分分比（）或分贝（比（）或分贝（dB）为单位，亦称失真系数。）为单位，亦称失真系数。其其中中u1、u2、um分分别别表表示示基基频频及及其其各次谐波的均方根值。各次谐波的均方根值。2.2.谐波失真度的测量方法谐波失真度的测量方法谐波失真度的测量方法谐波失真度的测量方法 谐波失真度的测量方法有很多，例如：谐波失真度的测量方法有很多，例如：谐波失真度的测量方法有很多，例如：谐波失真度的测量方法有很多，例如：谐谐谐谐波波波波分分分分析析析析法法法法用用用用频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪分分分分别别别别将将将将信信信信号号号号基基基基波波波波和和和和各各各各次次次次谐谐谐谐波波波波的的的的幅幅幅幅值值值值一一一一一一一一测测测测出出出出，然然然然后后后后按定义计算，属于间接测量法；按定义计算，属于间接测量法；按定义计算，属于间接测量法；按定义计算，属于间接测量法；基基基基波波波波抑抑抑抑制制制制法法法法又又又又称称称称静静静静态态态态法法法法，对对对对被被被被测测测测器器器器件件件件输输输输入入入入单单单单音音音音正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号，并并并并通通通通过过过过基基基基波波波波抑抑抑抑制网络进行直接测量；制网络进行直接测量；制网络进行直接测量；制网络进行直接测量；白白白白噪噪噪噪声声声声法法法法又又又又称称称称动动动动态态态态法法法法，利利利利用用用用白白白白噪噪噪噪声声声声作作作作为为为为测测测测试试试试信信信信号号号号，测测测测出出出出被被被被测测测测器器器器件件件件在在在在通通通通带带带带内的各频率分量因交调而产生的谐波。内的各频率分量因交调而产生的谐波。内的各频率分量因交调而产生的谐波。内的各频率分量因交调而产生的谐波。1 1）基波抑制法）基波抑制法）基波抑制法）基波抑制法 由由由由于于于于基基基基波波波波难难难难以以以以单单单单独独独独测测测测量量量量，当当当当失失失失真真真真度度度度较较较较小小小小时时时时，上述失真定义式可近似为：上述失真定义式可近似为：上述失真定义式可近似为：上述失真定义式可近似为：按按照照近近似似式式测测量量失失真真度度，所所得得的的是是谐谐波波电电压压总总有有效效值值与与被被测测信信号号总总有有效效值值之之比比。近近似似的的条条件件：当当失失真真度度小小于于9时时，可可用用近近似似失失真真度度测测量量值值D代替定义值代替定义值D0，否则需对，否则需对D值进行换算或修正。换算公式为：值进行换算或修正。换算公式为：基波抑制法（续）基波抑制法（续）基波抑制法（续）基波抑制法（续）按按按按照照照照近近近近似似似似式式式式进进进进行行行行基基基基波波波波抑抑抑抑制制制制法法法法测测测测量量量量谐谐谐谐波波波波失失失失真真真真度度度度的的的的电电电电路路路路如如如如下下下下图图图图。基基基基波波波波抑抑抑抑制制制制网网网网络络络络实实实实质上是一个陷波滤波器，质上是一个陷波滤波器，质上是一个陷波滤波器，质上是一个陷波滤波器，专门用于滤掉基波信号而使其余谐波分量通过。专门用于滤掉基波信号而使其余谐波分量通过。专门用于滤掉基波信号而使其余谐波分量通过。专门用于滤掉基波信号而使其余谐波分量通过。1.开开关关S先先打打到到1处处，测测出出被被测测信信号号的的电电压压总总有有效效值值。适适当当调调节节输输入入电电平平使使电电压压表表指指示示为为某某一一规规定定的的基基准准电电平平值值，该该值值完完全全对对应应于于失失真真度度大大小小，也也就就是是使使近近似式中的分母为似式中的分母为1这个过程称为这个过程称为“校准校准”；2.开开关关打打到到2处处，调调整整基基波波抑抑制制网网络络使使电电压压表表指指示示最最小小，表表明明此此时时电电路路对对基基波波的的衰衰减减量量最最大大。由由于于基基波波已已被被抑抑制制，此此时时测测出出的的是是被被测测信信号号的的谐谐波波电电压压总总有有效效值。由于电压表已经过校准，故当前指示值就是值。由于电压表已经过校准，故当前指示值就是D值。值。