第5章 频域测量.ppt

1dB压缩点 1 dB 压缩 1dB 压缩点确定放大器的线性工作区 1 dB 压缩点 输入 输出 最大输入电平 正常工作时输入电平的最大限度 由衰减器、第一级混频器决定 第5章 频域测量 5.1 频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪 5.4 相位噪声测量 5.5 小结 第5章 频域测量 5.3 傅里叶分析仪 5.3.1 FFT分析仪原理 5.3.2 FFT分析仪的实现 第5章 频域测量 5.3 傅里叶分析仪 5.3.1 FFT分析仪原理 5.3.2 FFT分析仪的实现 FFT分析仪原理及组成 低通滤波 取样电路 ADC s f FFT 数字信号 处理器 输入 衰减器 显示器 衰减器：调理输入幅度到允许的范围内 低通滤波：滤除允许频率范围之外的高频成分 取样和ADC电路：模拟信号转变为数字信号 微处理器：用FFT算法计算频谱 FFT分析仪的特点 基本特性 FFT 第n个节点对应的频率值为 FFT计算结果的频率范围: 结论： FFT是基带变换，适合处理基带信号 FFT分析之前的数字频带搬移 窄带带通信号 不适于直接用FFT计算频谱 模拟滤波 取样电路 ADC s f FFT 数字信号 处理器 数字滤波 数字正弦波 中频信号 基带信号 f L f H f （ a ） 0 f L f H -f L f f （ b ） （ c ） 0 0 频谱搬移 ADC输出的待测中频带限信号频谱 数字正弦波频谱， fL选中频带限信号截止频率 数字滤波器输出频谱 这个过程也叫数字下变频 降数据率抽取与抗混叠滤波 由fstep=fS/N可知，为提高频谱分辨力，可降低采样速率fS、增加FFT分析点数N 过低的fS会引起频谱混叠、减小分析带宽，导致信噪比下降；FFT的分析点数不能无限增大 解决方案： （1）抽取数字信号以降低数据率 （2）对抽取后数据数字滤波 频谱泄漏及其处理 FFT采用有限长的时间记录进行付氏变换，在总体上不断重复，以代表对实际无限长序列的积分 有限长处理，必然要截断 频谱泄漏 解决办法：加窗处理，减小频谱泄漏 窗函数：汉宁窗、凯塞窗、矩形窗 FFT分析仪的性能指标 频率特性 频率分辨力 ：取决于采样频率和采样点数，Δf=fS/N 频率范围：由采样频率fS决定 幅度特性 动态范围：取决于ADC位数、运算字长或精度 灵敏度：取决于本底噪声，主要由前置放大器噪声决定 幅度读数精度：幅度误差来源包括计算处理误差、频谱混叠误差、频谱泄漏误差等多种系统误差，以及每次单个记录分析所含的统计误差 分析速度 取决于N点FFT的运算时间、平均处理时间及结果处理时间。 其他特性 可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式等 第5章 频域测量 5.3 傅里叶分析仪 5.3.1 FFT分析仪原理 5.3.2 FFT分析仪的实现 1. 硬件实现 可选方案：ASIC、FPGA、DSP 选择准则：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 ASIC 低 较低 短 最佳 中 FPGA 较高 高 最长 两者相当 低 DSP 最高 高 较长 高 电子测量原理 第*页 * * * * 第5章 频域测量 5.1 频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪 5.4 相位噪声测量 5.5 小结 信号频谱：信号的全部频率分量组成的幅度谱 时间 幅度 (功率) 频率 时域测量 频域测量 频谱的两种基本类型：连续频谱、离散频谱 O t ) ( 1 t v L L O w ( ) w j 1 V 离散频谱 O t ) ( 1 t v O w ( ) w j 1 V 频域 时域 连续频谱 时频关系 时域信号 频域频谱 变换方式 连续周期 离散非周期 傅立叶级数 连续非周期 连续非周期 傅立叶变换 离散非周期 连续周期 序列的傅立叶变换 离散周期 离散周期 离散傅立叶级数 结论： 周期 离散 非周期 连续 频谱仪 模拟式 （扫描式） 数字式 （非扫描式） 滤波式 外差式 FFT计算法 数字滤波法 第5章 频域测量 5.1 频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪 5.4 相位噪声测量 5.5 小结 第5章 频域测量 5.2 扫描式频谱仪 5.2.1 滤波式频谱分析技术 5.2.2 外差式频谱仪 第5章 频域测量 5.2 扫描式频谱仪 5.2.1 滤波式频谱分析技术 5.2.2 外差式频谱仪 滤波式频谱分析的基本原理 带通滤波器 检波器 显示器 滤波式频谱仪有以下几种： 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 中心频率