第9章信号分析和频域测量.ppt.ppt

第9章 信号分析和频域测量 9.1 信号的频谱 9.1.1 信号分析和信号频谱的概念 9.1.2 周期信号的频谱 9.1.3 非周期信号的频谱 9.1.4 离散时域信号的频谱 9.1.5 快速付氏变换 9.1.6 信号的频谱分析技术 9.1.1 信号分析和信号频谱的概念 信号的定义及种类 信号的概念广泛出现于各领域中。这里所说的均指电信号，一般可表示为一个或多个变量的函数。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 其它分类如：奇信号与偶信号，调制信号与载波信号，能量有限信号与功率有限信号 …… 频谱分析的基本概念 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化的幅度谱称为频谱。 频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶变换。 频谱的两种基本类型 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个频率分量的幅度，每两条谱线之间的间隔相等 连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非周期信号和各种随机噪声的频谱 9.1.2 周期信号的频谱 一个周期信号可以用复指数级数展开表示(付氏变换),付氏级数系数表现了信号的频域特性。 周期信号的频谱特性: ９．１．3离散时域信号的频谱特性 离散付氏变换的频谱F(ej?)是?的周期函数，周期为2π，即离散时间序列的频谱是周期性的。 如果离散时间序列是周期性的，在频域内的频谱一定是离散的，反之亦然； 若离散时间序列是非周期的，在频域内的频谱一定是连续的，反之亦然。 频谱分析仪的基本原理 非实时分析法 在任意瞬间只有一个频率成分能被测量，无法得到相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。 扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴上扫描。 差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此依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。 频谱分析仪的分类 模拟式频谱仪与数字式频谱仪 9.2 扫描式频谱仪 9.2.1 滤波式频谱分析技术 9.2.2 外差式频谱仪 9.2.3 外差式频谱仪的主要性能指标 9.2.1 滤波式频谱分析技术 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。 并行滤波式频谱仪 每个滤波器之后都有各自的检波器，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。 数字滤波式频谱仪 带通滤波器的性能指标 带宽 9.2.2 外差式频谱仪 外差式频谱仪的组成 输入通道 中频信号预处理 检波器 视频滤波器 踪迹处理 参数之间的相互关系 外差式频谱仪特点 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。 中频是固定的，只要改变本振的频率，即可达到扫频的目的。 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。 2.输 入 通 道 输入通道也称前端，主要由输入衰减、低噪声放大、低通滤波及混频等几部分组成，功能上相当于一台宽频段、窄带宽的外差式自动选频接收机。 输入衰减：一方面避免因信号电平过高而引起的失真，同时起到阻抗匹配的功能，尽可能降低源负载与混频器之间的失配误差 低噪声放大：保证混频器输入电平满足一定的幅度要求 输入通道（续1） 外差式频率变换原理 输入通道（续2） 多级混频 3.中频信号预处理 中频信号预处理主要是在被检测之前完成对固定中频信号的自动增益放大、分辨率滤波等处理。 中频滤波器：用于减小噪声带宽、分辨各频率分量。 4. 检 波 器 采用检波器来产生与中频交流信号的电平成正比的直流电平，以获取待测信号的幅度信息。常用包络检波器。 5.视频滤波器 用于对显示结果进行平滑或平均，以减小噪声对信号幅度的影响，主要应用于噪声测量。 9.2.3 外差式频谱仪的主要性能指标 输入频率范围 频谱仪能正常工作的最大频率区间，由扫描