第9章信号和频域测量(新)试卷.pptVIP

FFT分析仪的特点 FFT的基本特性 FFT是一种面向记录的算法。将N个采样点作为时间记录输入，得到N个节点的频谱输出，输出记录的复数值同时包含幅度、相位信息。各节点之间的频率间隔fstep由时间记录长度N和采样频率fS决定： fstep=fS /N，第n个节点对应的频率值为fn=fS×n/N。 FFT形成的频谱相对于折叠频率ff（ff = fS /2）对称，因此输出频率的前半部分是多余的，只需保留（N/2）+1个有效节点，对应于频率从0到fS /2 ，故FFT的输出频率范围为0~fS /2，类似于低通滤波。 FFT分析仪的特点（续1） FFT分析仪中的数字混频 FFT实质上是基带变换，对窄带带通信号有所限制。通过数字混频可实现频谱仪分析频带的选择：借助混频器将ADC的输出与数字正弦波在时域中相乘，则在频域内可实现频谱搬移。如果将正弦波频率选择为ADC输出的中频带限信号的下截止频率，混频后恰好将中频带限信号向下搬移到了基带。 FFT分析仪的特点（续2） 分析频带的搬移 a：ADC之后待测中频信号的频谱； b：数字正弦波的频谱 c：数字混频器输出频谱 可见，原来的中频带限信号被搬移到了基带，因此这个过程也叫数字下变频（DDC）。 9.4 频谱分析仪在频域测试中的应用 9.4.1 相位噪声测量 9.4.2 脉冲信号测量 9.4.3 信道和邻道功率测量 除了完成幅度谱、功率谱等一般的测量功能外，频谱仪还能够用于对如相位噪声、邻道功率、非线性失真、调制度等频域参数进行测量。 9.4.1 相位噪声测量 信号源的随机性频率变化的表现为相位不稳定度，用相位噪声表示。相位噪声是本振短期稳定度的表征，也是频谱纯度的一个重要度量指标。它通常会引起波形在零点处的抖动，在时域中不易辨别，而在频域中表现为载波的边带，所以常在频域内进行测量。 测量过程 RBW的选择 动态范围 晶振的单边带相位噪声通常指在载波频率的某一固定频偏处，在1Hz带宽内相对于载波电平的幅度，单位为dBc（1Hz）或dBc/Hz。因此，用频谱仪测量相位噪声分两步进行： 测量载波电平幅度AC 测量频偏foff处的相位噪声幅度APN 相位噪声测量过程（续1） 使用有效值检波器检波后，相位噪声计算式为： 其中： APN (foff)——在距载波频偏foff处1Hz带宽内的噪声电平，单位dBm； APN,rms(foff)——在噪声带宽BN,IF内使用有效值检波器测得的噪声电平，单位dBm； BN,IF——分辨率带宽滤波器的噪声带宽，单位Hz。 相位噪声测量过程（续3） 在1Hz带宽内的相位噪声就是相对于载波电平的幅度 ： 其中A(foff)——在距载波频偏foff处1Hz带宽内的相对噪声电平，单位为dBc（1Hz）； AC——载波电平，单位为dBm； APN (foff)——在距载波频偏foff处1Hz带宽内的噪声电平，单位为dBm。 RBW的选择 相位噪声总是在一定频偏处进行测量，所以通常需要选择较小分辨率带宽。 RBW过大：中频滤波器无法抑制频偏foff处的载波功率，造成进入检波器的内部噪声电平大于被测相位噪声电平，因而无法测量。所允许的最大RBW取决于载波的频偏以及中频滤波器本身的波形因子，通常并没有固定的关系式。 RBW过小：导致扫描时间过长。为了达到高分辨率带宽，在使用宽带中频滤波器的情况下可以采用多级中频滤波器级联，分步降低RBW的方法。 9.5 谐波失真度测量 9.5.1 谐波失真度的定义 9.5.2 谐波失真度的测量方法 9.5.1 谐波失真度的定义 非线性失真亦称谐波失真，简称失真。一定频率的信号通过网络后往往会产生新的频率分量，这种现象被称为该网络的非线性失真；一个信号的实际波形与理想波形有差异，这种差异被称为信号的非线性失真。线性电路意味着频域中的输出信号应具有与输入信号相同的频率，而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。 失真度定义 失真度被定义为全部谐波能量与基波能量之比的平方根值。对于纯电阻负载，则定义为全部谐波电压（或电流）有效值与基波电压（或电流）有效值之比的平方根。失真度D0以百分比（％）或分贝（dB）为单位，亦称失真系数。 其中u1、u2、……、um分别表示基频及其各次谐波的均方根值。 9.5.2 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： 谐波分析法——用频谱仪分别将信号基波和各次谐波的幅值一一测出，然后按定义计算，属于间接测量法； 基波抑制法——又称静态法，对被测器件输入单音正弦信号，并通过基波抑制网络进行直接测量； 白噪声法