电子测量技术 课件 第3版（第5章5-2） 频谱分析仪.pptx

第5章 频域测量技术;一、频谱分析仪的种类; 被测信号经过输入放大器后，同时加到并联的多个带通滤波器（BPF1～BPFn）上，这些带宽极窄的滤波器在同一时刻分别滤出被测信号的不同频率分量，经检波器检波后，送到各指示器保持并显示。; 该类频谱分析仪能对信号进行实时分析，显示瞬变信号的实时频谱，测量速度快，动态范围宽；但各滤波器带宽固定，分辨力不能调节，而且需要大量的硬件。; 被测信号从输入端同时加到并联的多个带通滤波器（BPF1～BPFn）上，由电子扫描开关控制，轮流将各个滤波器的输出接到共用的检波器上，经放大后加到显示器垂直偏转板，和扫描发生器输出的水平偏转信号共同作用，按一定顺序对各频率分量进行测量和显示。; 该类频谱分析仪共用检波及显示设备，对信号的测量实际上是以非实时方式进行的，主要用于周期和准周期信号的分析。; 该类频谱分析仪是在顺序滤波式频谱分析仪的基础上，用一个中心频率可电控调谐的带通滤波器取代带通滤波器组来进行各频率分量的测量。带通滤波器的中心频率自动地在信号的整个频谱范围内扫描，依次提取出被测信号的各频率分量，经检波和放大后加到显示器的垂直偏转板上。; 这类频谱分析仪的结构简单，但可调带通滤波器不易满足通带较窄的要求，且调谐范围窄，频率特性也不均匀。主要用于被测信号较强、频谱稀疏的情况。; 外差式频谱分析仪是在实际中应用广泛的一类频谱分析仪，该类频谱分析仪利用扫频技术，采用外差接收方法进行频率调谐，实现频谱分析。; 该类频谱分析仪具有频率范围宽、灵敏度高、频率分辨力可变等优点，但不能进行实时分析。;2.数字式频谱分析仪; 被测信号经过低通滤波器滤波后，由采样保持器和模/数转换器实现从模拟量到数字量的转换，并送入数字滤波器进行滤波。数字滤波器输出的数字序列经有效值检波器检波后送显示器进行显示。在该类频谱分析仪中，数字滤波器的中心频率和采样保持器及模/数转换器的工作状态由控制器控制。; 该类频谱分析仪采用一个数字滤波器替代多个模拟滤波器，具有精度高、使??方便等优点。; 输入信号经低通滤波器滤去信号中高于1/2采样率的频率，消除潜在的混叠成分后，由采样保持器和模/数转换器实现信号从模拟量到数字序列的变化。在对信号进行采样时，按照采样定理，采样率应保证大于信号最高频率的两倍。存储器存储接收的数字信息由数字信号处理器完成FFT运算，最后将频谱显示出来。; 该类频谱分析仪利用快速傅里叶变换（FFT）技术，根据被测信号的时域波形直接计算出信号的频谱或功率谱，分辨力较高。但由于其频率上限受到模/数转换器速度的限制，因此主要用于低频频谱分析。;3.模拟数字混合式频谱分析仪; 被测信号经低通滤波器滤波后，以高于信号频率的采样率进行采样，经A/D转换器变为数字信号并以较低的速度将数据记录在存储器中；然后这些数字信号再以高倍速度取出，经D/A转换器转换为模拟信号进入外差式频谱分析仪并显示出频谱。; 该类频谱分析仪利用时间压缩技术，低速记录信号，高速重放信号，增大了滤波器的带宽，实现了对信号的实时分析，但存在信号被截断带来的频谱泄漏效应。; 这种频谱分析仪在外差式频谱分析仪的中频部分采用了数字技术，即用数字带通滤波器取代了模拟中频滤波器，此外还采用了FFT实时分析技术，大大提高了带宽分辨力和分析速度，使频谱分析仪的性能得到很大提高。;二、外差式频谱分析仪;1.工作原理;;; 由于本地振荡器为扫频压控振荡器，其产生的本振频率 fL 随着扫描发生器产生的锯齿波电压的变化而由低到高线性地扫动，因此当它和被测信号混频后，可保证被测信号的各频率分量fxi能依次进入中频放大器的通带内而被提取出来。; 例如，一台0～20MHz的外差式频谱分析仪，其中本地振荡器工作在40～60MHz之间，中频放大器的中心频率为40MHz。被测信号含有三个频率分量，分别为f1＝5MHz、f2＝10MHz和f3＝18MHz。当本地振荡器的本振频率fL从40MHz～60MHz连续变化时，假设在某时刻t，本振频率为fLt＝45MHz，则此时本振频率与信号频率的差频分别为; 在这些差频中，只有f1-能通过中心频率为40MHz的中频放大器成为中频输出， f2- 和 f3- 被滤掉了，即中频放大器将信号中的5MHz的频率分量提取出来。; 此时只有 能通过中频放大器，即10MHz的频率分量被提取出来；同理，当本振频率变为58MHz时，18MHz的频率分量被提取出来。这样，当本振频率 从40～60MHz线性扫频时，信号中5MHz、10MH