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1、fft频谱分析原理频谱分析原理射频电路测试原理第六讲频谱分析原理guolinli@tsinghua.edu.cn参考文献Agilent资料吕洪国,《现代网络频谱测量技术》,清华大学出版社,2000刘国林,殷贯西,《电子测量》,机械工业出版社,20032射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期目录通过本章节的讨论,能了解频谱分析仪的工作43原理,明确频谱仪的基本指标,包括频率分辨率,灵敏度和动态范围在频谱分析仪测量中的重要性,掌握进行精确失真测量的步骤,并能够对测量中出现的现象给予合理解释时域和频
2、域频谱分析仪工作原理频谱分析仪基本指标频谱分析仪其他问题3射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期一,时域和频域射频测量对象是宽频带内信号与网络系统的特性参数,而同一个物理系统或信号可以分别在时域和频域描述时域测量以被测信号和网络系统在时域内的特性为依据,研究的是被测对象的幅度时间特性时域测量常用的测试信号是脉冲或阶跃信号,研究的是待测信号的瞬变过程或网络输出的冲激或阶跃响应:关键是时域信号的采集和分析频域测量以被测信号和被测网络系统在频域的特性为依据,研究的是被测对象的幅频特性和相频特性频域测
3、量常用的测试信号为正弦波,研究的是待测信号或网络输出的稳态响应:关键是特定频率的产生和选择射频测试中,时域测量和频域测量是相辅相成的从一个域到另一个域,如果测试是完全的,则无任何信息损43失,仅仅是同一信号的不同表述方法4射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期频谱分析由傅立叶变换知,时域电信号可以分解为一个,多个,甚至是连续的不同频率,不同幅度和不同相位的正弦波因此,用适当的方法,我们可以把时域波形分解为相应的正弦波分量,然后对它们分别进行分析与测量每个正弦波的性质由幅度和相位决定,换句话说,
4、他们可以把时域信号等效到频域中去进行分析和测量,这就是频谱分析5射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期为什么频谱分析为什么要进行频谱测试从事通信工程的技术人员十分关心信号的谐波失真,交调失真,噪声背景,调制等各种频谱情况,因为这些对通信质量都有重要43的影响频域分析有时更清楚通过频谱测试还可以了解信号的频谱占用情况EMCEMI6射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期频谱分析其实很自然频谱分析看起来似乎不如时间波形自然,这是由于我们相信自己的眼睛.然而,生物对自然的感触并
5、非只用眼睛人耳和脑的组合就是一个工作良好的频谱分析仪,它将音频分解并确定每个分量的强度,可以在嘈杂的噪声基底中捕捉到希望听到的声音频率医生对患者的心音听诊,通过对心跳和呼吸声音的分析,判断是否有问题频谱分析并非奇异,只是我们没有无法用眼睛来看到频率特性曲线而已7射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期频谱分析如果用于信号,则是频谱分析仪的主要功能;如果用于分析网络系统,则是网络分析仪的主要功能.典型例子正弦波在频域内是一根谱线方波在频域内是无穷根谱线,谱线间的距离固定为方波周期的倒数一个瞬变过程
6、的频谱是连续的冲击函数的频谱是平43的需要无穷大的能量才能产生一个冲击8射频电路测试原理时域分析仪器对应示波器和时域反射计清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期二,频谱仪扫描调谐式频谱分析仪(Swept-tuned)大多采用超外差式,其工作原理和超外差式接收机基本类同‘外差’就是变频/混频的意思傅立叶变换频谱分析仪(Fourier)首先对时域的信号数字化,然后进行快速傅立叶变换(FFT),并显示变换后各频谱分量可分析单次出现信号可同时获得测量信号的幅度和相位目前技术条件下,其频率范围,灵敏度和动态范围都不如超
7、外差式频谱分析仪9射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期2.143简单的频谱分析方法并行滤波器组如果需要精细分离两个频率,就需要窄带滤波和很多的滤波器,频谱仪的成本随之上升音频频谱分析仪采用32个滤波器,每个带宽占1/3的八度音阶10射频电路测试原理AParallelfiltersmeasuredsimultaneouslyLCDshowsfullspectraldisplayf1清华大学电子工程系f2李国林雷有华f2005春季学期移动滤波器用一个中心频率可调谐的滤波器扫描整个频谱在各个频率点
8、上的输出表明信号在这个频率点的信号分量大小,这样就可以获得一个信号的频谱分析图谱了大频率范围的可调谐滤波器难以实现Af1143射频电路测试原理清华大学电子工程系显示的输出结果李国林雷有华2005春季学期换个思路:固定滤波器很大频率范围的滤波器调谐是不现实的,如果我们固定滤波器的中心频率不变,如是想办法让信号的频谱移动起来,也可以获得信号频谱分析
