频谱分析仪计量检定.ppt

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1、频谱分析的基础理论知识信号分析主要从三个方面进行，即时域、频域和调制域。频域测量分析方法是观测信号幅度(V）或能量(V2)与频率的关系，或者说测量分析信号所包含的频率成分的分布。频谱分析仪就是分析信号频域特性的仪器。当一个信号随时间作周期或准周期变化时，用傅里变换可以表示成一个基波分量及许多谐波谐波分量之和的形式，基波及各次谐波按其频率高低的顺序排列就是信号的频谱。周期（或准周期）性信号的频谱是由一组离散的线条组成的离散谱，又称为线谱。一个周期函数f(t)在一个周期内只有有限个极点，只有有限个第一类间隔点（在这种间隔点左右极限存在），而其余各处都是连续

2、的，称这个函数满足了狄利赫勒条件，它可以展成傅里叶级数：傅里叶级数还有其他表示形式，比较常用的是余弦表达式：式中：T——信号周期，单位为s（秒）；n——正整数；f——信号的基波频率，单位为Hz；ω——称为角频率，单位为rad(弧度)。由上述式子可看出，满足狄利赫勒条件的周期函数f(t)可用无限个幅度为Cn，角频率为2πn/T的正弦振荡之和表示。等幅信号的时域和频域表示为：等幅信号的频谱调幅信号的频谱调幅信号的时域和频域表示为：调角信号的频谱调角信号可分为调相信号和调频信号两种：调相信号的特点是，调制信号线性地改变载波相位，即：调相信号的时域表示式是：调

3、频信号的特点是，调制信号线性地改变载波的瞬时频率，即：调频信号的时域表示式是：调制信号为单音余弦信号时调角信号的频谱调相信号的时域表示为：调频信号的时域表示为：单音余弦波进行调频和调相时，其频谱是相似的，用单音调频信号的分析来说明角度调制信号。单音调频波的表示式：ΩΩωcωcΩ2Ωa)实际调频波频谱b)频谱分析仪上观察到的频谱脉冲信号这里指脉冲的上升（下降）时间是零、顶部平坦的周期脉冲。脉冲信号周期脉冲的时域和频域图a)时域图b)频域图脉冲信号调幅信号把周期脉冲调制在频率是的载波上，根据频谱搬移定理，可以得到用周期脉冲调幅波的表示式：周期脉冲调幅信号的

4、频谱图频谱分析仪上显示的周期脉冲调幅信号的功率谱，其谱线分布相对于载频是对称的。当脉冲的占空比远小于1时，频谱的能量分布。期脉冲调幅信号的功率谱频谱分析仪的类型实时频谱分析仪并联滤波器型分析仪（真正实时型）快速傅里叶变换（FFT）式分析仪扫频型频谱分析仪（扫频调谐型）显示扫频型频谱分析仪调谐滤波器型频谱分析仪扫频超外差型分析仪前置宽带放大器多路分配器滤波器1检波器1指示器1滤波器2检波器2指示器2滤波器n检波器n指示器n~并联滤波器型分析仪快速傅里叶变换式分析仪框图低通滤波器取样A/D保持RAMFFT显示快速傅里叶变换算法可以把某一时刻的时间函数f(t

5、)转换为频域函数s(w)：显示扫频型频谱分析仪低通滤波器多路分配器滤波器1检波器1滤波器2检波器2滤波器n检波器n显示器扫描开关用扫描开关扫描，使显示器上轮换显示各滤波器的输出。调谐滤波器型频谱分析仪调谐滤波器检波器扫描电路调谐滤波式频谱分析仪是通过在整个测量范围内移动一个带通滤波器的中心频率及带宽来工作的。扫频超外差型分析仪它实际上是一个校准于正弦波均方根值的频率选择性峰值响应电压表。把本振作为扫频器件，输出本振信号频率从低到高输连续扫动，与输入的被测信号中各频谱分量逐个混频，使之依次变为相对应的中频的频谱分量，经检波和视放后显示在荧光屏上。衰减器低

6、通扫描发生器中放视放检波本振显示器扫频超外差型分析仪的缺点扫频超外差式频谱分析仪虽然有很多优点，但它有一个最难解决的问题是真假信号的识别。1.多次响应：由于本振信号很大(如HP8590和HP8560的第一本振信号功率为16dBm±2dB，所以混频器对本振信号而言是非线性工作状态，会产生的很多谐波。2.谐波响应：当本振调到某个频率时，由于在混频器中产生谐波，频谱分析仪就能对几个信号频率同时进行响应，在显示器上表现为同一根响应线。扫频超外差型分析仪的缺点的解决方法解决上述问题有两种方法，一种是在频谱分析仪中安装信号识别装置，能很方便的识别输出信号与本振进行

7、混频的模式n，从而在对应的频率标尺上直接读出输入信号的频率。这种识别装置可以是手动的，而对于带有微处理器的频谱分析仪利用综合调谐程序自动完成识别。另一种方法就是使用跟踪预选择性带通滤波器，把它安装在混频器之前，其中心频率和扫频频率同步调谐，这就相当于把调谐滤波器式分析仪和扫频超外差式分析仪的优点合二为一。本文所涉及的频谱仪是扫频超外差型频谱仪。频谱分析仪的基本组成常用的频谱分析仪由射频前端电路、中频放大电路、显示电路、扫描电路、校准信号源和微机控制电路等六大部分组成。射频前端电路中频放大电路显示电路校准信号源频率控制CPUI/O板操作数据采集CPU扫描

8、电路从频率基准来射频前端电路进行信号频率变化和幅度控制的电路通称为射频前端电路，它保证了正确地