一信號(hào)的描述

　　通常對(duì)一個(gè)信號(hào)特征的描述，可以在時(shí)域，頻域和調(diào)制域三個(gè)域內(nèi)進(jìn)行。信號(hào)的時(shí)間和幅度構(gòu)成時(shí)域，頻率和幅度構(gòu)成頻域，時(shí)間和頻率構(gòu)成調(diào)制域。

　　圖1 時(shí)域、頻域、調(diào)制域

二信號(hào)的觀測(cè)

　　在時(shí)域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，使用的儀器是示波器，它可以獲得信號(hào)的時(shí)域波形，并且能夠很直觀地在屏幕上展示出信號(hào)在時(shí)間軸上的各種時(shí)域特性；在頻域測(cè)試中采用的儀器則是頻譜分析儀，它的基本功能是測(cè)量信號(hào)的幅度和頻率響應(yīng)。有些測(cè)量場(chǎng)合需要獲得信號(hào)的頻率、幅度、相位以及網(wǎng)絡(luò)等信息，這時(shí)就是在調(diào)制域內(nèi)進(jìn)行的測(cè)量，通常用到的測(cè)量?jī)x器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

三信號(hào)的頻譜分析

　　對(duì)于一個(gè)電信號(hào)的研究，我們可以分析它隨時(shí)間變化的特性，也可以由它所包含的頻率分量(即頻譜分布)來(lái)描述，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以得到信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，了解信號(hào)的頻率成分或系統(tǒng)的特征。頻譜分析是揭示信號(hào)特征的重要方法，也是處理信號(hào)的重要手段。

　　圖2信號(hào)的頻譜分析

四頻譜分析儀的歷程

　　頻譜分析儀作為信號(hào)頻域測(cè)量的主要工具，它能自動(dòng)分析電信號(hào)并在整個(gè)頻譜上顯示出全部頻率分量情況，以及各頻率成分之間的相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系(各頻率成分的幅值)，其發(fā)展也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的模擬式到現(xiàn)代的數(shù)字式。

01傳統(tǒng)頻譜分析儀

　　早期的頻譜分析儀，是基于模擬信號(hào)處理的，前端電路是一系列帶寬相同，但中心頻率以帶寬為步進(jìn)等差遞增的帶通濾波器，被測(cè)信號(hào)通過(guò)帶通濾波器濾波后，再分別通過(guò)各頻率檢波器檢波，得出各頻率成分的大小，最后再通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。

　　圖3傳統(tǒng)頻譜分析儀原理示意圖

　　將采用這種方式實(shí)現(xiàn)的頻譜分析儀稱(chēng)為帶通濾波器頻譜分析儀，其最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)能強(qiáng)，能迅速跟蹤信號(hào)頻譜隨時(shí)間的變化，但其最大的缺點(diǎn)是：1、頻率分辨率低；2、需要大量的濾波器；3、儀器穩(wěn)定性不高。為了保證分析儀的頻率分辨率，需要使用通頻帶很窄的濾波器，所需窄帶濾波器的數(shù)量隨著測(cè)量頻率范圍增大及頻率分辨率的提高而增加，并且由于模擬濾波器中心頻率會(huì)隨時(shí)間、環(huán)境溫度“漂移”，因此制造高穩(wěn)定度、高精度的的這種頻譜分析儀比較困難。

02現(xiàn)代頻譜分析儀

　　隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的成熟，利用微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理已成為通用的方法。

　　現(xiàn)代頻譜分析儀通常的架構(gòu)是采用FPGA+DSP的方式，首先由PFGA控制模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)進(jìn)行高速采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換成頻域信號(hào)獲得頻譜信息。這種頻譜分析儀為獲得真實(shí)的信息并且不失真，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí) ADC的采樣頻率最少等于輸入信號(hào)最高頻率的兩倍。

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