第5章 频域测量PPT讲稿.ppt

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1、第第5章章 频域测量频域测量第1页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.1 频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.4 相位噪声测量相位噪声测量5.5 小结小结第2页，共48页，编辑于2022年，星期一信号频谱：信号的全部频率分量组成的幅度谱信号频谱：信号的全部频率分量组成的幅度谱信号频谱：信号的全部频率分量组成的幅度谱信号频谱：信号的全部频率分量组成的幅度谱时间时间幅度幅度幅度幅度(功率功率功率功率)频率频率频率频率时域测量时域测量时域测量时域测量频域测量频域测量频域测量频域测量第3页，共48页

2、，编辑于2022年，星期一频谱的两种基本类型：频谱的两种基本类型：频谱的两种基本类型：频谱的两种基本类型：连续频谱、离散频谱连续频谱、离散频谱连续频谱、离散频谱连续频谱、离散频谱Ot)(1tvLLOw w()w wj1V离散频谱离散频谱离散频谱离散频谱Ot)(1tvOw w()w wj1V频域频域频域频域时域时域时域时域连续频谱连续频谱连续频谱连续频谱第4页，共48页，编辑于2022年，星期一u时频关系时频关系时域时域信号信号频域频域频谱频谱变换方式变换方式连续周期连续周期离散非周期离散非周期傅立叶级数傅立叶级数连续非周期连续非周期连续非周期连续非周期傅立叶变换傅立叶变换离散非周期离散非周期连

3、续周期连续周期序列的傅立叶变换序列的傅立叶变换离散周期离散周期离散周期离散周期离散傅立叶级数离散傅立叶级数结论：结论：周期周期 离散离散非周期非周期 连续连续频谱仪频谱仪频谱仪频谱仪模拟式模拟式模拟式模拟式（扫描式）（扫描式）（扫描式）（扫描式）数字式数字式数字式数字式（非扫描式）（非扫描式）（非扫描式）（非扫描式）滤波式滤波式滤波式滤波式外差式外差式外差式外差式FFTFFT计算法计算法计算法计算法数字滤波法数字滤波法数字滤波法数字滤波法第5页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.1 频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.3

4、傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.4 相位噪声测量相位噪声测量5.5 小结小结第6页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.2.1 滤波式频谱分析技术滤波式频谱分析技术5.2.2 外差式频谱仪外差式频谱仪第7页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.2.1 5.2.1 滤波式频谱分析技术滤波式频谱分析技术滤波式频谱分析技术滤波式频谱分析技术5.2.2 5.2.2 外差式频谱仪外差式频谱仪外差式频谱仪外差式频谱仪第8页，共48页，编辑于2022年，星期一uu滤波式频谱分析的基本原

5、理滤波式频谱分析的基本原理滤波式频谱分析的基本原理滤波式频谱分析的基本原理带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器检波器检波器检波器检波器显示器显示器显示器显示器滤波式频谱仪有以下几种：滤波式频谱仪有以下几种：滤波式频谱仪有以下几种：滤波式频谱仪有以下几种：档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪中心频率多个或可变中心频率多个或可变第9页，共48页，编辑于2022年，星期一uu档级

6、滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪档级滤波式频谱仪x x前置前置前置前置放大器放大器放大器放大器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器门门门门门门门门门门门门门门门门脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器脉冲脉冲脉冲脉冲发生器发生器发生器发生器阶梯波阶梯波阶梯波阶梯波发生器发生器发生器发生器X X放大放大放大放大Y Y放大放大放大放大u u检波检波检波检波uu并行滤波，串行检波并行滤波，串行检波并行滤波，串行检波并行滤波，串行检波 uu测量的实时性差测量的实时性

7、差测量的实时性差测量的实时性差uu体积大、分辨力不高体积大、分辨力不高体积大、分辨力不高体积大、分辨力不高uu适用于低频段的音频测试适用于低频段的音频测试适用于低频段的音频测试适用于低频段的音频测试滤波器组：中心频率固定、滤波器组：中心频率固定、相邻，通带互相衔接相邻，通带互相衔接第10页，共48页，编辑于2022年，星期一uu并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪并行滤波式频谱仪Y Y放大放大放大放大前置前置前置前置放大器放大器放大器放大器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带

8、滤波器窄带滤波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器检波器电电电电子子子子扫扫扫扫描描描描开开开开关关关关扫描扫描扫描扫描发生器发生器发生器发生器X X放大放大放大放大u ux x同时测量Aff1f2uu并行滤波，并行检波并行滤波，并行检波并行滤波，并行检波并行滤波，并行检波 uu速度快，速度快，速度快，速度快，测量的实时性强测量的实时性强测量的实时性强测量的实时性强uu体积大体积大体积大体积大第11页，共48页，编辑于2022年，星期一uu扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪扫频滤波式频谱仪视频视频视频视频检波器检波器检波器检

9、波器X X放大放大放大放大Y Y放大放大放大放大u ux x电调谐电调谐电调谐电调谐滤波器滤波器滤波器滤波器锯齿波锯齿波锯齿波锯齿波发生器发生器发生器发生器中心频率可调的窄带中心频率可调的窄带滤波器滤波器uu测量的实时性差测量的实时性差测量的实时性差测量的实时性差uu结构简单、价格低廉结构简单、价格低廉结构简单、价格低廉结构简单、价格低廉uu损耗大，调谐范围窄，分辨力损耗大，调谐范围窄，分辨力损耗大，调谐范围窄，分辨力损耗大，调谐范围窄，分辨力差差差差第12页，共48页，编辑于2022年，星期一u数字滤波式频谱仪数字滤波式频谱仪u ux xA/DA/D数据缓存数据缓存数据缓存数据缓存数字滤波器

10、数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字检波平均数字检波平均数字检波平均数字检波平均显示显示显示显示时基地址控制时基地址控制时基地址控制时基地址控制uu等效多个模拟滤波器等效多个模拟滤波器uu中心频率由时基电路控制改变中心频率由时基电路控制改变uu频率分辨力高频率分辨力高频率分辨力高频率分辨力高uu处理精度高处理精度高处理精度高处理精度高第13页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.2.1 滤波式频谱分析技术滤波式频谱分析技术5.2.2 外差式频谱仪外差式频谱仪第14页，共48页，编辑于2022年，星期一uu基本原理基本原理基本原理基本

11、原理：与超外差式收音机相同与超外差式收音机相同与超外差式收音机相同与超外差式收音机相同RFLOIF中心频率固定为中心频率固定为中心频率固定为中心频率固定为混频器混频器混频器混频器第15页，共48页，编辑于2022年，星期一衰减衰减衰减衰减放大放大放大放大低通低通低通低通滤波滤波滤波滤波混频器混频器混频器混频器中频中频中频中频滤波滤波滤波滤波检波检波检波检波视频视频视频视频滤波滤波滤波滤波本振本振本振本振斜波斜波斜波斜波发生发生发生发生X X放放放放大大大大Y Y放大放大放大放大被测信号被测信号被测信号被测信号经衰减、放大、低通滤波，加到混频器经衰减、放大、低通滤波，加到混频器经衰减、放大、低通

12、滤波，加到混频器经衰减、放大、低通滤波，加到混频器扫描锯齿波驱动本振，产生扫描锯齿波驱动本振，产生扫描锯齿波驱动本振，产生扫描锯齿波驱动本振，产生本振扫频信号本振扫频信号本振扫频信号本振扫频信号两信号混频，产生丰富的频率分量两信号混频，产生丰富的频率分量两信号混频，产生丰富的频率分量两信号混频，产生丰富的频率分量中频滤波器将分量中频滤波器将分量中频滤波器将分量中频滤波器将分量 滤出，即滤出，即滤出，即滤出，即中频信号中频信号中频信号中频信号中频信号经检波、视频滤波、放大，加到垂直偏转板中频信号经检波、视频滤波、放大，加到垂直偏转板中频信号经检波、视频滤波、放大，加到垂直偏转板中频信号经检波、视

13、频滤波、放大，加到垂直偏转板扫描锯齿波加到水平偏转板，形成频率轴扫描锯齿波加到水平偏转板，形成频率轴扫描锯齿波加到水平偏转板，形成频率轴扫描锯齿波加到水平偏转板，形成频率轴uu组成和工作过程组成和工作过程组成和工作过程组成和工作过程第16页，共48页，编辑于2022年，星期一uu频率变换原理频率变换原理频率变换原理频率变换原理RFLOIF有有有有两个频率成分两个频率成分两个频率成分两个频率成分都可通过中频滤波器都可通过中频滤波器都可通过中频滤波器都可通过中频滤波器需要的需要的需要的需要的不需要的不需要的不需要的不需要的镜像频率，记为镜像频率，记为镜像频率，记为镜像频率，记为当测量当测量当测量当

14、测量 频率成分频率成分频率成分频率成分的幅值时，的幅值时，的幅值时，的幅值时，频率成分频率成分频率成分频率成分的幅值会迭的幅值会迭的幅值会迭的幅值会迭加在其上，引起测量误差加在其上，引起测量误差加在其上，引起测量误差加在其上，引起测量误差第17页，共48页，编辑于2022年，星期一频率变换频率变换频率变换频率变换测量误差测量误差测量误差测量误差解决方法解决方法解决方法解决方法：提高中频频率，从而增加镜像频率：提高中频频率，从而增加镜像频率：提高中频频率，从而增加镜像频率：提高中频频率，从而增加镜像频率f fimagimag和频率分和频率分和频率分和频率分量量量量f fX X的频率间距的频率间距

15、的频率间距的频率间距交叠交叠交叠交叠第18页，共48页，编辑于2022年，星期一uu高中频频率变换高中频频率变换高中频频率变换高中频频率变换频率变换频率变换输入频率输入频率范围范围本振频率本振频率范围范围镜像频率镜像频率范围范围低通滤波低通滤波A A第19页，共48页，编辑于2022年，星期一多级混频多级混频-将高中频信号降低到固定低中频将高中频信号降低到固定低中频将高中频信号降低到固定低中频将高中频信号降低到固定低中频低通滤波低通滤波带通滤波带通滤波带通滤波带通滤波射频输入射频输入100KHz3GHz第一本振第一本振4GHz6.9GHz3.9GHz第二本振第二本振第三本振第三本振3.56GH

16、z340MHz329.3MHz10.7MHz第20页，共48页，编辑于2022年，星期一uu主要性能指标主要性能指标主要性能指标主要性能指标uu输入频率范围输入频率范围输入频率范围输入频率范围频谱仪可以测量的最大频率区间频谱仪可以测量的最大频率区间频谱仪可以测量的最大频率区间频谱仪可以测量的最大频率区间主要由扫描本振的频率范围决定主要由扫描本振的频率范围决定主要由扫描本振的频率范围决定主要由扫描本振的频率范围决定uu频率扫描宽度（频率扫描宽度（频率扫描宽度（频率扫描宽度（SpanSpan）一次测量（一次频率扫描）所显示的频率范围一次测量（一次频率扫描）所显示的频率范围一次测量（一次频率扫描）所

17、显示的频率范围一次测量（一次频率扫描）所显示的频率范围小于或等于输入频率范围小于或等于输入频率范围小于或等于输入频率范围小于或等于输入频率范围可手动设置或自动调节可手动设置或自动调节可手动设置或自动调节可手动设置或自动调节第21页，共48页，编辑于2022年，星期一u频率分辨力（频率分辨力（ResolutionResolution）将最靠近的两个频率分量区分开的能力将最靠近的两个频率分量区分开的能力将最靠近的两个频率分量区分开的能力将最靠近的两个频率分量区分开的能力由中频滤波器的由中频滤波器的由中频滤波器的由中频滤波器的分辨带宽分辨带宽分辨带宽分辨带宽（RBWRBW）决定）决定）决定）决定显示

18、显示分辨带宽分辨带宽3 dBLO混频器混频器锯齿波锯齿波检波器检波器输入频输入频谱谱第22页，共48页，编辑于2022年，星期一3 dB10 kHz10 kHz RBW第23页，共48页，编辑于2022年，星期一uu频率精度频率精度频率精度频率精度uu频率轴读数的精度频率轴读数的精度频率轴读数的精度频率轴读数的精度uu与本振频率稳定度、扫描宽度、分辨带宽等因素有关与本振频率稳定度、扫描宽度、分辨带宽等因素有关与本振频率稳定度、扫描宽度、分辨带宽等因素有关与本振频率稳定度、扫描宽度、分辨带宽等因素有关uu扫描时间（扫描时间（扫描时间（扫描时间（Sweep TimeSweep Time，STST）

19、uu完成一次扫描测量所需的时间，也叫分析时间完成一次扫描测量所需的时间，也叫分析时间完成一次扫描测量所需的时间，也叫分析时间完成一次扫描测量所需的时间，也叫分析时间uu扫描时间和测量精度应综合考虑扫描时间和测量精度应综合考虑扫描时间和测量精度应综合考虑扫描时间和测量精度应综合考虑uu扫描时间与频率扫描宽度、分辨带宽、视频滤波带宽相关扫描时间与频率扫描宽度、分辨带宽、视频滤波带宽相关扫描时间与频率扫描宽度、分辨带宽、视频滤波带宽相关扫描时间与频率扫描宽度、分辨带宽、视频滤波带宽相关第24页，共48页，编辑于2022年，星期一uu相位噪声相位噪声相位噪声相位噪声理想本振信号频谱理想本振信号频谱实际

20、本振信号频谱实际本振信号频谱u本振信号频率短期稳定度指标本振信号频率短期稳定度指标u偏离本振频率某一个频偏处，相对于本振幅度下降的偏离本振频率某一个频偏处，相对于本振幅度下降的dBc数数u相噪由本振信号频率或相位不稳定引起相噪由本振信号频率或相位不稳定引起u本振越稳定，分辨带宽越窄，相噪越小本振越稳定，分辨带宽越窄，相噪越小第25页，共48页，编辑于2022年，星期一绝对幅度绝对幅度（dBm）相对幅度相对幅度（dB）相对频率相对频率绝对频率绝对频率uu幅度测量精度幅度测量精度幅度测量精度幅度测量精度第26页，共48页，编辑于2022年，星期一uu动态范围动态范围动态范围动态范围动态范围可同时测

21、量的最大与最小信号的幅值之比可同时测量的最大与最小信号的幅值之比可同时测量的最大与最小信号的幅值之比可同时测量的最大与最小信号的幅值之比第27页，共48页，编辑于2022年，星期一uu本底噪声（本底噪声（本底噪声（本底噪声（Noise FloorNoise Floor）uu来自频谱仪内部的热噪声来自频谱仪内部的热噪声来自频谱仪内部的热噪声来自频谱仪内部的热噪声uu导致信噪比下降，频谱图中为接近显示底部的噪声基线导致信噪比下降，频谱图中为接近显示底部的噪声基线导致信噪比下降，频谱图中为接近显示底部的噪声基线导致信噪比下降，频谱图中为接近显示底部的噪声基线uu灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度/噪声电平噪声

22、电平噪声电平噪声电平可测最小信号电平的能力可测最小信号电平的能力可测最小信号电平的能力可测最小信号电平的能力 信号电平信号电平第28页，共48页，编辑于2022年，星期一uu1dB1dB压缩点压缩点1 dB 压缩压缩1dB 1dB 压缩点确定压缩点确定压缩点确定压缩点确定放大器的线性工放大器的线性工放大器的线性工放大器的线性工作区作区作区作区1 dB 压缩点压缩点输入输入输出输出uu最大输入电平最大输入电平最大输入电平最大输入电平正常工作时输入电平的最大限度正常工作时输入电平的最大限度正常工作时输入电平的最大限度正常工作时输入电平的最大限度由衰减器、第一级混频器决定由衰减器、第一级混频器决定由

23、衰减器、第一级混频器决定由衰减器、第一级混频器决定第29页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.1 频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.4 相位噪声测量相位噪声测量5.5 小结小结第30页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.3.1 FFT分析仪原理分析仪原理5.3.2 FFT分析仪的实现分析仪的实现第31页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.3.1 FFT分析仪原理分

24、析仪原理5.3.2 FFT分析仪的实现分析仪的实现第32页，共48页，编辑于2022年，星期一uFFT分析仪原理及组成分析仪原理及组成分析仪原理及组成分析仪原理及组成低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波取样电路取样电路取样电路取样电路ADCADCs sf fFFTFFT数字信号数字信号数字信号数字信号处理器处理器处理器处理器输入输入输入输入衰减器衰减器衰减器衰减器显示器显示器显示器显示器衰减器：衰减器：衰减器：衰减器：调理输入幅度到允许的范围内调理输入幅度到允许的范围内调理输入幅度到允许的范围内调理输入幅度到允许的范围内低通滤波：低通滤波：低通滤波：低通滤波：滤除允许频率范围之外的高频成分滤除允许

25、频率范围之外的高频成分滤除允许频率范围之外的高频成分滤除允许频率范围之外的高频成分取样和取样和取样和取样和ADCADC电路：电路：电路：电路：模拟信号转变为数字信号模拟信号转变为数字信号模拟信号转变为数字信号模拟信号转变为数字信号微处理器：微处理器：微处理器：微处理器：用用用用FFTFFT算法计算频谱算法计算频谱算法计算频谱算法计算频谱第33页，共48页，编辑于2022年，星期一uuFFTFFT分析仪的特点分析仪的特点分析仪的特点分析仪的特点uu基本特性基本特性基本特性基本特性FFT第第第第n n个节点对应的频率值为个节点对应的频率值为个节点对应的频率值为个节点对应的频率值为FFTFFT计算结

26、果的频率范围计算结果的频率范围计算结果的频率范围计算结果的频率范围:结论：结论：结论：结论：FFTFFT是基带变换，适合处理基带信号是基带变换，适合处理基带信号是基带变换，适合处理基带信号是基带变换，适合处理基带信号第34页，共48页，编辑于2022年，星期一uuFFTFFT分析之前的数字频带搬移分析之前的数字频带搬移分析之前的数字频带搬移分析之前的数字频带搬移 窄带带通信号窄带带通信号窄带带通信号窄带带通信号不适于直接用不适于直接用不适于直接用不适于直接用FFTFFT计算频谱计算频谱计算频谱计算频谱模拟滤波模拟滤波取样电路取样电路ADCADCs sf fFFTFFT数字信号数字信号处理器处理

27、器数字滤波数字滤波数字正弦波数字正弦波中频信号中频信号中频信号中频信号基带信号基带信号基带信号基带信号第35页，共48页，编辑于2022年，星期一f fL Lf fHHf f（a a）0 0f fL Lf fHH-f-fL Lf ff f（b b）（c c）0 00 0频谱搬移频谱搬移ADCADC输出的待测中输出的待测中输出的待测中输出的待测中频带限信号频谱频带限信号频谱频带限信号频谱频带限信号频谱数字正弦波频谱，数字正弦波频谱，数字正弦波频谱，数字正弦波频谱，f fL L选中频带限信号截选中频带限信号截选中频带限信号截选中频带限信号截止频率止频率止频率止频率数字滤波器输出频数字滤波器输出频数

28、字滤波器输出频数字滤波器输出频谱谱谱谱这个过程也叫这个过程也叫这个过程也叫这个过程也叫数字下变频数字下变频数字下变频数字下变频第36页，共48页，编辑于2022年，星期一uu降数据率抽取与抗混叠滤波降数据率抽取与抗混叠滤波降数据率抽取与抗混叠滤波降数据率抽取与抗混叠滤波 由由由由f fstepstep=f fS S/N/N可可可可知知知知，为为为为提提提提高高高高频频频频谱谱谱谱分分分分辨辨辨辨力力力力，可可可可降降降降低低低低采采采采样样样样速速速速率率率率f fS S、增加增加增加增加FFTFFT分析点数分析点数分析点数分析点数N N 过过过过低低低低的的的的f fS S会会会会引引引引起

29、起起起频频频频谱谱谱谱混混混混叠叠叠叠、减减减减小小小小分分分分析析析析带带带带宽宽宽宽，导导导导致致致致信信信信噪噪噪噪比下降；比下降；比下降；比下降；FFTFFT的分析点数不能无限增大的分析点数不能无限增大的分析点数不能无限增大的分析点数不能无限增大解决方案：解决方案：解决方案：解决方案：（1 1）抽取数字信号以降低数据率）抽取数字信号以降低数据率）抽取数字信号以降低数据率）抽取数字信号以降低数据率（2 2）对抽取后数据数字滤波）对抽取后数据数字滤波）对抽取后数据数字滤波）对抽取后数据数字滤波第37页，共48页，编辑于2022年，星期一uu频谱泄漏及其处理频谱泄漏及其处理频谱泄漏及其处理频

30、谱泄漏及其处理FFTFFT采用采用采用采用有限长有限长有限长有限长的时间记录进行付氏变换，在总体上不的时间记录进行付氏变换，在总体上不的时间记录进行付氏变换，在总体上不的时间记录进行付氏变换，在总体上不断重复，以代表对断重复，以代表对断重复，以代表对断重复，以代表对实际无限长实际无限长实际无限长实际无限长序列的积分序列的积分序列的积分序列的积分有限长处理，必然要有限长处理，必然要有限长处理，必然要有限长处理，必然要截断截断截断截断频谱泄漏频谱泄漏频谱泄漏频谱泄漏解决办法解决办法解决办法解决办法：加窗加窗加窗加窗处理，减小频谱泄漏处理，减小频谱泄漏处理，减小频谱泄漏处理，减小频谱泄漏窗函数：窗函

31、数：窗函数：窗函数：汉宁窗、凯塞窗、矩形窗汉宁窗、凯塞窗、矩形窗汉宁窗、凯塞窗、矩形窗汉宁窗、凯塞窗、矩形窗第38页，共48页，编辑于2022年，星期一uuFFTFFT分析仪的性能指标分析仪的性能指标分析仪的性能指标分析仪的性能指标uu频率特性频率特性频率特性频率特性频率分辨力频率分辨力频率分辨力频率分辨力 ：取决于取决于取决于取决于采样频率采样频率采样频率采样频率和和和和采样点数采样点数采样点数采样点数，ff=f fS/N N频率范围频率范围频率范围频率范围：由采样频率：由采样频率：由采样频率：由采样频率f fS S决定决定决定决定uu幅度特性幅度特性幅度特性幅度特性动态范围：动态范围：动态

32、范围：动态范围：取决于取决于取决于取决于ADCADC位数、运算字长或精度位数、运算字长或精度位数、运算字长或精度位数、运算字长或精度灵敏度：灵敏度：灵敏度：灵敏度：取决于取决于取决于取决于本底噪声本底噪声本底噪声本底噪声，主要由，主要由，主要由，主要由前置放大器噪声前置放大器噪声前置放大器噪声前置放大器噪声决定决定决定决定幅度读数精度：幅度读数精度：幅度读数精度：幅度读数精度：幅度误差来源包括幅度误差来源包括幅度误差来源包括幅度误差来源包括计算处理误差计算处理误差计算处理误差计算处理误差、频谱混叠频谱混叠频谱混叠频谱混叠误差误差误差误差、频谱泄漏误差频谱泄漏误差频谱泄漏误差频谱泄漏误差等多种等

33、多种等多种等多种系统误差系统误差系统误差系统误差，以及每次单个记录分，以及每次单个记录分，以及每次单个记录分，以及每次单个记录分析所含的析所含的析所含的析所含的统计误差统计误差统计误差统计误差第39页，共48页，编辑于2022年，星期一u分析速度分析速度 取决于取决于取决于取决于N N点点点点FFTFFT的运算时间、平均处理时间及结果处的运算时间、平均处理时间及结果处的运算时间、平均处理时间及结果处的运算时间、平均处理时间及结果处理时间。理时间。理时间。理时间。uu其他特性其他特性其他特性其他特性 可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式等可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式等可选的窗函数

34、种类；数据触发方式；显示方式等可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式等第40页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.3.1 FFT分析仪原理分析仪原理5.3.2 FFT分析仪的实现分析仪的实现第41页，共48页，编辑于2022年，星期一1.1.硬件实现硬件实现硬件实现硬件实现可选方案：可选方案：可选方案：可选方案：ASICASIC、FPGAFPGA、DSPDSP选择准则：选择准则：可编程性、集成度、开发周期、性能、功可编程性、集成度、开发周期、性能、功可编程性、集成度、开发周期、性能、功可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗耗耗耗

35、可编程性可编程性集成度集成度开发周期开发周期性能性能功耗功耗ASICASIC低低较低较低短短最佳最佳中中FPGAFPGA较高较高高高最长最长两者相两者相当当低低DSPDSP最高最高高高较长较长高高第42页，共48页，编辑于2022年，星期一选用哪种方案实现频谱分析？选用哪种方案实现频谱分析？ASICASIC：提提提提供供供供有有有有限限限限的的的的可可可可编编编编程程程程性性性性和和和和集集集集成成成成水水水水平平平平，通通通通常常常常可可可可为为为为某某某某项项项项固固固固定定定定功功功功能提供最佳解决方案；能提供最佳解决方案；能提供最佳解决方案；能提供最佳解决方案；FPGAFPGA：可可可

36、可为为为为高高高高度度度度并并并并行行行行或或或或涉涉涉涉及及及及线线线线性性性性处处处处理理理理的的的的高高高高速速速速信信信信号号号号处处处处理理理理提提提提供供供供最最最最佳佳佳佳解解解解决决决决方案，如数字滤波器等的设计；方案，如数字滤波器等的设计；方案，如数字滤波器等的设计；方案，如数字滤波器等的设计；DSPDSP：可可可可为为为为复复复复杂杂杂杂决决决决策策策策分分分分析析析析等等等等功功功功能能能能提提提提供供供供最最最最佳佳佳佳可可可可编编编编程程程程解解解解决决决决方方方方案案案案，如如如如FFTFFT这样具有顺序特性的信号处理。这样具有顺序特性的信号处理。这样具有顺序特性的

37、信号处理。这样具有顺序特性的信号处理。结结论论：鉴鉴鉴鉴于于于于频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析通通通通常常常常需需需需要要要要较较较较高高高高的的的的可可可可编编编编程程程程性性性性，因因因因此此此此使使使使用用用用DSPDSP实实实实现现现现FFTFFT，而而而而使使使使用用用用FPGAFPGA实实实实现现现现数数数数字字字字滤滤滤滤波波波波、抽抽抽抽取取取取等等等等其其其其他他他他数数数数字字字字信信信信号号号号处处处处理理理理2.2.软件实现软件实现 汇编语言，如汇编语言，如汇编语言，如汇编语言，如DSPDSP汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言 高级语言，如高级语言，如高级语言，如高级语

38、言，如CVICVI提供提供提供提供FFTFFT函数函数函数函数第43页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.1 频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.4 相位噪声测量相位噪声测量5.5 小结小结第44页，共48页，编辑于2022年，星期一相位噪声相位噪声表征信号短期稳定度，反映频谱纯度表征信号短期稳定度，反映频谱纯度表征信号短期稳定度，反映频谱纯度表征信号短期稳定度，反映频谱纯度时域中表现为波形过零点抖动，不易辨别时域中表现为波形过零点抖动，不易辨别时域中表现为波形过零点抖动，不易辨别时域中表现

39、为波形过零点抖动，不易辨别频域中表现为载波的边带，较易测量频域中表现为载波的边带，较易测量频域中表现为载波的边带，较易测量频域中表现为载波的边带，较易测量单边带相位噪单边带相位噪（SSBSSB）：）：）：）：源信号频谱中，在载波源信号频谱中，在载波源信号频谱中，在载波源信号频谱中，在载波频率的某频率的某频率的某频率的某一固定频偏处一固定频偏处一固定频偏处一固定频偏处的的的的1Hz1Hz带宽内的电平幅带宽内的电平幅带宽内的电平幅带宽内的电平幅度度度度，与，与，与，与载波电平载波电平载波电平载波电平幅度之差，幅度之差，幅度之差，幅度之差，单位为单位为单位为单位为dBcdBc（1Hz1Hz）或）或）

40、或）或dBc/HzdBc/HzA AA APNPNA AC Cf fT Tf foffoff1Hz1Hzf f本振信号本振信号第45页，共48页，编辑于2022年，星期一uu测量载波电平幅度测量载波电平幅度测量载波电平幅度测量载波电平幅度ACuu测量频偏测量频偏测量频偏测量频偏 f foff off 处的相位噪声幅度处的相位噪声幅度处的相位噪声幅度处的相位噪声幅度APNPN 频谱仪测量相位噪声分两步：频谱仪测量相位噪声分两步：频谱仪测量相位噪声分两步：频谱仪测量相位噪声分两步：A A(f foffoff)是距载波频偏是距载波频偏是距载波频偏是距载波频偏f foffoff处处处处1Hz1Hz带宽

41、内的单边带相位噪声，单位带宽内的单边带相位噪声，单位带宽内的单边带相位噪声，单位带宽内的单边带相位噪声，单位为为为为dBcdBc（1Hz1Hz）；）；）；）；A AC C是载波电平，单位为是载波电平，单位为是载波电平，单位为是载波电平，单位为dBmdBm；A APN PN(f foffoff)是距载波频偏是距载波频偏是距载波频偏是距载波频偏f foffoff处处处处1Hz1Hz带宽内的噪声电平，单位为带宽内的噪声电平，单位为带宽内的噪声电平，单位为带宽内的噪声电平，单位为dBmdBm第46页，共48页，编辑于2022年，星期一第第5章章 频域测量频域测量5.1 频谱分析的基本概念频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪傅里叶分析仪5.4 相位噪声测量相位噪声测量5.5 小结小结第47页，共48页，编辑于2022年，星期一本章小结本章小结1.时频关系及傅立叶变换的四种形式时频关系及傅立叶变换的四种形式2.滤波式频谱分析仪原理滤波式频谱分析仪原理3.外差式频谱仪原理外差式频谱仪原理4.傅立叶分析仪原理傅立叶分析仪原理5.基本概念基本概念 分辨力带宽、相位噪声、单边带相位噪声分辨力带宽、相位噪声、单边带相位噪声第48页，共48页，编辑于2022年，星期一