基于labview的频谱分析仪设计

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1、【标题】基于LabVIEW的频谱分析仪设计【作者】颜周于【关键词】虚拟仪器  虚拟频谱分析仪  图形化编程语言【指导老师】朱清友【专业】物理学【正文】1 绪论虚拟仪器是一种概念仪器，就是采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器，对各种各样的数据进行计算机处理、显示和存储。虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。频谱分析是信号处理中非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统仪器来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带，本论

2、文通过数据采集卡和LabVIEW软件，设计出虚拟频谱分析仪[1]。1.1 课题背景随着科学技术的迅猛发展，电子设备和技术向集成化、数字化和高速化方向发展，而在学校特别是大学中，要想紧跟技术的发展，就要不断更新教学和实验设备。传统仪器下的高校实验教学，已严重滞后于信息时代和工程实际的需要。仪器设备很大部分陈旧，而先进的数字仪器(如数字存储示波器)价格昂贵不可能大量采购，同时其功能较为单一，与此相对应的是大学学科分类越来越细，每一专业都需要专用的测量仪器，因此仪器设备不能实现资源共享，造成了浪费。虚拟仪器正是

3、解决这一矛盾的最佳方案。基于PC平台的虚拟仪器，可以充分利用学校的微机资源，完成多种仪器功能，可以组合成功能强大的专用测试系统，还可以通过软件进行升级。在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计仪器的测试功能，充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能，开发结构简单、操作方便、费用低的虚拟实验仪器，包括数字示波器、频谱分析仪、函数发生器等，既可以减少实验设备资金的投入，又为学生做创新性实验、掌握现代仪器技术提供了条件[2]。1.2 研究意义1.2.1理论意义频谱分析仪对射频工程师来说是必不可少的测试工

4、具。然而各种频谱分析仪实现方法不尽相同，如带通滤波器频谱分析仪、中频滤波器频谱仪和FFT频谱仪。在通讯、雷达、水声、生物医学、动态特性分析等方面，通过频率分析，可以清楚地了解信号的频率成分和频率特征，从而可以对信号分离、组合、识别和再加工，为实际应用提供新的途径。基于LabVIEW编程环境下的虚拟频谱分析仪该仪器充分运用了计算机强大的数据处理能力，实现了一般的频谱分析仪所具有的功能，增加了分析处理能力；不仅降低了仪器的研制成本，提高了测试效率，而且还大大增强了设计的灵活性。1.2.2现实意义 频谱分析仪广

5、泛应用于微波技术领域，是在频域内对信号的电平、功率、率等参数进行测量并显示的仪器， 现代频谱分析仪的本振信号源已从自由震荡式发展到频率合成式，频率也从1kHz 减少到1Hz。又由于采用了平坦度补偿技术，频谱分析仪的幅度测试准确度也在不断地提高。因此在观察信号频谱特性的同时，还可以测量信号各频谱分量的幅度和中心频率，其测试精度也能满足一般工程项目的测试要求，在要求不高的情况下，部分地替代了频率计和功率计职能。在信号处理的许多应用中，常常需要进行频谱分析，以便对信号基本参数进行估计。频谱分析仪已广泛地应用于微

6、波通信、卫星通信和雷达领域，使用它对频段进行监控，比如:对卫星信标进行搜索，在雷达系统中获取目标速度信息，在声纳系统中分析带噪信息，在语音处理系统中分析声谱等。频谱分析仪用来分析信号所包含的频率成分及各频率成分所占的比例，被广泛用于振动测试、故障诊断。1.3 国内外研究现状目前的VXI总线微波频谱分析仪模块是宽带信号分析设备，采用的是超外差模式。在VXI频谱分析仪模块中，将产生零频的本振信号进行幅度和相位上的调整，从而产生一个与原本振信号幅度相当、相位相反的频率信号，然后将此信号与泄漏到混频器输出端的原本

7、振信号对消，进而达到降低所泄漏的本振信号幅度的目的。VXI微波频谱分析仪模块在引入零频抑制电路后，充分降低了零频信号的幅度（经测试，零频信号的幅度已经降低到－50dbm 以下），从而进一步改善了频谱分析仪所能测试的最低频率值以及该频率点的动态测试范围等指标，增强了频谱仪测量小信号的能力。目前FFT频谱仪可以使用先进的DSP器件并借助软件算法提升性。对于中频滤波式频谱仪，频率分辨率直接取决于本振信号的频率读出准确度和中频滤波器的选择性。由于直接数字式频率合成（DDS）技术能直接用频率控制字决定输出信号的频率

8、，具有频率读出准确度高和频率步进小的显著特点，同时，晶体滤波器具有极高的等效品质因数，因而具有良好的窄带滤波选择性。这些措施有效提高了频谱仪的频率分辨率和频率读出准确度，在10HZ-20HZ的频率范围内，频率分辨率达到2HZ。DPX技术是实时频谱分析仪的基础。泰克的频谱仪是市场上唯一带有DPX技术的实时频谱仪。DPX是数字荧光技术，是从泰克示波器技术中移植过来的。DPX数字荧光技术迅速捕获难检的异常信号和瞬态事件，增强了工作效