频谱分析原理

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1、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¢时域和频域¢频谱分析仪工作原理

2、¢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¢频域测量常

3、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

4、说，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¢EMC¢EMI6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

5、物对自然的感触并非只用眼睛¢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¢时域分析仪器对应示波器和时域反射计¢正弦波在频域内是一根谱线¢方波

6、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¢一个瞬变过程的频谱是连续的¢冲击函数的频谱是平的¢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¢

7、目前技术条件下，其频率范围、灵敏度和动态范围都不如超外差式频谱分析仪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2.1简单的频谱分析方法¢并行滤波器组Parallelfiltersmeasured¢如果需要精细分simultaneously离两个频率，就A需要窄带滤波和LCDshowsfull很多的滤波器，spectraldisplay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1/3f1f2f的八度音阶10射频电路测试原理清华大学电子工程系李国林雷有华2005春季学期移动滤

8、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Af显示的输出结果11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