频域测量-完整版
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第七章 频域测量
1 1 f = = 2π Lc C 2π µ ~η µ × LC
磁 调 制 系 统 的 实 际 结 构
可见， µ~改变，则频率改变。 f 可见， 改变，则频率改变。 Q 绕组 LM LC Q IM0 频线 IM
第七章 频 域 测 量
（三）、光点扫描式与光栅增辉式 ）、光点扫描式与光栅增辉式 （一）、扫频图示法根据图示法的显示原理不同，分为 ）、扫频图示法根据图示法的显示原理不同， 扫频图示法根据图示法的显示原理不同 光点扫描式 光栅增辉式 （二）、两种图示法的比较： ）、两种图示法的比较： 两种图示法的比较 1、光点扫描式在大屏幕显示受到限制，而光栅增辉 、光点扫描式在大屏幕显示受到限制， 式是电磁偏转，适合大屏幕示波管。 式是电磁偏转，适合大屏幕示波管。 2、光点扫描式测量准确度不易提高。 、光点扫描式测量准确度不易提高。
第七章 频 域 测 量
1、线性系统频率特性的测量 、 概念： 概念： 线性系统对正弦输入的稳态响应称为频率特性； 线性系统对正弦输入的稳态响应称为频率特性； 可用幅频特性和相频特性来全面表征。 可用幅频特性和相频特性来全面表征。 正弦测量技术： 正弦测量技术： 理论基础：对于线性系统，其输入为正弦信号激励， 理论基础：对于线性系统，其输入为正弦信号激励， 输出响应是具有与输入频率相同的正弦波。 输出响应是具有与输入频率相同的正弦波。
第七章 频 域 测 量
静态： 静态：点频法 频率特性测量 动态：图示测量扫频仪 动态：图示测量扫频仪 自动测试： 自动测试：留待后述章节 点频法： 点频法： 在不同的输入频率点上，逐点测量数据。 在不同的输入频率点上，逐点测量数据。
如图
第七章 频 域 测 量
点频法： 点频法：逐点描绘法
vi fi
第6章频域测量
另外，频率合成技术特别是DDS技术用于扫频信号源 中，可以实现宽带扫频，并具有频率准确度和分辨率高、寄生 信号和相位噪声低等特点。
（2）频标电路
频标电路即频率标志电路。
其作用是产生具有频率标志的图形，叠加在幅频特性曲线 上，对图形的频率轴进行定量，可以用来确定曲线上各点相应 的频率值。
频标信号可以是1MHz、10MHz、外接频标等。
快速傅里叶变换（FFT）计算法
数字滤波法
数字滤波法是仿照模拟频谱仪，用数字滤波器代替模拟滤 波器，为了实现数字化，在滤波器前加入了采样保持电路和 A/D转换器，数字滤波器的中心频率可由控制和时基电路改 变。
输入 放大器
输入 衰减器
狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化的幅度谱称为频 谱。
频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的 多种参数。
频谱图：将信号中所包含的频率分量按频率顺序排列起来 的谱图。一般只考虑其幅度大小，故频谱图通常又称为幅度频 谱，简称为幅频特性。
频谱测量的基础是傅里叶变换。
频谱的两种基本类型
顺序滤波频谱仪
BPF1 BPF2
BPFn
原理与并行滤波法相同，只是为了简化电路、降低成本，各 路滤波器后通过电子开关轮流公用检波、放大及显示器。 优点：与并行滤波法相比简化电路、降低成本； 缺点：不能进行实时分析。
可调滤波频谱仪
BPF1
以上两种方法都需要大量的滤波器，使仪器笨重而昂贵，若采 用中心频率可调的滤波器，则可得到大大简化。然而可调滤波器的 通带难以做得很窄，其可调范围也难以做得很宽，而且在调谐范围 内难以保持恒定不变的滤波特性，因此只适用于窄带频谱分析。 优点：结构更加简化； 缺点：只适用于窄带频谱分析。
差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图形，与图形叠加， 这就是菱形频标。
（2）频标电路
频标电路即频率标志电路。
其作用是产生具有频率标志的图形，叠加在幅频特性曲线 上，对图形的频率轴进行定量，可以用来确定曲线上各点相应 的频率值。
频标信号可以是1MHz、10MHz、外接频标等。
快速傅里叶变换（FFT）计算法
数字滤波法
数字滤波法是仿照模拟频谱仪，用数字滤波器代替模拟滤 波器，为了实现数字化，在滤波器前加入了采样保持电路和 A/D转换器，数字滤波器的中心频率可由控制和时基电路改 变。
输入 放大器
输入 衰减器
狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化的幅度谱称为频 谱。
频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的 多种参数。
频谱图：将信号中所包含的频率分量按频率顺序排列起来 的谱图。一般只考虑其幅度大小，故频谱图通常又称为幅度频 谱，简称为幅频特性。
频谱测量的基础是傅里叶变换。
频谱的两种基本类型
顺序滤波频谱仪
BPF1 BPF2
BPFn
原理与并行滤波法相同，只是为了简化电路、降低成本，各 路滤波器后通过电子开关轮流公用检波、放大及显示器。 优点：与并行滤波法相比简化电路、降低成本； 缺点：不能进行实时分析。
可调滤波频谱仪
BPF1
以上两种方法都需要大量的滤波器，使仪器笨重而昂贵，若采 用中心频率可调的滤波器，则可得到大大简化。然而可调滤波器的 通带难以做得很窄，其可调范围也难以做得很宽，而且在调谐范围 内难以保持恒定不变的滤波特性，因此只适用于窄带频谱分析。 优点：结构更加简化； 缺点：只适用于窄带频谱分析。
差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图形，与图形叠加， 这就是菱形频标。
第六章 频域测量
分类： 分类： 按组成形式划分 有显示器的 无显示器的：扫频信号发生器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二节 扫频分析仪
按用途划分 通用扫频仪； 专用扫频仪； 宽带扫频仪； 阻抗图示仪； 微波综合测试仪。
第二节 扫频分析仪
按频率划分 低频扫频仪； 高频扫频仪； 电视扫频仪。
第二节 扫频分析仪
扫频源： 扫频源： 能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发 生器或扫频信号源，简称扫频源。
第一节 概述
素数正弦波法： 素数正弦波法： 为了克服线性系统中非线性失真的影响 可进行快速频率特性分析
第一节 概述
正弦测量技术的理论基础： 在正弦信号激励下的线性系统，其输出响应是 具有与输入相同频率的正弦波，只是幅值和相 位可能有所差别。
第一节 概述
伪随机信号法： 伪随机信号法： 模拟白噪声，完成广谱快速测量。
第五节 信号的频谱分析
扫频速度v的选择 扫频速度 的选择 v的选择以获得较高的动态分辨力Bd为准则。同时，还 应合理处理与分析时间的矛盾。因为当扫频宽度一定时， v 的选择实际上就是分析时间的选择。
一般可按下列经验准则 v ≤ Bq 2 v——扫描速度，单位Hz/s Bq——静态分辨力，单位Hz
第二节 扫频分析仪
频偏（正弦波调制）：指在调频波中的瞬时频 率与中心频率之间的差值。 灵敏度：指偏转灵敏度。是在有效显示屏幕内 显示信号能力的额定因数。以mV/cm或mV/div 为单位。 调制非线性：指在屏幕有效显示平面内产生的 频率线性误差。在屏幕上表现为扫描信号的频 率分布不均匀。
第二节 扫频分析仪
第五节 信号的频谱分析
频谱分析仪就是使用不同方法在频域内对 信号的电压、功率、频率等参数进行测量 并显示的仪器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二节 扫频分析仪
按用途划分 通用扫频仪； 专用扫频仪； 宽带扫频仪； 阻抗图示仪； 微波综合测试仪。
第二节 扫频分析仪
按频率划分 低频扫频仪； 高频扫频仪； 电视扫频仪。
第二节 扫频分析仪
扫频源： 扫频源： 能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发 生器或扫频信号源，简称扫频源。
第一节 概述
素数正弦波法： 素数正弦波法： 为了克服线性系统中非线性失真的影响 可进行快速频率特性分析
第一节 概述
正弦测量技术的理论基础： 在正弦信号激励下的线性系统，其输出响应是 具有与输入相同频率的正弦波，只是幅值和相 位可能有所差别。
第一节 概述
伪随机信号法： 伪随机信号法： 模拟白噪声，完成广谱快速测量。
第五节 信号的频谱分析
扫频速度v的选择 扫频速度 的选择 v的选择以获得较高的动态分辨力Bd为准则。同时，还 应合理处理与分析时间的矛盾。因为当扫频宽度一定时， v 的选择实际上就是分析时间的选择。
一般可按下列经验准则 v ≤ Bq 2 v——扫描速度，单位Hz/s Bq——静态分辨力，单位Hz
第二节 扫频分析仪
频偏（正弦波调制）：指在调频波中的瞬时频 率与中心频率之间的差值。 灵敏度：指偏转灵敏度。是在有效显示屏幕内 显示信号能力的额定因数。以mV/cm或mV/div 为单位。 调制非线性：指在屏幕有效显示平面内产生的 频率线性误差。在屏幕上表现为扫描信号的频 率分布不均匀。
第二节 扫频分析仪
第五节 信号的频谱分析
频谱分析仪就是使用不同方法在频域内对 信号的电压、功率、频率等参数进行测量 并显示的仪器。
《频域测量》课件
《频域测量》课件
目录
• 频域测量的基本概念 • 频域测量的基本原理 • 频域测量的常用仪器 • 频域测量的实际应用 • 频域测量的最新发展
01 频域测量的基本概念
频域测量的定义
频域测量是一种通过分析信号在频率 域的特性来获取信息的方法。它通过 将信号从时域转换到频域，利用频率 特性来描述信号的特征。
快速傅里叶变换（FFT）
一种高效的计算离散傅里叶变换的方法，能够快速得到信号的频谱。
频谱分析的窗函数
在进行傅里叶变换时，使用不同的窗函数可以得到不同分辨率的频 谱，窗函数的选择对于频谱分析结果的影响较大。
频域测量中的滤波器
低通滤波器
允许低频信号通过，抑 制高频信号，用于提取
信号的低频成分。
高通滤波器
频谱分析仪通常具有较高的频率分辨 率和动态范围，能够测量不同频率下 的信号强度和失真。
它能够分析信号在不同频率下的表现， 帮助工程师了解信号的频域特性。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、 电子对抗、音频等领域。
网络分析仪
网络分析仪是一种用于测量网络 参数的仪器，如电压驻波比
（VSWR）、传输系数、相位等。
人工智能在频域测量中的应用
人工智能技术为频域测量提供了新的方法和思路，能够自动识别、分类和预测信 号的特征和行为。
通过训练神经网络、支持向量机等机器学习算法，可以实现对信号的自动分类、 异常检测和模式识别等功能，提高了频域测量的智能化水平。
频域测量与其他测量方法的结合
频域测量方法可以与其他测量方 法相结合，形成多维度的信号分 析方法，从而更全面地了解信号
成不同频率分量的叠加。
频谱分析
通过分析信号的频谱，可以了解信 号中各个频率分量的幅度和相位信 息，从而对信号进行深入理解和分 析。
目录
• 频域测量的基本概念 • 频域测量的基本原理 • 频域测量的常用仪器 • 频域测量的实际应用 • 频域测量的最新发展
01 频域测量的基本概念
频域测量的定义
频域测量是一种通过分析信号在频率 域的特性来获取信息的方法。它通过 将信号从时域转换到频域，利用频率 特性来描述信号的特征。
快速傅里叶变换（FFT）
一种高效的计算离散傅里叶变换的方法，能够快速得到信号的频谱。
频谱分析的窗函数
在进行傅里叶变换时，使用不同的窗函数可以得到不同分辨率的频 谱，窗函数的选择对于频谱分析结果的影响较大。
频域测量中的滤波器
低通滤波器
允许低频信号通过，抑 制高频信号，用于提取
信号的低频成分。
高通滤波器
频谱分析仪通常具有较高的频率分辨 率和动态范围，能够测量不同频率下 的信号强度和失真。
它能够分析信号在不同频率下的表现， 帮助工程师了解信号的频域特性。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、 电子对抗、音频等领域。
网络分析仪
网络分析仪是一种用于测量网络 参数的仪器，如电压驻波比
（VSWR）、传输系数、相位等。
人工智能在频域测量中的应用
人工智能技术为频域测量提供了新的方法和思路，能够自动识别、分类和预测信 号的特征和行为。
通过训练神经网络、支持向量机等机器学习算法，可以实现对信号的自动分类、 异常检测和模式识别等功能，提高了频域测量的智能化水平。
频域测量与其他测量方法的结合
频域测量方法可以与其他测量方 法相结合，形成多维度的信号分 析方法，从而更全面地了解信号
成不同频率分量的叠加。
频谱分析
通过分析信号的频谱，可以了解信 号中各个频率分量的幅度和相位信 息，从而对信号进行深入理解和分 析。
第十一章 频域测量
幅频特性曲线上，对图形的频率轴进行定量， 可以用来确定曲线上各点相应的频率值。 频标的产生方法通常是差频法。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
频标产生方法.
晶体振荡器产生的信 号经谐波发生器产生 出一系列的谐波分量 基波和谐波分量与扫 频信号一起进入频标 混频器进行混频 滤去差频信 号中的高频 成分
第一节 时域测量和频域测量的 比较
1.时域测量
观察一个电信号的普通方法是显示信号波形，
即以时间t为水平轴，是在时间域内观察信号， 称为信号的时域分析。 如下图所示，方波与正弦波皆为时域测量显 示波形。
2.频域测量
从一个电信号所包含的频率成分，即信号的
频谱分布来描述，即以频率f作为水平轴，称 为信号的频域分析或频谱分析。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
（2）磁调制扫频振荡器
所谓磁调制扫频，就是用调制电流所产生的
磁场去控制振荡回路电感量； 从而产生频率随调制电流变化的扫频信号。
一个带磁芯的电感线圈，其电感量ＬＣ与该磁芯的 有效导磁系数μc之间的关系为 ＬＣ ＝μcＬ， 其中Ｌ是空芯线圈的电感量
二、频谱分析仪 1.频谱分析仪的分类
按工作频率分. 低频频谱仪，射频频谱仪及微波频谱仪。 按频带宽度分. 宽带频谱仪和窄带频谱仪。 按扫频体制分. 扫前端型和扫中频型。 按工作原理分. 实时频谱仪和扫描调谐型频谱仪。
二、频谱分析仪 2. 频谱分析仪的分类
⑴实时频谱仪
能同时显示规定的频率范围内的所有频率分
2.频域测量
广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率
分量的总集； 狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化 的幅度谱称为频谱。 频谱测量.在频域内测量信号的各频率分量， 以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是 付里叶变换。
4频域信号的检测全版.ppt
式中
R0C0 Tc 1 arctg2(2n 1)R R0C0
2
arctg
演示课件
2(2n
1
1) R
R0C0
满足条件： R R0C0 1
信号输出：
V0
8R0CmA
2
R1
1
exp
t R0C0
n0
1 (2n 1)2
cos(2n
1)R
演示课件
根据无穷级公式 （0＜y＜C）
y
C 2
4C
第四章 频域信号检测技术
演示课件
第一节 相关函数和相关检测
一、相关函数
能量有限信号： f(t)为虚函数： f(t)为实函数：
E f (t) 2 dt
E f 2 (t)dt
功率有限信号： f(t)为虚函数： f(t)为实函数：
P lim 1
T T
T
2 T
2
f (t) 2 dt
1
演示课件
自相关检测技术：
一般信号的描述： fi(t)=Si(t)＋ni(t) fi(t)的自相关函数为：
R( ) lim 1 T 2T
T
T fi (t) • fi (t )dt
lim 1 T 2T
T
T [Si (t) ni (t)][Si (t ) ni (t )]dt]
V 0 mA(2n1)
2n1
V 2n1
0 (2n1)
分别为输入信号频率在
(2n 1)R 附近偏移 时的信号幅值、相位差、输出相位移
和输出电压。
演示课件
5）输入信号为参考信号同频的方波
在物理量的测量中，往往需要把慢变化和直流信号进行
斩波，使之变成方波信号后再进行测量，所以讨论相关器对
频域测量
---------------相位---------------------------------------相差------。 A/D RAM FFT
快速傅立叶频谱仪的核心是以函数进行傅立叶变换的数学计算为 基础的计算机分析。因此需要使用高速数字计算机进行数字功率谱 的计算。根据抽样定理：最低取样速率应该大于或等于被取样信号 的最高频率的两倍。现代傅立叶频谱仪的工作频段一般在DC— 100KHz的低频段用。如HP3562A的分析频带为64Hz—100KHz， 国内永华厂的RE—201为20Hz—25KHz。 33
如何表示信号：
A T
A
f
时域表示法。
频域表示法。
如果不是正弦波？
矩形波、三角波、脉冲波等
30
下图是一个比单一正弦波更复杂，状态随时间变化的信号， A A
t
f1
频谱仪的分类：
2 f1 3 f1
f
按工作频率分：有低频频谱仪、射频频谱仪及微波频谱仪。 按频带宽度分：有宽频带频谱仪，窄带频谱仪。 按结构特点分：有台式、便携式、模块式。 按工作原理及被分析信号的特点分：实时频谱仪、扫描调谐型频谱
表示扫频振荡器的变容二极管的非线性程度，表现在刻度上是 刻度的非线性 f K 0 min
f1 f
f2 V1
K0 max
V2
vco最大控制灵敏度 K 0 max 线性系数 K0 min vco最小控制灵敏度
6 线性系数越接近1，压控曲线线性俞好
V
3、振幅平稳性
A1
A2
可用扫频信号的寄生调幅来表示
确的频率刻度线。只不过电平刻度是光点组成，而频率刻 度是垂直扫线组成。如要进一步较准则可用差频法产生菱 形频标。(图见P358)
快速傅立叶频谱仪的核心是以函数进行傅立叶变换的数学计算为 基础的计算机分析。因此需要使用高速数字计算机进行数字功率谱 的计算。根据抽样定理：最低取样速率应该大于或等于被取样信号 的最高频率的两倍。现代傅立叶频谱仪的工作频段一般在DC— 100KHz的低频段用。如HP3562A的分析频带为64Hz—100KHz， 国内永华厂的RE—201为20Hz—25KHz。 33
如何表示信号：
A T
A
f
时域表示法。
频域表示法。
如果不是正弦波？
矩形波、三角波、脉冲波等
30
下图是一个比单一正弦波更复杂，状态随时间变化的信号， A A
t
f1
频谱仪的分类：
2 f1 3 f1
f
按工作频率分：有低频频谱仪、射频频谱仪及微波频谱仪。 按频带宽度分：有宽频带频谱仪，窄带频谱仪。 按结构特点分：有台式、便携式、模块式。 按工作原理及被分析信号的特点分：实时频谱仪、扫描调谐型频谱
表示扫频振荡器的变容二极管的非线性程度，表现在刻度上是 刻度的非线性 f K 0 min
f1 f
f2 V1
K0 max
V2
vco最大控制灵敏度 K 0 max 线性系数 K0 min vco最小控制灵敏度
6 线性系数越接近1，压控曲线线性俞好
V
3、振幅平稳性
A1
A2
可用扫频信号的寄生调幅来表示
确的频率刻度线。只不过电平刻度是光点组成，而频率刻 度是垂直扫线组成。如要进一步较准则可用差频法产生菱 形频标。(图见P358)