第九章信號分析和頻域測量9.1頻譜分析的基本概念

9.2掃描式頻譜儀

9.3數(shù)字實時頻譜儀

9.4頻譜儀的應用

9.5諧波失真度測量

9.6調制度測量1從信號的運動規(guī)律（隨時間變化）上分為：---確定性信號與非確定性信號；3從信號的幅值和能量上分為：---能量信號與功率信號；4從分析域上分為：---時域與頻域；2從連續(xù)性上分為：---連續(xù)時間信號與離散時間信號；信號的分類與描述

確定性信號與非確定性信號

確定性信號可分為周期信號和非周期信號，而非周期信號又可分為準周期信號和瞬變信號。隨機信號可分為平穩(wěn)隨機信號和非平穩(wěn)隨機信號，而平穩(wěn)隨機信號又可分為各態(tài)歷經信號和非各態(tài)歷經信號。信號分類如下圖所示。

連續(xù)信號與離散信號

根據(jù)作為獨立變量的時間取值是連續(xù)的還是離散的，又可把信號分為連續(xù)時間信號和離散時間信號，簡稱連續(xù)信號和離散信號。時間和幅值均為連續(xù)的信號又稱為模擬信號，時間和幅值均為離散的信號則謂之數(shù)字信號。信號頻譜X(f)代表了信號在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀，豐富的信息。

時域分析與頻域分析的關系時間幅值頻率時域分析頻域分析信號的時域描述與頻域描述

信號的時域描述只能反映信號的波形隨時間的變化特征，但不能明確揭示頻率對幅值和相角的影響。頻域描述補充了以上不足，即以頻率作為獨立變量建立了與頻率之間的函數(shù)關系，從而揭示了信號幅值等信息隨頻率變化的特征。例：方波信號的頻譜周期信號的傅里葉三角級數(shù)展開式周期信號頻譜的以下三個重要特點：1.離散性周期信號的頻譜是由離散的譜線組成的，每一條譜線表征一個諧波分量。2.諧波性每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上，不存在非整倍數(shù)的頻率分量。3.收斂性各頻率分量的譜線高度與對應諧波的幅值成正比，且隨頻率的增高其幅值越來越小。非周期信號的傅里葉變換

對于任意一個非周期信號，都可以看作是當周期信號的重復周期T趨于無窮大時轉化而來的。

非周期信號是時間上不會重復出現(xiàn)的信號，一般為時域有限信號，具有收斂可積條件，其能量為有限值。這種信號的頻域分析手段是傅立葉變換?；蚯蠼猓悍侵芷谛盘柕母道锶~變換非周期信號可分解為無數(shù)多個頻率諧波之和；而且是連續(xù)和，不可列；區(qū)別于周期信號。非周期信號在單位頻寬上的幅值，稱為幅值譜密度。相位頻譜。非周期信號頻譜的以下特點：1.連續(xù)性非周期信號的頻譜是連續(xù)、不可列的。2.收斂性隨頻率的增高其幅值越來越小，主要能量集中在低頻段，例如非周期的矩形脈沖信號（0-1/τ內）。1矩形窗函數(shù)的頻譜幾種典型信號的頻譜尺度的展縮；時域與頻域對稱；2.單位脈沖函數(shù)（函數(shù)）及其頻譜函數(shù):是一個廣義函數(shù)，是物理不可實現(xiàn)的理想信號。tS(t)tS(t)tS(t)1/函數(shù)的抽樣特性（a）、卷積特性(b)(t+t0)(t-t0)函數(shù)為非周期函數(shù)，頻譜按傅里葉變換求?。汉瘮?shù)的均勻頻譜特性(c)由對稱性可得：函數(shù)的其他有用推導由時移性可得：由頻移性可得：3.周期信號的傅里葉變換

即周期信號的傅里葉變換或頻譜密度是由位于基頻和基頻整數(shù)倍頻率處的一系列脈沖所構成，其脈沖強度等于該周期信號傅里葉級數(shù)的系數(shù)Cn

4.正、余弦函數(shù)的頻譜對上述正、余弦函數(shù)等號兩側求傅里葉變換得：兩者的時域頻域圖為（略）5.周期單位脈沖序列的頻譜周期單位脈沖序列及其頻譜，仍為周期脈沖，周期互為倒數(shù)

周期單位脈沖序列解析表達：9.1頻譜分析的基本概念9.1.1頻譜1.基本概念頻譜：

組成信號的全部頻率分量的總集 通常指隨頻率變化的幅度譜

頻譜測量的基礎是付里葉變換頻譜類型：離散譜（線狀譜），連續(xù)譜時域與頻域分析：時域周期非周期連續(xù)離散頻域周期非周期連續(xù)離散付氏變換2周期信號的頻譜特性離散性：頻線離散，由無窮多個沖激函數(shù)組成諧波性：譜線只在基波頻率的整數(shù)倍上出現(xiàn)收斂性：諧波幅度隨著諧波次數(shù)的增大而減小脈沖寬度與頻帶寬度重復周期變化對頻譜的影響能量譜和功率譜3非周期信號的頻譜頻譜連續(xù):頻譜密度函數(shù)F(jω)是ω的連續(xù)函數(shù)f(t)為實函數(shù)時，F(xiàn)(jω)=F*(-jω) f(t)為虛函數(shù)時，有F(jω)=-F*(-jω)。幅度譜|F(jω)|關于縱軸對稱 相位譜ej(ω)關于原點對稱4離散時域信號的頻譜序列付氏變換：以ejn作為完備正交函數(shù)集，對給定序列做正交展開。頻譜是周期性的,周期為2π。周期離散序列，頻譜離散

非周期離散序列，頻譜連續(xù)9.1.2信號的頻譜分析技術頻譜分析的內容：信號本身的頻率特性分析:

如幅度譜、相位譜、能量譜F2(jω)

、功率譜等測量；線性系統(tǒng)非線性失真的測量:

如噪聲、失真度、調制度等測量。頻譜分析儀的基本原理:FFT分析法：適于瞬態(tài)信號的頻譜測量。掃描分析法:在任意瞬間只有一個頻率成分能被測量，無法得到相位信息。 適于連續(xù)信號和周期信號的頻譜測量。

掃頻式、差頻式頻譜分析儀分類分析處理方法：模擬式、數(shù)字式、模數(shù)混合式基本工作原理：掃描式、非掃描式處理的實時性：實時、非實時頻率軸刻度：恒帶寬（線性刻度） 恒百分比帶寬（對數(shù)刻度）輸入通道數(shù)目：單通道、多通道工作頻帶：低頻、高頻、射頻、微波等9.2掃描式頻譜儀9.2.1濾波式頻譜分析技術1.基本原理

帶通濾波器：選出待分析信號 中心頻率是多個或可變的

檢波器：獲得頻率分量的幅度（直流信號）

顯示器：將直流信號的幅度顯示出來并行濾波式掃頻調諧濾波式掃頻外差濾波式數(shù)字濾波式并行濾波式頻譜儀也可以是多個檢波器后再接電子掃描開關掃頻調諧濾波式頻譜儀中心頻率可調諧的窄帶濾波器;結構簡單，電調諧濾波器損耗大、調諧范圍窄、頻率特性不均勻、分辨率差，適用于窄帶頻譜分析.視頻檢波器X放大Y放大ux電調諧濾波器鋸齒波發(fā)生器掃頻外差式頻譜儀X放大Y放大檢波掃描信號發(fā)生器fxLOfLIF濾波——窄帶濾波器中心頻率固定——將要分析的頻率分量搬到固定的濾波器處進行濾波數(shù)字濾波式頻譜儀數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)與并行濾波式等效的實時分析。濾波器的中心頻率由時基電路控制。

數(shù)字濾波式頻譜儀在現(xiàn)代頻譜分析儀中占有重要地位。頻率分辨力高，具有高穩(wěn)定性、可重復性和可編程性等優(yōu)點。2.帶通濾波器的性能指標帶寬3dB帶寬(半功率帶寬)矩形濾波器帶寬有效噪聲帶寬

分辨力帶寬（RBW）反映濾波器區(qū)分兩個相同幅度、不同頻率的信號的能力波形因子（矩形系數(shù)）波形因子SF小的特性曲線更接近于矩形，選擇性好帶寬選擇性：反映區(qū)分兩個幅度差60dB信號f1與f2之間的最小頻率間隔，較小幅度信號峰谷差3dB。模擬式

數(shù)字式濾波器0dB對數(shù)頻率-10dB-20dB-30dB-40dB-50dB0.2f00.5f0f02f05f0倍頻程選擇性1倍頻程1倍頻程恒帶寬與恒百分比帶寬等絕對帶寬或等信息量帶寬：

一次分析中濾波器帶寬恒定

線性頻率刻度下關于f0對稱恒百分比帶寬:

絕對帶寬B與中心頻率f0的比值（即相對帶寬）是常數(shù)。 對數(shù)頻率刻度下關于f0對稱

常用“倍頻程選擇性”表示遠離中心頻率一倍頻率處（0.5f0和2f0）的濾波器衰減量。n=2，即2倍頻程n=1/3，1/3倍頻程濾波器響應時間（建立時間）定義：信號從加到濾波器到獲得穩(wěn)定輸出（達到穩(wěn)幅幅度的90％）所需的時間TR。特點：它與絕對帶寬B成反比：TR∝1/B。性質1：窄帶濾波器建立時間長，但頻率分辨率高、信噪比好；寬帶濾波器響應時間短，測量速度快；性質2：響應時間限制掃描分析速度，影響實時性。掃描時間太快，濾波器無法建立穩(wěn)定輸出9.2.2外差式頻譜儀基本思想——“超”外差式接收機本振頻率>輸入頻率

無線電接收機中普遍使用的自動調諧方式 改變掃頻本振頻率來捕獲待測信號不同頻率分量fL=fI+fxfIfxf1方案：改變本振fL使得差頻輸出送入到固定中頻為fI的帶通濾波器。所以，只需連續(xù)調節(jié)本振fL，輸入信號頻率范圍內所有頻率分量就依次連續(xù)進入中頻濾波器，輸出該頻率分量的響應。fI=ΔfL1-fX頻譜分析的傳統(tǒng)途徑，在高頻段占據(jù)優(yōu)勢。頻率范圍寬、靈敏度高、頻率分辨率可變，目前頻譜儀中數(shù)量最大的一種。頻率分辨率決定于中頻濾波器，但需多次變頻。被分析的頻譜依次被順序采樣，不能進行實時分析。 只能提供幅度譜，不能提供相位譜。1外差式頻譜儀的組成視頻濾波X放大Y放大fx檢波掃描信號發(fā)生器LOfLIF濾波中頻信號處理輸入電路2輸入通道

又稱射頻前端，其作用是對測試范圍做混頻處理獲得固定中頻、調節(jié)輸出電平。！相當于寬頻段、窄帶寬外差式自動選頻接收機

輸入低通濾波：濾除分析范圍以外的頻率分量。輸入衰減：避免電平過高引起失真，阻抗匹配。低噪聲放大：從電平上保證獲得較佳混頻效果。混頻器：頻率變換|mfL±nfX|=fI令m=n=1，|fL±fX|=fIfI=fL-fX

fI=fX-

fL

低中頻方案的鏡像頻率交疊問題——鏡像頻率也可以通過中頻濾波器！

而且，如果輸入頻率的范圍大于2fI，鏡頻更寬，將與鏡頻在本振處交疊。

——鏡頻濾波器？

通常頻譜儀輸入頻率非常寬，一般的抑制鏡頻濾波器難以實現(xiàn)調諧。

——采取高中頻方案，本振頻率相應提高。|fL±fX|=fI鏡像頻率問題：被分析信號中fL-

fI的頻率分量以及fL+fI的頻率分量同時通過中頻濾波器fI=fL-fXfI=fimage-

fL

抑制鏡頻的高中頻解決方案鏡頻范圍遠在輸入頻率范圍之上，兩者不會交疊；中頻頻率越高，鏡頻距本振越遠，可避免因交疊而帶來的濾波器實現(xiàn)問題。用固定調諧的低通濾波器濾去鏡頻。ffI頻率變換輸入頻率范圍本振頻率范圍鏡像頻率范圍低通濾波fI=fL-fXfI=fimag-fL多級混頻高中頻很難實現(xiàn)窄帶帶通濾波和性能良好的檢波，需要進行多級變頻（混頻）處理。第一混頻實現(xiàn)高中頻頻率變換，再由第二、三級甚至第四級混頻將固定的中頻逐漸降低。每級混頻之后有相應的帶通濾波器抑制高次諧波交調分量。固定中頻低通濾波帶通濾波帶通濾波射頻輸入100KHz~3GHz第一本振4GHz~6.9GHz3.9GHz第二本振第三本振3.56GHz340MHz329.3MHz10.7MHz3中頻信號處理完成固定中頻信號的自動增益放大、分辨率濾波等處理。中頻濾波器的帶寬通?？沙炭兀蕴峁┎煌念l率分辨率。

中頻信號幅度調節(jié)：自動增益電路。末級混頻的增益必須能夠以小步進精密調節(jié)，以保持后續(xù)電路中的最大信號電平固定而不受前端的影響。中頻濾波器：減小噪聲帶寬、分辨各頻率分量。頻譜儀的分辨率帶寬由最后一個中頻濾波器的帶寬決定。數(shù)字濾波器選擇性較好、沒有漂移，能夠實現(xiàn)極穩(wěn)定的窄分辨率帶寬。4檢波器中頻信號：調幅波包絡檢波器：產生與中頻信號的電平成正比的直流電平。由一個二極管和一個并聯(lián)RC電路串接而成。合適的時間常數(shù)選擇，頻率掃描速度太快檢波器會來不及響應。5視頻濾波器

用于對顯示結果進行平滑或平均，以減小噪聲影響?；驹恚旱屯V波器 視頻濾波器截止頻率（VBW）小于RBW時，視頻系統(tǒng)跟不上中頻信號包絡的快速變化，使信號的起伏被“平滑”掉。VBW選擇：掃描時間允許的前提下，盡可能小，以實現(xiàn)濾波平均。經驗公式： 正弦測量——RBW/VBW=0.3-1

脈沖測量——RBW/VBW=0.1

噪聲測量——RBW/VBW=9

（削弱噪聲峰峰值的變化，效果明顯）6蹤跡處理頻譜儀進行一次掃描所得的頻譜圖的跡線即“蹤跡”（Trace）、“掃跡”、“軌跡”、“軌跡線”。

標記（Marker）：最大/最小值、相對幅度或頻率，有助于改善相對測量精度、減小讀數(shù)誤差。

蹤跡平均處理：對同一輸入信號多次掃描所得的蹤跡進行的平均。

線性加權蹤跡平均、指數(shù)加權蹤跡平均

蹤跡平均的平滑與視頻濾波的平滑原理區(qū)別9.2.3外差式頻譜儀的主要性能指標輸入頻率范圍頻率掃描寬度掃描時間頻率分辨率頻率精度相位噪聲/頻譜純度動態(tài)范圍1dB壓縮點和最大輸入電平本底噪聲靈敏度/噪聲電平幅度測量精度本振直通/直流響應頻率指標幅度指標1.輸入頻率范圍

正常工作的最大頻率區(qū)間，由本振頻率范圍決定。 可從低頻段至射頻段、微波段，如1KHz~4GHz。2.掃描寬度（Span）分析譜寬、掃寬、頻率量程、頻譜跨度。 表示一次測量（或頻率掃描）所顯示的頻率范圍，可以小于或等于輸入頻率范圍。 自動調節(jié)或人為設置。3.掃描時間（SweepTime，ST）

完成一次全掃描寬度測量所需的時間——分析時間。 越短越好，但為保證測量精度，必須適當。 最小掃描時間由測量通道的電路響應時間決定。4.頻率分辨力（ResolutionBW）頻率分辨力：表征將最靠近的兩個相鄰頻譜分量分辨出來的能力。 中頻濾波器3dB帶寬（RBW） 受本振穩(wěn)定度和相噪影響

RBW通常按照1-3-9或1-2-5步進。最小一檔RBW值就是頻率分辨力指標，如90Hz。

裙邊分辨力：兩個相鄰頻譜分量幅度相差60dB時的分辨力（BW60dB），與形狀因子相關。頻率分辨力頻率分辨力的動態(tài)特性中頻濾波器的動態(tài)特性（掃速過快時）： 諧振峰巔向掃頻方向偏移，峰值下降，3dB帶寬被展寬，曲線不對稱。 ？由L、C元件組成的諧振電路，信號來不及建立和消失時間，特性曲線出現(xiàn)滯后和展寬。RBW、VBW、ST及Span聯(lián)動設置：

VBW>RBW：不受VBW影響，與RBW2成反比：VBW<RBW：ST與VBW成線性反比。 視頻帶寬減小n倍，掃描時間增加n倍

譜儀一般具有自動配置掃描時間功能5頻率精度

即譜儀頻率軸的絕對頻率的讀數(shù)精度。6相位噪聲/頻譜純度

相噪，頻率短穩(wěn)指標。表現(xiàn)為載波邊帶，也稱邊帶噪聲。通常用在源頻率的某一頻偏上相對于載波幅度下降的dBc數(shù)值表示，如＜－90dBc@10KHz。相噪由本振頻率或相位不穩(wěn)定引起。有效設置頻譜儀參數(shù)可使相噪達到最小（RBW減小，相噪降低），但無法消除。相噪也是影響譜儀分辨不等幅信號的因素之一。頻域取樣量化誤差SPAN精度RBW精度參考頻率精度固有頻偏7動態(tài)范圍（DynamicRange）

同時可測的最大與最小信號的幅度比。一般70-120dBc影響因素：混頻器的失真特性——限制最大信號電平混頻器是非線性器件，信號電平加大時，高次諧波影響加劇二階、三階交調失真：二次、三次諧波的影響，二階失真以基波功率增量的平方增加，三階失真以立方增加靈敏度——限制最小信號電平本振相位噪聲——限制觀測近端微弱信號能力

與輸入信號一同進入混頻器的輸入端，影響近端測試 近端測試：測量點離信號載波較近，如100kHz之內 相位噪聲邊帶限制81dB壓縮點和最大輸入電平

1dB壓縮點:

動態(tài)范圍內，因輸入電平過高而引起的信號增益下降1dB時的點。表征過載能力。 為避免非線性失真，參考電平必須位于1dB壓縮點之下。

最大輸入電平:

可正常工作的最大限度

0dB衰減時，第一混頻是決定性因素

0dB以上衰減時，反映衰減器的負載能力9本底噪聲（NoiseFloor）

固有熱噪聲，表現(xiàn)為接近顯示器底部的噪聲基線 噪底,

可導致輸入信號信噪比下降，是靈敏度的量度10靈敏度/噪聲電平

在特定分辨率帶寬下，或歸一化到1Hz帶寬時的本底噪聲，一般-100~-150dBm。

描述在沒有輸入信號時因內部噪聲而產生的讀數(shù),高于該讀數(shù)的輸入信號才可能被檢測出來。 也常用顯示平均噪聲電平（DANL）。 減小RBW可以降低內部噪聲電平，提高靈敏度。11幅度測量精度

絕對幅度精度：針對滿刻度信號的指標，受輸入衰減、中頻增益、分辨率帶寬、刻度逼真度、頻響及校準信號本身的精度等的綜合影響；

相對幅度精度：測量方式有關，在理想情況下僅有頻響和校準信號精度兩項誤差來源，測量精度可以達到非常高。12本振饋通/直流響應

本振饋通：實際混頻器會通過部分本振和射頻信號，當本振頻率與中頻濾波器的中心頻率相同或非常接近時，這個對應于零頻（直流）輸入的本振信號將通過中頻濾波器，造成真正的零頻或低頻分量幅度測量時不準確。

直流響應：因本振饋通而產生的零頻響應。通常用相對于滿刻度響應的dB數(shù)度量。 當?shù)投祟l率距零頻較遠（如9KHz）時，可以略去。幅度測量上限由允許輸入的最大電平決定，下限取決于儀器固有噪聲或本底噪聲。放大、檢波等器件的動態(tài)范圍都很小，不可能在同一次測量的設置下同時達到這兩個限制。用戶會根據(jù)不同需要選擇最大顯示電平（參考電平），輸入衰減、中頻增益是兩個決定性因素，需折中考慮。衰減量過?。嚎赡軐е碌谝换祛l受損，失真產生的頻率分量干擾正常顯示，衰減量取決于第一混頻及其后續(xù)部分的動態(tài)范圍。衰減量過大：導致信噪比降低，減小動態(tài)范圍。實際應用中，即使參考電平非常低，通常也會將輸入衰減設置為最小值（如10dB），以獲得較好的匹配，提高幅度測量精度。輸入衰減、中頻增益、參考電平的聯(lián)動設置9.3數(shù)字實時頻譜儀掃描式譜儀的問題順序掃描，非實時頻率分辨力低（受限于中頻濾波器）掃描速度與分辨力之間的矛盾數(shù)字化解決方案用DFT逼近連續(xù)時間信號的頻譜時域的離散化和有限化時域離散化時域有限化頻域的有限化和離散化對連續(xù)信號的譜分析可以用其有限化和離散化的DFT來逼近！2DFT誤差分析柵欄效應

N個時域樣本觀察N個離散頻譜值 通過柵欄觀察景物

頻譜相對于折疊頻率ff（ff=fS/2）對稱，只需保留（N/2）+1個有效節(jié)點，對應于頻率從0到fS/2

。混疊效應

采樣頻率不夠高產生頻譜混疊頻譜泄漏

時域截斷頻域譜線變寬—頻譜泄漏 增大主瓣寬度、縮小旁瓣幅值—能量集中于主瓣 旁瓣代表高頻分量 矩形窗時域變化激烈，頻譜泄漏嚴重—改變窗口形狀 三角函數(shù)窗（海寧窗、漢明窗）、指數(shù)窗（高斯窗）等DFT頻譜泄漏現(xiàn)象3FFTDFT（IDFT）運算量：復乘法—N×N

復加法—N×(N-1)FFT：1965年J.W.Cooley（庫利）和J.W.Tukey（圖基）總結出N=2M條件下，一種通用、快速計算DFT的方法基2-FFT（蝶形）算法： 每次將序列按奇、偶（或前、后）分成兩段，直到最后進行長度為2的DFT(IDFT)計算，N點=2M,

需M次分解。4FFT分析儀輸入信號：基帶信號抗混疊濾波器采樣頻率FFT：DSP完成輸入ADC處理顯示fs信號調理抗混疊濾波FFT存儲FFT分析儀的性能指標頻率范圍：采樣頻率fS決定。防止混疊，fS>2.56fmax頻率分辨率：Δf=fS/N動態(tài)范圍：取決于ADC的位數(shù)、數(shù)字運算的字長或精度。靈敏度：取決于本底噪聲，主要由前置放大器噪聲決定。幅度精度：包括計算處理誤差、頻譜混疊誤差、頻譜泄漏誤差、每次單個記錄分析的統(tǒng)計誤差等。其中統(tǒng)計誤差與信號處理方法、譜估計方法、統(tǒng)計平均方法及次數(shù)有關，通過改變設置和多次分析之后才能獲得較好結果。分析速度：取決于FFT運算時間、平均運行時間及結果處理時間，實時頻譜分析的頻率上限可由FFT的速度推得。其他特性：窗函數(shù)種類、數(shù)據(jù)觸發(fā)方式、顯示方式、結果存儲、輸入/輸出功能等。FFT分析儀的特點FFT分析儀速度快、分辨力高

外差式測量速度受限于RBW，尤其低頻段區(qū)

FFT分析速度僅取決于量化和FFT計算時間 相同頻率分辨力下，F(xiàn)FT分析儀快得多

FFT分析儀頻率覆蓋范圍低

受限于ADC速度

實時寬帶譜儀 外差式掃描技術+FFT技術 外差式的頻率范圍+FFT的分辨率

在很高的頻率上進行極窄帶寬的頻譜分析

9.3.2實時寬帶頻譜儀1基本組成原理前端：程控衰減器、低通濾波器、混頻器、掃源寬帶濾波:中頻帶通，不同與傳統(tǒng)譜儀的窄帶濾波器中頻預處理：放大、濾波、ADCFFT分析: DDC（數(shù)字下變頻） 抽取（降速）、FFT計算RF輸入LOADCDDC處理顯示fLLPF中頻預處理寬帶濾波抽取FFTFFT分析基本組成原理0ffI中頻帶寬0f輸入頻率范圍一次分析頻段模擬式：逐點分析 數(shù)字式：逐段分析段的寬度即中頻分析帶寬，取決于ADC采樣速率窄帶濾波器寬帶濾波器 對掃源步進要求降低在分析帶寬內實時，可分析幅度譜和相位譜2DDC—數(shù)字下變頻傳統(tǒng)采樣理論：fs﹥2fm

帶通采樣理論：fs﹥2（fH-fL） 頻譜搬移：將頻譜搬移到基帶 數(shù)字混頻（DDC）：分析頻帶的選擇 數(shù)字正弦波頻率：f03數(shù)據(jù)抽取—降速處理

為提高頻譜分辨率，在保證fS的前提下增加分析點數(shù)——計算速度問題突出!降速處理：記錄長度N不變，抽取分析點數(shù)，相當于降低fS為何不直接降低ADC采樣率？——一次采樣可分析的帶寬數(shù)據(jù)抽取意味著分析帶寬降低 數(shù)字抗混疊濾波，結合DDC，選擇處理“子帶”

3實時譜儀中頻結構9.4頻譜分析儀的應用頻譜儀—

“射頻萬用表”

綜合性、多功能信號特性測試儀： 幅度/功率譜、調制度、相噪、失真、鄰近信道功率 頻譜儀+跟蹤發(fā)生器：線性和非線性電路測試與示波器等時域測試儀器相比的優(yōu)勢

靈敏度高—uV,mV

頻帶寬—幾十GHz，幾百MHz

失真和調制信號測試：5%的失真示波器很難觀察

9.4.1正弦信號的測量1 信號幅度/頻率測量

測量相對電平直接法：直接MARKER讀數(shù)*射頻替代法：影響增益的其它旋鈕不動，調整輸入衰減器，使要比較的兩個正弦信號有同樣的高度，輸入衰減器兩次測量中的差值為相對電平差。*中頻替代法：與射頻替代法類似。 中頻衰減器精度高、調節(jié)范圍寬。

測量絕對電平先用標準信號預先校準譜儀的增益誤差：校準、衰減器、刻度、讀數(shù)、中頻增益、頻響、非線性、噪聲—一般4-10dB是否飽和、掃描速度是否過快9.4.4脈沖信號的測量雷達和數(shù)字通信中的一類重要信號，周期脈沖串測量內容：載波頻率、脈沖重復率、脈寬、脈沖峰值功率要點：1、頻譜的零點位置2、脈沖信號的諧波的位置3、諧波的總體形狀即包絡與單脈沖譜相同4、脈沖重復率PRFf0載波頻率脈沖信號的測量1窄帶測量

RBW<0.3PRF，能區(qū)分每一條譜線，線狀譜。

窄RBW可改善信噪比，顯示結果與實際頻譜接近。改變掃描寬度能使被測頻譜適當?shù)丶訉捇蜃冋?，但不會影響頻譜的形狀。脈沖信號的測量2寬帶測量

0.1/τ>RBW>1.7PRF，

顯示脈沖的譜包絡而不展示譜線細節(jié)，包絡譜或脈沖譜。

掃描時間ST≥100/PRF=100T,Bi脈沖帶寬9.4.5相位噪聲的測量相位噪聲：隨機性頻率變化，相位不穩(wěn)定度隨機。短期穩(wěn)定度的表征，頻譜純度的一個重要度量指標。 時域：波形零點抖動，不易辨別 頻域：載波的邊帶。單邊帶相位噪聲：通常指在載波頻率的某一固定頻偏處，在1Hz帶寬內相對于載波電平的幅度，單位為dBc/Hz。測量步驟：1、測量載波功率Ac2、測量固定頻偏處的噪聲幅度3、相位噪聲為，

修正噪聲帶寬影響噪聲帶寬不能保證1Hz測量相噪時RBW的選擇：

應該可以抑制載波功率對所測頻偏處噪聲的影響

，降低RBW值應與測量時間折中；動態(tài)范圍因素：

若輸入電平大到可不考慮固有熱噪聲，則在較小的載波頻偏處，動態(tài)范圍就取決于相位噪聲PN，遠端決定于熱噪聲；目前，頻譜儀可直接測試PN3***頻譜純度測量諧波、雜波、寄生調制、噪聲、頻率穩(wěn)定度寬帶掃頻、使基波高度等于0dB寄生調制：一對高度相等，只有一種寄生調制 一對高度不等，既有寄生調幅又有寄生調頻 只有一根，可視為對稱處有另一根極小的 可以認為寄生調制與雜波是同一事物，前者側重從時域考慮，后者側重從頻域考慮 寄生調制系數(shù)=U’/Us頻率穩(wěn)定度：窄帶掃頻狀態(tài)，觀察譜線漂移或晃動 相位噪聲功率譜密度估算短穩(wěn)9.5諧波失真度測量9.5.1定義諧波失真（非線性失真、失真）：純正弦信號通過電路后，產生新的頻率分量，如諧波分量。描述信號實際波形與理想波形的差異。線性電路的輸出信號與輸入信號具有相同的頻率。失真模型(冪級數(shù)模擬)定義

單音輸入: Vin=Acosωt直流分量、基波、二次、三次諧波直流分量受二次系數(shù)k2的影響，基波受三次系數(shù)k3的影響，二次諧波的幅度與A2成正比，三次諧波幅度與A3成正比。輸入信號電平每變化1dB，基波也將近似變化1dB，二次諧波將改變2dB，三次諧波將改變3dB。定義

雙音輸入:

Vin=A1cosω1t+A2cosω2t

當雙音輸入信號的幅度變化1dB時，輸出信號的二次項幅度變化2dB；三次項變化3dB。失真度(系數(shù)):全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。對于純電阻負載，定義為全部諧波電壓（或電流）有效值與基波電壓（或電流）有效值之比的平方根。％或dB。9.5.2諧波失真度的測量方法

諧波失真度的測量方法有很多，例如：

諧波分析法——用頻譜儀分別將信號基波和各次諧波的幅值一一測出，然后按定義計算，屬于直接測量法；

基波抑制法——靜態(tài)法，對被測器件輸入單音正弦信號，并通過基波抑制網絡進行直接測量；

白噪聲法——動態(tài)法，利用白噪聲作為測試信號，測出被測器件在通帶內的各頻率分量因交調而產生的諧波。1基波抑制法

由于基波難以單獨測量，當失真度較小時，上述失真定義式可近似為：

按照近似式測量失真度，所得的是諧波電壓總有效值與被測信號總有效值之比。近似的條件：當失真度小于9％時，可用近似失真度測量值D代替定義值D0，否則需對D值進行換算或修正。換算公式為：基波抑制法基波抑制網絡:陷波濾波器，濾掉基波而使其余諧波通過。S切到1：測被測信號的電壓總有效值。調節(jié)輸入電平使電壓表指示為一規(guī)定的基準電平值，該值完全對應于失真度大小，也就是使近似式中的分母為1——這個過程稱為“校準”；S切到2：調整基波抑制網絡使電壓表指示最小，對基波的衰減最大，測出諧波電壓總有效值。由于電壓表已經過校準，故當前指示值就是D值。2白噪聲法白噪聲：頻譜密度均勻分布UN中心頻率f0的帶阻濾波器產生頻譜縫隙失真電路噪聲分量互調導致大量組合頻率，f0及附近產生新的頻率分量用選頻電壓表選出f0分量(電壓幅度Uout)，U為同一帶寬下其他頻率處的電壓表讀數(shù)。廣譜測量技術，動態(tài)測量方法

9.5.3失真度測試儀簡介可調諧陷波濾波器濾掉基波，檢波獲得諧波有效值電壓通過旁路直接進波，獲得信號總有效值電壓除法器運算，測試結果包含了總諧波加噪聲失真

衡量收錄機、電聲設備及信號源等輸出性能。典型技術指標：頻率范圍（9Hz~600KHz）、測量范圍（0.0