测控技术 5第七章.ppt

综上所述，光栅增辉式扫频仪采用大屏幕显像管、电子电平刻度线和电子频率刻度线，所以其电平和频率测量精度比光点扫描式扫频仪的高。 * （3）顺序式频谱仪 与并行滤波式相比，顺序滤波式频谱节省了大量的检波电路，但必须考虑检波器的时常数和记录仪的动态特性。 (4) 扫描式频谱仪 (5)外差式频谱仪 外差式频谱仪由于进行扫描分析，是一种顺序分析法，信号中的各频率分量不是同时被测量的，因而不能提供实时分析，只适用于周期信号或平稳噪声的分析，外差式频谱仪具有频率范围宽、灵敏度高、频率分辨力可变等优点，是频谱仪中数量最多的一种，从几十Hz到325GHz范围内都有产品，高频频谱仪几乎全部是外差式的。目前常用的外差扫频式频谱仪有全景式和扫中频式两种，前者可在一次扫频过程中观察信号整个频率范围的频谱；后者一次扫描过程只能观察某一较窄频段的频谱，但可以实现较高分辨力的分析。 （6）数字滤波式实时频谱仪 利用数字滤波器可以实现频分复用和时分复用，因而仅用一个数字滤波器，即可构成一个与并行滤波法等效的实时频谱分析仪。方案如图所示。 数字滤波器工作的时间过程，从微观上看是时分的，而从整体上看各个频率滤波是“同时”进行的，因而分析过程是实时的，数字系统的工作速度决定了等效通道的多少。 3、计算法频谱分析 （1）计算法频谱仪的基本构成 计算法是采用快速傅立叶变换（FFT）和数字滤波等数字信号处理技术，通过对采集的信号序列进行频谱计算，得到信号的频谱分析的，它的基础是FFT计算，计算法频谱分析仪的构成如图所示。 数据采集 数据采集部分是由抗混叠低通滤波器、采样保持（S/H）和ADC几个部分组成。 谱泄漏—— 若截取长度T不与信号周期成整数倍关系，则周期信号的基频和各次谐波不在n/T 频率上，卷积后，各频率分量将泄漏到其它谱线位置上，造成谱泄漏。因此对周期信号应采用同步采集，即使一个样本长度T内含整数个信号周期。对于非周期信号，它的频谱在频率在轴上连续取值，因截断带来的泄漏现象不可避免，只能在进行频谱计算之前对采样序列进行窗函数加载，使泄漏现象得到改善。 数字信号处理（DSP） DSP部分的核心是FFF运算，通过它进行包括频谱分析在内的各种运算，获得信号的复数谱，它包含了振幅谱和相位谱的信息。 为了减少噪声对信号的影响，DSP中还采用了平滑和平均，以保证频谱分析质量。 平滑—— 平滑通常采用低通滤波器来实现，滤除高频干扰，可使信号被平滑。 平均—— 在计算频谱时，通常是将多个频谱做总体平均，用来减少平稳随机过程信号频谱的统计误差，使谱质量大为提高。通常，FFT分析仪在给定指标时，也指明是对多少次的平均而言。 频率分辨力是频谱仪的重要指标。在滤波法中，对于两个等幅的，频率为f1和f2的正弦信号，将谷点比峰点下降3dB时，两峰的频率间隔作为滤波器的分辨力带宽。 在计算法中若也用这个频率间隔作为频率分辨力值Δf = | f1 - f2 |，则计算频谱仪的分辨力近似为 可见，可以通过增加样点数N或增加采样时间T来提高频率分辨率。 计算法谱分析的基本步骤如下： · 选定频率范围，并由此设定抗混叠低通滤波器的带宽； · 选择采样频率f s 2.56 f max，如果抗混叠低通滤波器的截止特性不好，则应适当提高采样频率以补偿； · 根据频率分辨力的要求，选定点数N，使在被分析信号序列的长度内包含两个以上的基频周期； · 设定平均方式和平均参数，选择窗函数类型； · 最后对所得到的离散谱做出正确的解释。 （2） FFT分析仪 采用数字中频的外差式频谱仪 这种频谱仪融合了外差扫描与数字处理、实时分析技术于一体，使频谱分析仪的性能得到很大提高。 数字中频由如下两部分组成： (1)采用数字带通滤波器取代模拟中频滤波器 数字滤波器可做成很窄的分辨力带宽和很优良的波形因子，可以使扫速提高，这就从根本上改善了频谱分析的质量。 (2)采用FFT实时分析，提高了分辨力和分析速度。 FFT过程可视为一组滤波器同时工作，这是一种实时分析技术，速度比单个滤波器进行扫描式分析快了数百倍。 由于中频采用了数字技术，可采用数字功率测量来代替传统的检波，这时对于不同类型的信号，都能进行准确的功率测量。 4、频谱分析仪的技术指标 (1) 频率特性 频率范围 ——能够分析信号的频率下限至上限的频段。 频率分辨力 ——能够区分谱线间隔的最小值。 (2) 幅度特性 动态范围 ——表征频谱仪同时显示大信号和小信号的能力，它是指显示