1、電子測量技術西南交通大學電氣工程學院孫永奎Email: 6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量技術6.1 概述6.2 頻譜分析儀6 頻域測量技術電子測量技術6.1 概 述頻域和時域的關系頻譜分析常用頻域測試儀器6 頻域測量技術電子測量技術6.1.1 頻域和時域的關系時域測量頻域測量時間頻率振幅6 頻域測量技術電子測量技術6.1.2 頻譜分析6 頻域測量技術電子測量技術v頻譜密度由無窮個沖激函數組成頻譜密度由無窮個沖激函數組成離散性離散性：頻譜是離散的，由無窮多個沖激函數：頻譜是離散的，由無窮多個沖激函數組成；組成；諧波性諧波性：譜線只在基波頻率的整數倍上出現，：譜線只在基波頻率的整數倍上出現

2、，即譜線代表的是基波及其高次諧波分量的幅度即譜線代表的是基波及其高次諧波分量的幅度或相位信息；或相位信息；收斂性收斂性：各次諧波的幅度隨著諧波次數的增大：各次諧波的幅度隨著諧波次數的增大而逐漸減小。而逐漸減小。1.周期信號的頻譜特性6 頻域測量技術電子測量技術v頻譜密度函數頻譜密度函數F (j)是是的連續函數的連續函數v當當f (t)為實函數時，有為實函數時，有F(j) = F*(-j) v當當f (t)為虛函數時，有為虛函數時，有F(j) = -F*(-j)v無論無論f (t)為實函數或虛函數，為實函數或虛函數，幅度譜幅度譜|F(j)|關于關于縱軸對稱，相位譜縱軸對稱，相位譜e j()關于原

3、點對稱關于原點對稱2.非周期信號的頻譜特性6 頻域測量技術電子測量技術v脈沖寬度脈沖寬度是時域概念是時域概念指在一個周期內脈沖波形的兩個零點之間的時指在一個周期內脈沖波形的兩個零點之間的時間間隔間間隔；v 頻帶寬度頻帶寬度（帶寬）是頻域概念（帶寬）是頻域概念在周期信號頻譜中，從零頻率到需要考慮的最在周期信號頻譜中，從零頻率到需要考慮的最高次諧波頻率之間的頻段即為該信號的有效占高次諧波頻率之間的頻段即為該信號的有效占有帶寬有帶寬；實際應用中，常把零頻到頻譜包絡線第一個零實際應用中，常把零頻到頻譜包絡線第一個零點間的頻段作為頻帶寬帶點間的頻段作為頻帶寬帶3.脈沖寬度和頻帶寬度6 頻域測量技術電子測

4、量技術v信號信號f(t)的能量定義為的能量定義為4.信號的能量譜dttfE 2)()( 21( )()2SF j令令 dSE 0)()( 能量密度譜，簡稱能量譜或能譜，能量密度譜，簡稱能量譜或能譜，表示單位頻帶內所含能量。任何帶寬表示單位頻帶內所含能量。任何帶寬內的信號能量均與能量譜曲線下相應內的信號能量均與能量譜曲線下相應的面積成正比的面積成正比 6 頻域測量技術電子測量技術5.信號的功率譜v信號信號f(t)的功率定義為的功率定義為 222)(1lim)(TTTdttfTP dTjFPT2)(lim21)( 令令2()1( )lim2pTF jST， 則則有有 dSPp 0)()(功率密度譜

5、，簡稱功率譜，表示單位頻功率密度譜，簡稱功率譜，表示單位頻帶內單位頻帶內的功率帶內單位頻帶內的功率 6 頻域測量技術電子測量技術6.信號的頻譜分析技術v頻譜分析以付里葉分析為理論基礎，可對不同頻頻譜分析以付里葉分析為理論基礎，可對不同頻段的信號進行線性或非線性分析段的信號進行線性或非線性分析對信號本身的頻率特性對信號本身的頻率特性分析分析對線性系統非線性失真的測量對線性系統非線性失真的測量6 頻域測量技術電子測量技術7. 頻譜分析儀的基本原理vFFT分析（分析（實時分析）法實時分析）法在特定時段中對時域數字信號進行在特定時段中對時域數字信號進行FFT變換，變換，得到頻域信息并獲取相對于頻率的幅

6、度、相位得到頻域信息并獲取相對于頻率的幅度、相位信息信息6 頻域測量技術電子測量技術7. 頻譜分析儀的基本原理（續）v離散時域信號的頻譜特性離散時域信號的頻譜特性時域時域周期周期非周期非周期連續連續離散離散頻域頻域周期周期非周期非周期連續連續離散離散付付氏氏變變換換6 頻域測量技術電子測量技術7. 頻譜分析儀的基本原理（續）v非實時分析法非實時分析法掃頻式掃頻式分析分析差差頻式頻式分析（外差式分析）分析（外差式分析）6 頻域測量技術電子測量技術6.1.3 常用頻域測試儀器1. 頻率特性測試儀(掃頻儀)2. 頻譜分析儀3. 網絡分析儀6 頻域測量技術電子測量技術6.2 頻譜分析儀頻譜分析儀的種類

7、外差式頻譜分析儀頻譜分析儀的主要性能指標頻譜分析儀實例6 頻域測量技術電子測量技術6.2.1 頻譜分析儀的種類6 頻域測量技術電子測量技術以模擬濾波器為基礎，用濾波器來實現信號中個頻率成分的分離，分離出的頻率分量經檢波器檢波成直流后，由顯示器顯示出來。6 頻域測量技術電子測量技術（1）并行濾波式頻譜分析儀（2）順序濾波式頻譜分析儀6 頻域測量技術電子測量技術（3）掃描式頻譜分析儀（4）外差式頻譜分析儀6 頻域測量技術電子測量技術以數字方式對信號進行頻譜分析，精度高，動態范圍寬，工作頻率不高。6 頻域測量技術電子測量技術（1）數字濾波式頻譜分析儀（2）FFT頻譜分析儀6 頻域測量技術電子測量技術將外差技術和數字技術結合進行頻譜分析，頻率范圍廣，分辨力高。6 頻域測量技術電子測量技術6.2.2 外差式頻譜分析儀6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量技術電子測量技術6.2.3 頻譜分析儀的主要性能指標6 頻域測量技術電子測量技術6.2.3 頻譜分析儀的主要性能指標kHz30kHz106 頻域測量技術電子測量技術6.2.3 頻譜分析儀的主要性能指標6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量技術電子測量技術6 頻域測量