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什么是频谱分析仪

菜鸟
2017-09-21 09:09:00    评分

 从最基础的角度考虑,我们可以把频谱分析仪理解为一种频率选择性、峰值检测 的电压表,它经过校准之后显示正弦波的 有效值。应当强调的是,尽管我们常用频 谱分析仪来直接显示功率,但它毕竟不是 功率计。当然,只要知道了正弦波的某个 值(例如峰值或平均值)和测量这个值时 所用的电阻值,就能够校准电压表用来指 示功率。数字技术的出现赋予了现代频谱 分析仪更多的功能。本指南在介绍了频谱 分析仪基本原理的同时也阐述了使用数 字技术和数字信号处理技术赋予这类仪 器的新功能。
   在详细介绍频谱分析仪之前,读者也许 会问:“什么是频谱?为何要对它进行分 析?”我们已经习惯于用时间作为参照, 来记录某时刻发生的事件。这种方法当然 也适用于电信号。于是可以用示波器来观 察某个电信号(或通过适当传感器能转换 成电压的其他信号)的瞬时值随时间的变 化,也就是在时域中用示波器观察信号的 波形。
   然而,傅立叶1 理论告诉我们,时域中的任何 电信号都可以由一个或多个具有适当频率、 幅度和相位的正弦波叠加而成。换句话说, 任何时域信号都可以变换成相应的频域信 号,通过频域测量可以得到信号在某个特 定频率上的能量值。通过适当的滤波,我们 能将图 1-1 中的波形分解成若干个独立的 正弦波或频谱分量,然后就可以对它们进 行单独分析。每个正弦波都用幅度和相位加 以表征。如果我们要分析的信号是周期信号 (正如本书所研究的情况),傅立叶理论指 出,所包含的正弦波的频域间隔是 1/T,其 中 T 是信号的周期2

gooxian-复合时域信号

                     频谱分析仪


   某些测量场合要求我们考察信号的全部 信息 — 频率,幅度和相位,然而,即便 不知道各正弦分量间的相位关系,我们也 同样能实施许多的信号测量,这种分析 信号的方法称为信号的频谱分析.
为了正确地从时域变换到频域,理论上 必须涉及信号在整个时间范围、即在正 负无穷大的范围内的各时刻的值,不过 在实际测量时我们通常只取一段有限的 时间长度。
   按照傅立叶变换理论,信号同样也可以从 频域变换到时域,当然,这涉及理论上在 正负无穷大的频率范围内对信号的所有 频谱分量值作出估计。实际上,在有限带 宽内进行的测量获取了信号的大部分能 量,其结果是令人满意的。在对频域数据 进行傅立叶变换时,各个频谱分量的相位 也成为至关重要的参数。例如,在把方波 变换到频域时如果不保存相位信息,再变 换回来的波形可能就是锯齿波了。
   什么是频谱? 
   那么,在上述讨论中什么是频谱呢?正确 的回答是:频谱是一组正弦波,经适当组 合后,形成被考察的时域信号。图 1-1 显 示了一个复合信号的波形。假定我们希望 看到的是正弦波,但显然图示信号并不是 纯粹的正弦形,而仅靠观察又很难确定其 中的原因。
   图 1-2 同时在时域和频域显示了这个复合 信号。频域图形描绘了频谱中每个正弦波的 幅度随频率的变化情况。如图所示,在这种 情况下,信号频谱正好由两个正弦波组成。 现在我们便知道了为何原始信号不是纯正 弦波,因为它还包含第二个正弦分量,在这 种情况下是二次谐波。既然如此,时域测量 是否过时了呢?答案是否定的。时域测量能 够更好的适用于某些测量场合,而且有些测 量也只能在时域中进行。例如纯时域测量 中所包括的脉冲上升和下降时间、过冲和振 铃等。

gooxian-信号的时域和频域的关系






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