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噪声与频谱分析

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发表于 2021-2-7 15:26:03 | 显示全部楼层 |阅读模式






[color=rgb(34, 34, 34) !important]最初人们通过示波器看信号的时域波形,但为了查看主信号及谐波等信息,便出现了频域的概念。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]频谱仪的发展历程也是一样的,由从时域转换成频域   转换成  直接分析频域  再到最后的  超外差式。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]1、傅里叶分析仪(FFT分析仪)

[color=rgb(34, 34, 34) !important]信号的频谱是受其时域特性决定的,傅里叶分析仪顾名思义就是对时域信号进行傅里叶变换,将时域信号转换成频域信号进行分析。要对时域信号完全准确的分析,就需要无限期的对时域信号进行分析。由于无法实现,便出现了,对时域信号进行 采样的处理方法。为了保证采样的有效性(能够通过频域恢复时域信号,不产生伪信号),对采样率提出一定要求。

[color=rgb(34, 34, 34) !important] 根据香农定理,采样频率至少高于输入信号带宽的2倍。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]对于经过低通滤波器的信号,所需的最小采样率是由最高信号频率决定的,采样率至少高于最高信号频率的2倍

[color=rgb(34, 34, 34) !important]

[color=rgb(34, 34, 34) !important]对于时域信号的采集不能是无限的,实际是采用固定的采样数N的,这一过程就 加窗。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]对采样值的频谱计算称为 离散傅里叶变换(DFT),这种方法要求  1 ) 信号必须是周期信号 2) 分析时间必须是信号周期的整数倍 否则会出现信号涂抹 即 “泄露效应” 。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]实际的应用中限制 FFT分析仪的是 A/D转换器,由于要求 采样频率 2fmax" class="mathcode" src="https://private.codecogs.com/gif.latex?%3E2fmax" data-loaded="true" style="border: 0px; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; max-height: 100%;">, 处理高频信号时 A/D转换器很难实现。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]便促进了直接对频域进行分析。

[color=rgb(34, 34, 34) !important]2、 使用可调谐的带通滤波器的频谱分析仪

[color=rgb(34, 34, 34) !important]由于A/D转换器的限制带宽,FFT分析仪仅适合测量低频信号。直接使用可调谐的带通滤波器,将要滤波器通带调谐到欲分析的频率。滤波器的带宽对应 频谱仪的分辨率,带宽越窄 分辨率越低,(可调滤波器的带宽相对于中心频率是个常数,随着中心频率的增加带宽增加,即最小分辨率增加)。要实现窄带的 可调范围覆盖全频段的滤波器是不可能实现的。进而产生了超外差式频谱仪,通过混频将中频固定在一个频率,解决滤波器这一难题。



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