什么是频谱分析仪

wnagjainwei123

  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




   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。


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