第3篇 时域测量

实验三、电波信号的时域与频域测量一、实验原理为了用微波信号传递信息，需要对载频信号进行必要的调制，调制方法不同，其频谱也不相同。

为了检查调制质量和不失真地传递信息，就必须测量其信号波形特性。

测量信号波形的常用方法是将其显示在示波器的荧光屏上，进行时域观察。

另一种方法是将时域信号进行博氏分析，从组成的频谱分量进行研究，这是一种频域法。

当然这两者之间的傅氏变换和反变换存在着相互变换关系，但由于频谱测量失去相位信息而不能由频谱分析的显示结果转变为时域波形。

只是通过频谱分量的显示，对照其频谱分析结果来推断其时域波形的质量。

时域显示，是在示波器上以水平轴X为时间，以垂直轴y显示其信号波形，频域显示是以水平轴为频率，以垂直轴显示其频谱分量的振幅(若为平方律检波，则为频谱分量的功率，通常显示其相对电平)。

供测量信号频谱的仪器称为频谱分析仪。

二、实验内容●电波信号（AM，FM）的频谱测量●正弦信号的时域与频域表述●AM信号的产生原理与信号测量●FM信号的产生原理与信号测量●正弦信号，方波信号，三角信号的频谱测量●AM信号的频谱测量●FM信号的频谱测量三、实验结果实验结果分析，在整个实验过程中我认真分析了每个实验的实验原理，并且详尽的认真的完成上前面所提到的所有实验。

考虑到实验设备的问题，当时没有能吧所有的实验全部完整的记录下来，每个实验结果基本上都是在脑子里面形成了一个大体的形象的概念，下面的工作是遵照每个实验原理，运用数学工具绘出相应的波形图形，这样即加深了对实验原理的认识，又得到了完整的函数波形。

实验之一、电波信号（AM、FM）的频谱测量实验预习内容●信号的时域与频域分析●微波函数信号源●频谱分析仪频谱分析仪的使用实验目的：1.理解频谱分析仪的原理2.理解频谱仪的如下概念：●频谱分辨率，●灵敏度，●视频滤波器，●扫描速度实验内容：1.学习频谱仪各个旋钮的意义2.观察各个旋钮转动时的变化电波信号（AM、FM）的频谱AM调制概念AM调制概念：幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号线性变化的过程。

时域测量与频域测量测量被测物件在不同时间的特性，即把它看成是一个时间的函数f(t)来测量，称为时域测量。

例如，对图中a的信号f(t)可以用示波器显示并测量它的幅度、宽度、上升和下降时间等参数。

把信号f(t)输入一个网络，测量出其输出信号f(t)，与输入相比较而求得网络的传递函数h(t)。

这些都属於时域测量。

对同一个被测物件，也可以测量它在不同频率时的特性，亦即把它看成是一个频率的函数S(ω)来测量，这称为频域测量。

例如，对信号f(t)可以用频谱分析仪显示并测量它在不同频率的功率分布谱S(ω)，如图b。

把这个信号输入一个网络,测量出其输出频谱S′(ω)，与输入相比较而求得网络的频率回应G（ω）。

这些都属於频域测量。

用一个频率可变的正弦（单频）信号作输入，测量出在不同频率时网络输出与输入功率之比，也得到G(ω)。

这仍然是频域测量。

时域与频域过程或回应，在数学上彼此是一对相互的傅里叶变换关系，这里*表示卷积。

时域测量与频域测量互相之间有唯一的对应关系。

在这一个域进行测量，通过换算可求得另一个域的结果。

在实际测量中，两种方法各有其适用范围和相应的测量仪器。

示波器是时域测量常用的仪器，便於测量信号波形参数、相位关系和时间关系等。

频谱分析仪是频域测量常用的仪器，便於测量频谱、谐波、失真、交调等。

1.最简单的解释频域就是频率域，平常我们用的是时域，是和时间有关的，这里只和频率有关，是时间域的倒数。

时域中，X轴是时间，频域中是频率。

频域分析就是分析它的频率特性！2. 图像处理中：空间域，频域，变换域，压缩域等概念！只是说要将图像变换到另一种域中，然後有利於进行处理和计算比如说：图像经过一定的变换（Fourier变换，离散yuxua DCT 变换），图像的频谱函数统计特性：图像的大部分能量集中在低，中频，高频部分的分量很弱，仅仅体现了图像的某些细节。

2.离散傅立叶变换一般有离散傅立叶变换和其逆变换3.DCT变换示波器用来看时域内容，频普仪用来看频域内容！！！时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。

性能频谱分析仪的时域测量技术及其应用摘要：本文分析了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理，并给出其时域测量功能在调幅（AM）、调频（FM）、脉冲调制测试中的应用。

比起通用的示波器，这种测量有其独特之处，它更好的表征信号的部分调制域特性。

关键字：高性能频谱分析仪; E4440; 时域测量The Technology and Application of Time Domain Measurement of High PerformanceSpectrum AnalyzerAbstract: This paper analyzes the principle of time domain measurement function of high performance spectrum analyzer and its use in Amplitude modulation(AM), Frequency modulation(FM) and pulse modulation test. Compared with usual oscillograph, this measurement function has its own advantages. It expresses some character of signal well in modulation domain.Key Words: high performance spectrum analyzer; E4440; time domain measurement0 引言随着信号处理和DSP技术的不断发展，频谱分析仪的功能越来越强大。

不仅仅在显示的频率范围和可操作性上有了长足的发展，而且测试的精度进一步提高和测试的功能越来越多。

频谱分析仪发展到今天，不仅在频域测试中独领风骚，而且还具有一定的时域、调制域测试功能。

本文阐述了高性能频谱分析仪的时域测量功能的原理，以安捷伦的E4440高性能频谱分析仪为例，给出了高性能频谱分析仪时域测量功能在调幅、调频、脉冲调制测试中的应用。

第一章 概论1、电子测量：宽频率范围（直流到光波）信号和系统的特性参数。

信号特性参数：信号的波形、频谱、电压、功率、频率、相位、周期、时间间隔……系统特性参数：系统的瞬态响应、传递函数、电阻、电容、电感、电抗、导纳、Q 值、介电常数、导磁率、驻波比、反射系数、散射参数、衰减、群延迟……2、测量的基本要素：被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员、测量环境3、频域测量、时域测量、调制域测量 频域测量：以被测信号和系统在频率领域的特性为依据，研究的是被测对象的复数频率特性（包括幅频特性和相频特性），即信号的频谱和系统传递函数。

—稳态测量、加正弦测量 时域测量：以被测信号和系统在时间领域的特性为依据，研究的是被测对象的幅度-时间特性，即信号波形和系统的单位阶跃响应或单位冲激响应。

—瞬态测量、加脉冲测量调制域测量：研究的是被测对象的频率（时间间隔）-时间特性，连续测量被测信号的瞬时频率（时间间隔）。

4、信号≠波形：信号——被测对象的实际过程，客观存在波形——信号的表现形式，主观对客观的反映5、线性系统特点：（线性时不变系统还满足时不变特性）1）系统的模型方程具有线性属性（满足迭加原理）2）组成系统的元器件及电磁介质的参数值与独立变量无关 3）用n 阶常系数线性微分方程组描述激励与响应 4）满足卷积方程5）对微分方程进行傅立叶变换、拉普拉斯变换——可得到系统的传递函数☐ 系统输入扫频正弦信号，测量对应输出信号的幅值和相位——可得系统的频率特性 ☐ 系统输入单位脉冲信号——可得到时域脉冲响应函数 ☐ 频率为ω0的正弦波： 线性系统：正弦输入——正弦输出☐ 理想线性系统（无失真传输系统）——具有恒定的幅度和线性相位 y(t)=ax(t-t 0) 6、线性系统瞬态特性估计波形和测量系统中存在噪声——只能得到信号和系统的估计 线性系统瞬态响应估计——确定阶跃响应SR 和脉冲响应IR 单位脉冲信号和单位阶跃信号系统的输入x(t)为单位脉冲信号)(t δ时，此时系统输出响应就是脉冲响应（又称冲激响应） 当系统的输入x(t)为单位阶跃信号u(t)时，此时系统的输出响应称为阶跃响应 脉冲响应的积分为阶跃响应，反过来阶跃响应的微分就是脉冲响应7、直接获取系统瞬态响应的方法要求信号源、示波器、积分器、微分器及电缆、接头等都是理想的000()()()()()X Y H ωδωωωωδωω=-=-0()()j t Y ae X ωωω-=2）示波器输出的响应是系统各组成部分响应的合成结果——带来误差3）当系统各单元的响应时间远远小于（<<0.01）被测系统的响应时间时，误差一般<1% ——工程上视为理想的4）否则，误差增大：利用反卷积方法可以得到更准确的结果9、反卷积确定系统冲激响应的两种方法第二章 脉冲波形参数2、底量值、顶量值测定方法：密度分布平均数法；密度分布众数法；峰值法—适于窄脉冲3、RC 电路：过渡持续时间：系统带宽与过渡持续时间的关系： ω0为半功率点处的角频率，即3dB带宽4、高斯系统参数估计：1）高斯系统是物理上不可实现的系统，具有非因果的阶跃响应与脉冲响应 2）高斯函数具有一些人们期望的数学特性，对估计信号参数有用3）高斯系统时域与频域关系: 2.2 2.2D T RC τ==0002.2 2.20.352.22D T f f τωπ====0.34Df T=4）n 级高斯系统：方和根准则 （RSS 准则）5、示波器总的上升时间T 总上升时间=(T 12+T 22+…+T N 2)1/2 F 3dB =0.35/ T 总上升时间6、 非高斯系统参数估计1）当系统不是高斯系统时，RSS 准则的精度与脉冲特性偏离高斯分布的程度有关 2）当 T F ＞ ＞ T S 或波形的过冲和圆弧较小时，工程上认为RSS 准则仍然是的精确的第三章 快速变换与卷积（阅读PPT 为主）1、N 点的DFT 计算量：N 2次复数乘法X ，N （N-1）次复数加法+2、FFT（A ）时间抽取计算量：共需（N/2）log 2N 次乘，Nlog 2N 次加，共N/2个蝶形 DIT ：按在时域上输入序列次序的奇偶来抽取（分解）基本原理：DFT 的计算量正比于N 2，N 小，计算量也就小将大点数DFT 分解成若干小点数DFT 组合，减少运算 按时间序列奇偶抽取特点：原位计算、正序输出，倒序输入（码位倒序）、蝶形类型随迭代次数成倍增加 （B ）频率抽取：基本原理：DFT 的计算量正比于N 2，N 小，计算量也就小将大点数DFT 分解成若干小点数DFT 组合，减少运算 时间序列对半分特点：共有M=log 2N 级运算，N/2个蝶形运算；正序输入，倒序输出；原位运算；蝶形类型随迭代次数成倍减少3、实输入序列FFT ：同时计算两个实序列的FFT 算法；用N 点变换计算2N 个样本点的变换 采用DFT 或FFT ，作了如下处理：用离散采样信号的傅立叶变换来代替连续信号的频谱； 用有限长序列来代替无限长离散采样信号，所以DFT 或FFT 得到的是傅立叶变换的一种逼近形式。

第1篇一、实验目的1. 理解时域测量的基本原理和方法。

2. 掌握时域测量仪器的操作技巧。

3. 分析时域测量结果，理解时域信号的特征。

4. 培养实验操作能力和数据分析能力。

二、实验原理时域测量是指对信号随时间变化的特性进行测量和分析。

在时域中，信号可以用数学函数表示，如正弦波、方波、三角波等。

时域测量可以提供信号幅度、频率、相位、上升时间、下降时间等参数，对于信号处理和系统分析具有重要意义。

三、实验仪器与设备1. 时域测量仪（示波器）2. 信号发生器3. 连接线4. 待测电路或信号源四、实验内容与步骤1. 连接仪器将信号发生器输出端与时域测量仪输入端相连，确保连接正确无误。

2. 设置信号发生器根据实验要求，设置信号发生器的参数，如频率、幅度、波形等。

3. 调节时域测量仪调节时域测量仪的触发方式、扫描速度、显示方式等，以便观察信号。

4. 测量信号打开信号发生器，观察时域测量仪显示的信号波形。

记录信号幅度、频率、相位等参数。

5. 分析信号分析信号波形，判断信号是否存在失真、干扰等现象。

计算信号的上升时间、下降时间等参数。

6. 重复实验改变信号发生器的参数，重复实验步骤，观察信号变化情况。

五、实验结果与分析1. 信号波形通过实验，观察到不同信号波形（正弦波、方波、三角波等）在时域测量仪上的显示情况。

分析信号波形，判断信号是否存在失真、干扰等现象。

2. 信号参数记录信号的幅度、频率、相位等参数，并与理论值进行比较。

分析误差产生的原因。

3. 上升时间与下降时间测量信号的上升时间和下降时间，计算上升时间与下降时间之比。

分析信号带宽和信号质量。

六、实验结论1. 通过时域测量实验，掌握了时域测量的基本原理和方法。

2. 熟悉了时域测量仪器的操作技巧。

3. 能够分析时域测量结果，理解时域信号的特征。

4. 培养了实验操作能力和数据分析能力。

七、实验注意事项1. 在连接仪器时，注意确保连接正确无误。

2. 在设置信号发生器参数时，根据实验要求进行调整。