频谱监测及瞬态信号捕获技术 ppt

扫描分析 带宽
扫描时间
扫频式频谱分析仪(SA) 没有信号分析!
下一个 扫描
为查看 RTSA 怎样有效地捕获所需的信息，我们先概括 介绍这一技术，然后简要考察其在信号监测中的应用。
矢量信号分析仪(VSA)
然后，我们将考察信号监测的技术挑战和主要的仪器性 能指标，其中包括 RTSA 实时频率模板触发技术对难检 信号的独特价值。
信号监控的挑战 本应用指南中使用的信号监控和信号监测的意思不同。 信号监测是指检查信号，主要目的是预防干扰，保持质 量，或对发射机运营商采取强制措施。信号监控则用于 收集信息，调查情况。在本应用指南中，监控一词主要 用于智能采集。监控经常会私下进行，因此被监控目标 并不知道这一行为，而监测则具有公开的特点。
帧 没有信号分析
记录
实时频谱分析仪(RTSA)
最后，我们还介绍了使用多域解调测量及安全环境中使 用的部分特定功能，从捕获的波形中挖掘智能。
RTSA 概述 RTSA 的起源可以追溯到信号智能界的需求上。扫频分 析仪只能捕获 RF 频谱的间歇性样点。在扫描通过跨度 时，只会为分析提供非常窄的分辨率带宽。这使得许多 频谱频率自由变化时而检测不到，同时它们要等待分析 带宽到达这些频率。另外它也没有考虑扫描之间的周 期，这些周期没有被解释而消失了。类似的，矢量信号 分析仪最初是为重复的CW 调制研制的，在记录之间有 多个时间周期，在这些周期期间没有进行任何信号分 析。即使捕获存储器非常长，但 VSA 仍会漏掉间歇性事 件。
2 /rsa
信号监测、监控和实时频谱分析
应用指南
RTSA 的 RF 前端接收机可以在 DC 到 8 GHz 之间调谐， 把输入信号下变频到固定的 IF。然后信号进行滤波，通 过模数转换器(ADC)进行数字化转换，然后传送到数字 信号处理(DSP)器中，DSP处理器管理着仪器的触发、存 储和分析功能。

机械工程测试、信息、 信号处理
——瞬变非周期信号与其频谱
第 一 组 信 号 及 分 析 日期：2014年9月9日
信号分析
课程内容
1
信号及其描述
2
3
信号的描述及分类
周期信号及其频谱 瞬变非周期信号与其频谱 随机信号及其主要特征参数
课程内容
4 5
contents
1
信号分析
瞬变非周期信号与其频谱
周期信号 确定性信号
0 d
d jt jt x(t )e dt e 2

X ( ) x(t )e


jt
dt
1 2
x(t )e jt dt e jt d

7
信号分析
得到频率组成（谱线）
频谱离散、每条谱线只出现在原 周期信号基波频率的整倍数上、 幅值谱中各个频率的幅值随着频 率的升高而减小
工程上常用频谱图形来直观描述
14
信号分析
瞬变非周期信号与其频谱
傅立叶变换的主要性质
15
信号分析
瞬变非周期信号与其频谱
傅立叶变换的主要性质
1.奇偶虚实性
x (t ) 若为实偶函数，则 X ( f ) 为实偶函数
21
信号分析 5 卷积性质 函数 x( t ) 与 y (t )
定义为 这样，若 则有
瞬变非周期信号与其频谱
的卷积记作
x (t ) y (t )
x (t ) y (t )
≌


x( ) y(t )d
x1 (t ) X 1 ( f ),
x 2 (t ) X 2 ( f ),

内改变一个带通滤波器的中心频率来工作的。随着中心频率的移动，依次 选出的被测信号各频谱分量，再经滤波器和视频放大后加到显示器的垂直 偏转电路。而水平偏转的输入信号来自驱动并调谐带通滤波器的同一扫描 发生器。这样，水平轴就可以用于表示频率。 • 目前大量使用的是超外差式频谱分析仪。它又可以分为扫中频和扫高频 (扫前端)两种。 • 较老式的频谱仪大都是扫中频。由于扫频宽度不大，故又称窄带频谱仪。 扫中频频谱仪的另一个缺点是可能出现杂波干扰和假响应较多，而且动态 范围小，灵敏度又低，现在基本被淘汰。
1 概述
• 1.1 时域分析 • 1.2 频域分析 • 1.3 频谱仪的发展
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1 概述
• 无论你是一个电子设备或系统的设计制造工程师，还是一个电子器件或系统的现场维护/修理人员，都需要 一台能观察并帮助你分析你的设备或系统产生的电信号或电信号通过你的器件或系统后质量变化的情况， 比如，信号的功率和幅度，调制或边带等等，通过分析来验证你的设计，确定器件或系统的性能，判别故 障点，找出问题的所在，这就是信号特性分析。
率)或6dB(电压)点描述，带宽越小，分辨力就越高。因此中频滤波器的3dB带宽决定了区别两个等幅度信 号的最小频率间隔。
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3.1 分辨力带宽 (RBW)
输入频谱
混频器
3 dB BW
3 dB
检波器
LO 本振
中频滤波器/分辨率带宽滤波器 扫频
分辨率 带宽
显示
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3.1 分辨力带宽 (RBW)
第33页/共69页
失真产物
3.2 选择性 • 实际上，形状因子表明滤波器特性曲线偏离矩形的程度，也表示它具有排
除下边较小干扰信号或噪声的能力。波形因子越小，曲线越接近矩形，显 示出的谱线下端越清晰，60dB带宽也是能否分辨大谱线近旁的小谱线的 决定因素，位于60dB带宽以内的小谱线显然会被曲线的“下摆”部分掩 盖。 • 老式的频谱仪中频滤波器的选择性为25:1。现代频谱仪中所设计的模拟滤 波器采用同步调谐式，具有4个以上的极点，幅频特性呈高斯分布，高质 量的频谱仪其选择性可以达到15:1~11:1。

2） 实用的微波鉴相器原理图
U I KA2 cos
UQ KA2 sin
功率 延迟 分配 线
90o电桥
检波 器
差分 放大
鉴相输出信号
，
UI kA2 cosT UQ kA2 sinT
特点： l 在[0，2]无模糊 l 没有与频率无关的直流分量 输出可用于模拟测频：
tg 1U QU I /T
T是延迟线的延迟时间。
微波鉴相器用于实现信号的自相关运算，因此需要考虑 以下条件：
•相干的基本条件：
T
否则不能进行相关运算。
• 单值测量条件：
f2f11T
这是由最大相移为2决定的，相移与频率的关系为
2 f T
• 简单微波鉴相器的输出信号幅度与输入信号功率成正 比
• 简单微波鉴相器的输出信号中有与频率无关的直流分 量
2． 存在问题
❖信号谱旁瓣引起相邻多信道同时检测，可利 用相邻比较解决； ❖ 信号频率本身处于相邻信道边沿处，可利用 相邻信道处理解决。
动态范围是指保证测频接收机精确测频条件下 信号功率的变化范围，它包括： • 工作动态范围：
保证测频精度条件下的强信号与弱信号的功率 之比，也称为噪声限制动态范围。
• 瞬时动态范围： 保证测频精度条件下的强信号与寄生信号的
功率之比。
3．现代测频技术分类
测频技术
频率取样 变换法
搜索频率窗 搜索超外差接收机 射频调谐晶体视频接收机
2．1 概述
要点： l 重要性 l 主要技术指标 l 技术分类 1．重要性 载波频率是雷达的基本、重要特征，具有相对稳 定性，使信号分选、识别、干扰的基本依据。
2．主要技术指标
1) 测频时间 定义：从信号到达至测频输出所需时间，是确定 或随机的。 要求：瞬时测频，即在雷达脉冲持续时间内完成 载波频率测量。 重要性：直接影响侦察系统的截获概率和截获时 间。

x(t ) lim xT (t )
T
lim C n e jn 0t
T


1 T2 lim T x(t )e jn 0t dt e jn 0t T 2 T T d 0 n 0 d lim x(t )e jt dt e jt T 2 1 ( x(t )e jt dt)e jt d 2
指数衰减信号 (exponentially decaying signal)
X(t)
0
t
0
衰减振荡信号 (damped oscillation signal)
t
单一脉冲信号 (single pulse signal)
非周期信号的频谱分析
Fourier变换的思路
xT (t )
Cn
t


2 T
T d
a
m 1
k
m m
x (t ) am X m ( f )
m 1
k
非周期信号的频谱分析
傅立叶变换(Fourier transform)的性质
对称性(Symmetry property) 若 x t X f ，则 X t x f 。
x(t) A
T
T
n
x(t )
2 2 2 0
n 0 (n 1) 0 0
Cn
பைடு நூலகம்
t
T

2 d 0 T n


非周期信号的频谱分析
2, Fourier 变换
Fourier变换的推导 ( 1 ) 由以上思路推导公式

Amplitude Range DSA自动识别TX1000
Measurement 设置 upper or/and lower limit 连接DUT到VB 电桥 通过DSA设置TX1000的开关 设置 Start Freq
通过•不通同颜过色的不迹线同清晰颜观察色比较的改变迹RBW线后的清频谱晰变化观察 比较改变RBW后的频谱变化 transient limiter frequency response
功能应用举例
噪声光标、NdBT带X宽1000
占用带宽帮助检查99%的发射功率是否在限定的频带范围内； 按开 Cal Open 从而得到全开路的迹线
噪声光标、N使dB用带宽USB连接TX1000，为其供电及指令传输
打开 Peak Table
打开 Corr TaDbleSA自动识别TX1000 中峰心值频 搜率索/，扫下宽通个、过峰起值D始，S/终左A止设峰频值置率TX1000的开关
•借助于10Hz RBW，清 晰分辨出相邻的2个信号
功能应用举例
Pass/Fail
打开 Pass/Fail 标记限制线 设置 upper or/and lower limit 设置 Fail Stop 设置 Beeper
Lower limit line
Upper limit line
Pass counter
频谱仪功能介绍前面板控制区光标区常用功能键高级测量区编辑区跟踪源输出usb接口射频输入常用功能键频谱分析仪的基本设置x轴frequencychannelfreq中心频率扫宽起始终止频率y轴amplituderangeampt参考电平衰减器前置放大器y轴刻度刻度类型y轴单位功能应用举例amplitudecorrectionspectrumanalyzercabletransientlimiter标记校正数据dut打开correctioncablefrequencyresponse打开corrtable使用补偿的数据进行测量transientlimiterfrequencyresponse功能应用举例zerospan包络信号amsignalasksignal设置中心频率setuprbw控制区控制区bwdetsweeptrig分辨率带宽视频带宽检波类型滤波器类型扫描时间触发类型tracepftg迹线类型迹线运算迹线点数通过失败跟踪源功能举例借助于10hzrbw清晰分辨出相邻的2个信号通过不同颜色的迹线清晰观察比较改变rbw后的频谱变化功能应用举例passfailupperlimitlinelowerlimitline打开passfail标记限制线设置upperorandlowerlimit设置failstop设置beeperpassfailratiopasscounterppassfail指示功能应用举例tg打开tgfilter设置startfreq设置stopfreq连接tg到rfin端口打开normalize调节normreflvl连接dut测量传递特性光标区光标区markermarker光标x值光标y值光标中频光标步进光标参考光标类型光标迹线光标表peakmarkerfctn峰值搜索下个峰值左峰值噪声光标ndb带宽频率计数峰值高度峰值阈值峰值表功能应用举例peaktabledisplayline打开peaktable设置peaksorting设置peakreadout设置displayline峰值表根据指定的顺序排列

结果解释：根据 数据分析结果， 解释实验现象， 得出结论。
实验结果解读
深能级瞬态谱的实验结果展示了不同能量状态下的电子结构变化 实验结果表明，深能级瞬态谱可以揭示电子结构与能量状态的关系 实验结果还表明，深能级瞬态谱可以用于研究材料的电子性质和性能 实验结果对于理解材料的物理和化学性质具有重要意义
它通过测量材料在不同能量状态下的电子结构变化，来研究材料的 物理和化学性质。
深能级瞬态谱可以应用于各种材料，包括半导体、金属、陶瓷等。
深能级瞬态谱的测量结果可以帮助研究人员了解材料的电子结构变 化，从而更好地理解材料的物理和化学性质。
深能级瞬态谱的应用领域
材料科学：研究 材料的电子结构、 化学键和晶体结 构
深能级瞬态谱面临的挑战和机遇
技术挑战：需要更高精度的测量技术和数据处理方法
应用挑战：需要更多的应用场景和实际应用案例
机遇：随着科技的发展，深能级瞬态谱的应用领域将不断扩大 机遇：随着技术的进步，深能级瞬态谱的测量精度和速度将不断提 高
深能级瞬态谱的未来展望和研究方向
研究方向：深能 级瞬态谱在材料 科学、化学、物 理等领域的应用
深能级瞬态谱在能源领域的应用
太阳能电池：深能级瞬态谱用于 研究太阳能电池的能级结构，提 高光电转换效率
储能材料：深能级瞬态谱用于研 究储能材料的能级结构，提高储 能效率
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
燃料电池：深能级瞬态谱用于研 究燃料电池的能级结构，提高能 量转换效率
核能发电：深能级瞬态谱用于研 究核能发电的能级结构，提高发 电效率
深能级瞬态谱在其他领域的应用
生物医学：研究蛋白质、 DNA等生物大分子的结构 和功能
环境科学：研究污染物、污 染物降解等环境问题

波分多路复用(WDM)是在光纤信道上使用的频分多路复用的 一个变种，它是在光波频率范围内，把不同波长的光波，按一 定间隔排列在一根光纤中传送，即将光纤可工作的有效波长划 分为多个波段，通过棱柱或光栅将不同的波段合成到一根共享 光纤上。 WDM用于光纤通信中。
第2章 检测信号的传输与采集
5） 基带、频带和宽带传输
输入 输入 输入 输入
9 引脚 2 2 2 2 2 2 2 2
10 引脚 2 2
开路 2 2 2
开路 2
第2章 检测信号的传输与采集
2.1.3 U／I
XTR110输入0～10Ｖ、输出4～20 mＡ时的电路如图2-2所
示。其中RP1为调零电位器，RP2为调量程电位器。对于其他输入
电压与输出电流范围，使用时可根据具体情况改变管脚3、4、 5、 9、 10的连接方式。
第2章 检测信号的传输与采集
传感器输出的信号一般为模拟信号，在以微型计算机为核 心组成的数据采集及控制系统中，必须将传感器输出的模拟信 号通过编码器对其进行采样、量化和编码，将其转换成数字信 号，再放在数字信道上传输，为此要使用模／数转换器。经计 算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等， 需再经解码器解码还原成模拟信号，因此还需要数／模转换器 将数字量转换成相应的模拟信号。
② 多点连接方式，如图2-3(b)所示。各终端共用一条主 线路， 这种方式节省线路，但要解决各终端同时访问主机而 竞争线路的问题。
第2章 检测信号的传输与采集 图2-3 数据通信系统连接方式
第2章 检测信号的传输与采集
2.
1） 单工、半双工和全双工通信
（1） 单工通信。如图2-4(a)所示，单工通信指数据总是沿 一个固定方向传送，如从终端发数据给计算机，而不接收从计 算机发来的信息。为了正确发送数据，在接收端收到信息后， 要发回应答信息通知发送端，由发送端根据应答信息判断所发 送数据是正确接收还是出错并再做处理。应答信息总是沿与数 据传送方向相反的方向传送。故单工通信所指方向是数据传送 方向。