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    • 介紹異同頻譜議和FFT頻譜議

      發布日期:2021-06-11 11:05:56

      頻譜儀常規的電路是能夠以一定帶寬調諧的接收機,輸入信號被下變頻后,通過低通濾波器輸出,濾波器輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在顯示器上坐標圖是輸入信號的頻譜圖。因為頻率轉換器可以達到寬頻率,例如30Hz-30GHz,并且可以通過與外部混頻器組合來擴展到100gHz或更大,所以頻譜儀是覆蓋最寬頻率的測量器之一。頻譜儀是測量連續信號和調制信號的理想測量工具。
      但是,傳統的頻譜儀也有明顯的缺點,首先只適用于穩定信號的測量,不適合測量瞬態事件;其次,由于僅能夠測量頻率的寬度,相位信息不足,所以作為標量設備而不是矢量設備的第三,需要多種低頻帶通濾波器,并且所獲得的測量結果需要很長的時間,所以被認為是非實時設備。
      通過傅立葉運算,能夠將被測定信號分解為每個成分的頻率分量,既然得到了與以往的頻譜儀同樣的結果,則出現了基于快速傅立葉變換(f標記)的頻譜儀。該新型頻譜儀采用數字方法,直接通過模擬/數字轉換器(ADC)對輸入信號進行采樣,并在FFT處理后得到光譜分布圖。由此可知,該頻譜儀也被稱為實時頻譜分析器,其頻率范圍受ADC收集速度和FFT計算速度的限制。
      為了獲得良好的設備線性和高分辨率,數據收集信號的ADC需要12比特-16比特的分辨率,并且根據采樣原理,ADC的采樣率至少是輸入信號的最高頻率的兩倍也就是說,對于頻率上限為100MHz的實時頻譜儀來說,ADC需要200MS/S的采樣率。
      在當前半導體處理電平中,可以產生分辨率8位和采樣率4GS/S的ADC,或分辨率12位和采樣率800MS/S的ADC。也就是說,原理上,設備可以達到2GHz的帶寬,但是在這種情況下,垂直分辨率是8比特(256級),顯然8比特的分辨率太低,因此實時頻譜儀被應用于小于400MHz帶寬的帶寬此時12位)可以在ADC的前端添加下變頻器,以增加96級頻率的上限。本機振蕩采用直接數字振蕩器。這種混合式頻譜儀適合在低于GHz的頻帶上使用。
      FFT的性能以采樣點數和采樣率表現,例如以100KS/S的采樣率對輸入信號進行1024點采樣的話,最高輸入頻率為50KHz,分辨率為50Hz。如果采樣點數為2048分,則分辨率會提高到25Hz。由此可知,最大失敗頻率取決于采樣率,分辨率取決于采樣點數。FFT計算時間與采樣、分數成對數關系,在頻譜儀需要高頻、高分辨率、高速運算的情況下,使用高速的FFT硬件或對應的數字信號處理器(DSP)芯片。
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