时频测量技术幻灯片.ppt
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1、时频测量技术时频测量技术第1页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.1 4.9.1 调制域测量调制域测量1 1)什么是调制域测量?)什么是调制域测量?电信号的完整关系:电信号的完整关系:电信号的完整关系:电信号的完整关系:可用三个可用三个可用三个可用三个量以及之间的关系来描述。量以及之间的关系来描述。量以及之间的关系来描述。量以及之间的关系来描述。这三个量就是:这三个量就是:这三个量就是:这三个量就是:时间、幅度和频率,其中:时间、幅度和频率,其中:时间、幅度和频率,其中:时间、幅度和频率,其中:幅度幅度幅度幅度-时间关系:示波器时间关系:示波器时间关系:示波器时间关系:示波器幅度幅度幅
2、度幅度-频率关系:频谱仪频率关系:频谱仪频率关系:频谱仪频率关系:频谱仪频率频率频率频率-时间关系:调制域分析仪时间关系:调制域分析仪时间关系:调制域分析仪时间关系:调制域分析仪第2页,共19页,编辑于2022年,星期六下图所示描述了同一信号在时域(下图所示描述了同一信号在时域(下图所示描述了同一信号在时域(下图所示描述了同一信号在时域(V-TV-TV-TV-T)、频域()、频域()、频域()、频域(V-FV-FV-FV-F)、调制域)、调制域)、调制域)、调制域(F-TF-TF-TF-T)的特性。)的特性。)的特性。)的特性。调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪能够能够能够能够完
3、成时间与频率关系测量的仪器完成时间与频率关系测量的仪器完成时间与频率关系测量的仪器完成时间与频率关系测量的仪器称为调制域分析仪。称为调制域分析仪。称为调制域分析仪。称为调制域分析仪。调制域调制域调制域调制域即指由频率轴即指由频率轴即指由频率轴即指由频率轴(F)(F)(F)(F)和时间轴和时间轴和时间轴和时间轴(T)(T)(T)(T)共同构成的平面域共同构成的平面域共同构成的平面域共同构成的平面域调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。4
4、.9.1 4.9.1 调制域测量调制域测量第3页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.1 4.9.1 调制域测量调制域测量1 1)什么是调制域测量?)什么是调制域测量?时域与频域分析的局限性时域与频域分析的局限性一个实际的信号可以从时域和频域进行描述和分析,时域分析一个实际的信号可以从时域和频域进行描述和分析,时域分析一个实际的信号可以从时域和频域进行描述和分析,时域分析一个实际的信号可以从时域和频域进行描述和分析,时域分析可以了解信号波形(幅值)随时间的直观变化;频域分析则可可以了解信号波形(幅值)随时间的直观变化;频域分析则可可以了解信号波形(幅值)随时间的直观变化;频域分析则可可以
5、了解信号波形(幅值)随时间的直观变化;频域分析则可以了解信号中所含频谱分量,但是,却不能把握以了解信号中所含频谱分量,但是,却不能把握以了解信号中所含频谱分量,但是,却不能把握以了解信号中所含频谱分量,但是,却不能把握各频谱分量在各频谱分量在各频谱分量在各频谱分量在何时出现何时出现何时出现何时出现。调制域概念调制域概念在通信等领域中,各种复杂的在通信等领域中,各种复杂的在通信等领域中,各种复杂的在通信等领域中,各种复杂的调制信号调制信号调制信号调制信号越来越多地被人们使用,因越来越多地被人们使用,因越来越多地被人们使用,因越来越多地被人们使用,因而,常常需要而,常常需要而,常常需要而,常常需要
6、了解信号频率随时间的变化,以便对调制信号等进行有了解信号频率随时间的变化,以便对调制信号等进行有了解信号频率随时间的变化,以便对调制信号等进行有了解信号频率随时间的变化,以便对调制信号等进行有效分析效分析效分析效分析即即即即调制域分析调制域分析调制域分析调制域分析。调制域调制域调制域调制域即指由频率轴即指由频率轴即指由频率轴即指由频率轴(F)(F)(F)(F)和时间轴和时间轴和时间轴和时间轴(T)(T)(T)(T)共同构成的平面域共同构成的平面域共同构成的平面域共同构成的平面域。第4页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.1 4.9.1 调制域测量调制域测量2 2)为什么要进行调制域测量
7、?)为什么要进行调制域测量?在在通通信信等等领领域域中中,各各种种复复杂杂的的调调制制信信号号越越来来越越多多地地被被人人们们使使用用,因因而而,常常常常需需要要了了解解信信号号频频率率随随时时间间的的变变化化,以以便便对对调调制制信信号号等等进进行行有有效效分分析析即即调制域分析调制域分析。方方方方便便便便地地地地表表表表达达达达出出出出频频频频域域域域和和和和时时时时域域域域中中中中难难难难以以以以描描描描述述述述的的的的信信信信号号号号参参参参数数数数和和和和信信信信号号号号特特特特性性性性。为为为为人人人人们们们们对对对对复复复复杂杂杂杂信信信信号号号号的的的的测测测测试试试试和和和和
8、分分分分析析析析提提提提供供供供了了了了方方方方便便便便直直直直观观观观的的的的方方方方法法法法,解解解解决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。第5页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理1 1)瞬时频率测量原理)瞬时频率测量原理瞬时频率的概念瞬时频率的概念信号频率随时间的变化,可将频率量视为时间信号频率随时间的变化,可将频率量视为时间信号频率随时间的变化,可将频率量视为时间信号频
9、率随时间的变化,可将频率量视为时间t t的连续函数,用的连续函数,用的连续函数,用的连续函数,用f(t)f(t)表示。表示。表示。表示。f(t)f(t)也代表了时间也代表了时间也代表了时间也代表了时间t t时的时的时的时的瞬时频率瞬时频率瞬时频率瞬时频率。平均频率平均频率实际上,由于测量上的困难,瞬时频率只是一种理论上的概实际上,由于测量上的困难,瞬时频率只是一种理论上的概实际上,由于测量上的困难,瞬时频率只是一种理论上的概实际上,由于测量上的困难,瞬时频率只是一种理论上的概念。因为所有测量都需要一定的采样时间(闸门时间),测念。因为所有测量都需要一定的采样时间(闸门时间),测念。因为所有测量
10、都需要一定的采样时间(闸门时间),测念。因为所有测量都需要一定的采样时间(闸门时间),测量结果则为该量结果则为该量结果则为该量结果则为该采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率。用用平均频率逼近瞬时频率平均频率逼近瞬时频率在在在在时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻t t0 0为起始点,连续地对被测信号进行采为起始点,连续地对被测信号进行采为起始点,连续地对被测信号进行采为起始点,连续地对被测信号进行采样,则:样,则:样,则:样,则:第6页,共19页,编辑于2022年,星期六各采样计数值各采样计数值各采样计数值各采样计
11、数值MMi i与相应时间点与相应时间点与相应时间点与相应时间点t ti i相对应相对应相对应相对应。则可得到。则可得到。则可得到。则可得到采样时间内的平均采样时间内的平均采样时间内的平均采样时间内的平均频率值。当频率值。当频率值。当频率值。当时间趋于无限小时即可得到各时间点的瞬时频率值时间趋于无限小时即可得到各时间点的瞬时频率值时间趋于无限小时即可得到各时间点的瞬时频率值时间趋于无限小时即可得到各时间点的瞬时频率值。如下图所示,采样点如下图所示,采样点如下图所示,采样点如下图所示,采样点A A A A作为时间起始点作为时间起始点作为时间起始点作为时间起始点t t t t0 0 0 0,则:,则
12、:,则:,则:在采样点在采样点在采样点在采样点B B B B得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值M M M M1 1 1 1和时间标记:和时间标记:和时间标记:和时间标记:(T (T (T (T0 0 0 0为时标为时标为时标为时标)在采样点在采样点在采样点在采样点C C C C得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值M M M M2 2 2 2和时间标记:和时间标记:和时间标记:和时间标记:于是,于是,于是,于是,B B B B点的频率为:点的频率为:点的频率为:点的频率为:同理,同理,同理,同理,C C C C点的频率为点的频率为点的频率为点的频率为 如
13、此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了时频曲线时频曲线时频曲线时频曲线。4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理第7页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理2 2)无间隙计数器的实现)无间隙计数器的实现无间隙计数器无间隙计数器通用计数器的频率测量,其前后两次闸门之间必然存在一段间隙时间通用计数器的频率测量,其前后两次闸门之间必然存在一段间隙时间通用计数器的频率测量,其前后两次闸门之间必然存在一段间隙时间通用计数器的频率测量,其前后两次闸门之间必然存在一段间隙时间
14、(显示、存储、下一次测量准备),使有用信息被丢失,导致时(显示、存储、下一次测量准备),使有用信息被丢失,导致时(显示、存储、下一次测量准备),使有用信息被丢失,导致时(显示、存储、下一次测量准备),使有用信息被丢失,导致时间轴上的不连续性。为此,就要使用间轴上的不连续性。为此,就要使用间轴上的不连续性。为此,就要使用间轴上的不连续性。为此,就要使用无间隙计数器方案无间隙计数器方案无间隙计数器方案无间隙计数器方案。实现原理实现原理使用两组计数器使用两组计数器使用两组计数器使用两组计数器交替工作交替工作交替工作交替工作,每一组都包括,每一组都包括,每一组都包括,每一组都包括时间计数器时间计数器时
15、间计数器时间计数器(对时标(对时标(对时标(对时标T T T T0 0 0 0)和)和)和)和事件计数器事件计数器事件计数器事件计数器。当一组计数器工作时,另一组计数器进行数据的。当一组计数器工作时,另一组计数器进行数据的。当一组计数器工作时,另一组计数器进行数据的。当一组计数器工作时,另一组计数器进行数据的显示等工作。显示等工作。显示等工作。显示等工作。如此往复交替,完成时间轴上无间隙的测量。如此往复交替,完成时间轴上无间隙的测量。如此往复交替,完成时间轴上无间隙的测量。如此往复交替,完成时间轴上无间隙的测量。第8页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频
16、测量原理u u工作原理波形图工作原理波形图工作原理波形图工作原理波形图第9页,共19页,编辑于2022年,星期六原理框图原理框图4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理第10页,共19页,编辑于2022年,星期六4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理3 3)提高测量速度与分辨力的方法)提高测量速度与分辨力的方法采用同步和内插技术提高分辨力采用同步和内插技术提高分辨力两两两两组组组组基基基基本本本本计计计计数数数数器器器器均均均均采采采采用用用用双双双双计计计计数数数数器器器器(事事事事件件件件计计计计数数数数器器器器和和和和时时时时间间间间计计计计数数数数器器器器)且且且且闸
17、闸闸闸门门门门由由由由输输输输入入入入信号同步,同时采用内插技术进一步提高分辨力。信号同步,同时采用内插技术进一步提高分辨力。信号同步,同时采用内插技术进一步提高分辨力。信号同步,同时采用内插技术进一步提高分辨力。最小采样时间最小采样时间两两两两组组组组计计计计数数数数器器器器交交交交替替替替计计计计数数数数,即即即即当当当当一一一一组组组组计计计计数数数数器器器器在在在在采采采采样样样样计计计计数数数数时时时时,另另另另一一一一组组组组基基基基本本本本计计计计数数数数器器器器正正正正在在在在进进进进行行行行内内内内插插插插、读读读读数数数数、清清清清零零零零等等等等操操操操作作作作,因因因因
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