MDO4000混合域示波器結(jié)構(gòu)解密（下）
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圖A1描繪了一系列時(shí)域樣點(diǎn)。例如，在對(duì)圖A1中的第二個(gè)幀應(yīng)用DFT處理時(shí)，將對(duì)信號(hào)進(jìn)行周期性擴(kuò)展。多個(gè)連續(xù)幀之間一般會(huì)發(fā)生不連續(xù)點(diǎn)，如圖A2所示。
圖A1/A2. 被采樣的時(shí)域信號(hào)的三個(gè)幀(a)和一個(gè)幀中定期擴(kuò)展樣點(diǎn)導(dǎo)致的不連續(xù)點(diǎn)(b)。
這些假信號(hào)不連續(xù)點(diǎn)生成原始信號(hào)中不存在的頻譜假信號(hào)。這一效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的不準(zhǔn)確表示結(jié)果，稱為頻譜泄漏。頻譜泄漏不僅在輸入中產(chǎn)生輸入中不存在的信號(hào)，還會(huì)降低附近有大信號(hào)時(shí)觀察小信號(hào)的能力。
MDO4000系列頻譜分析儀功能應(yīng)用窗口技術(shù)，降低頻譜泄漏的影響。在執(zhí)行DFT之前，先逐個(gè)樣點(diǎn)以相同長(zhǎng)度把DFT幀乘以窗口函數(shù)。窗口函數(shù)通常呈鐘形，減少或消除了DFT幀尾的不連續(xù)點(diǎn)。
窗口函數(shù)的選擇取決于頻響特點(diǎn)，如邊瓣電平、等效噪聲帶寬和幅度誤差。窗口形狀還決定著有效的RBW分辨率帶寬濾波。
與其它頻譜分析儀一樣，MDO混合域示波器允許用戶選擇RBW分辨率帶寬濾波器。MDO混合域示波器還允許用戶在多個(gè)常用窗口類型之間進(jìn)行選擇。它增加了直接指定窗口形狀的靈活能力，用戶可以優(yōu)化特定測(cè)量。例如，應(yīng)特別注意脈沖或瞬態(tài)RF信號(hào)的頻譜分析。表A1就不同的窗口函數(shù)的使用提供了部分建議。
窗口 | 窗口因數(shù) | 最佳使用狀態(tài) |
Kaiser (Default) | 2.23 | 邊瓣電平與形狀因數(shù)與傳統(tǒng)的高斯RBW最接近 |
Rectangular | 0.89 | 用來(lái)測(cè)量射頻脈沖，信號(hào)電平在信號(hào)出現(xiàn)前后之乎一致 |
Hamming | 1.3 | 用來(lái)測(cè)量正弦，周期性的，或窄帶隨機(jī)噪聲，信號(hào)電平在信號(hào)出現(xiàn)前后明顯不同 |
Hanning | 1.44 | 用來(lái)測(cè)量幅度（頻率測(cè)量準(zhǔn)確性要稍差），瞬態(tài)或脈沖信號(hào)電平出現(xiàn)前后明顯不同 |
Blackman-Harris | 1.9 | 用來(lái)測(cè)量多頻率點(diǎn)的幅度，尤其單頻率波形中查找高階諧波 |
Flat-Top | 3.77 | 用來(lái)測(cè)量幅度，信號(hào)出現(xiàn)在接近時(shí)域數(shù)據(jù)幀開(kāi)始或結(jié)束的時(shí)刻點(diǎn)上，頻率測(cè)量準(zhǔn)確性差 |
表A1 MDO4000上所提供的FFT窗口選項(xiàng)
窗口函數(shù)的頻響幅度決定著RBW分辨率帶寬形狀。例如，MDO混合域示波器上的RBW分辨率帶寬定義為3 dB帶寬，與DFT中采樣頻率和樣點(diǎn)數(shù)的相對(duì)關(guān)系如下：
其中k是與窗口有關(guān)的系數(shù)，N是DFT計(jì)算中使用的時(shí)域樣點(diǎn)數(shù)，F(xiàn)s是采樣頻率。對(duì)Kaiser窗口，k約為2.23。RBW分辨率帶寬形狀因數(shù)定義為60 dB和3 dB時(shí)的頻譜幅度的頻率比，約為4:1。在MDO混合域示波器上，頻譜分析測(cè)量使用公式2，根據(jù)輸入跨度和RBW設(shè)置計(jì)算DFT要求的樣點(diǎn)數(shù)量。
A3和圖A4顯示了MDO混合域示波器頻譜分析中使用的Kaiser窗口的時(shí)域和頻譜。這是MDO4000混合域示波器在頻譜分析中使用的默認(rèn)窗口。
圖A3：時(shí)域中的Kaiser窗口，水平軸是時(shí)域采樣點(diǎn)，縱軸是線性尺度
圖A4：頻域中的Kaiser窗口，水平軸是頻率二元組（Fs/N），縱軸是dB
圖A5中的跳頻信號(hào)實(shí)例說(shuō)明了不同的窗口怎樣影響隨時(shí)間變化的信號(hào)的頻譜表示。在使用默認(rèn)的Kaiser窗口時(shí)，與這一采集有關(guān)的頻譜時(shí)間為1.12 ms。頻率隨時(shí)間變化畫面顯示了在跳頻大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，頻譜時(shí)間以三個(gè)跳頻順序的中間頻率為中心。上方頻率和下方頻率“開(kāi)點(diǎn)頻率”周期相關(guān)的時(shí)間大體相等，圖A3中描述的窗口函數(shù)顯示，采集開(kāi)頭和邊緣附近的時(shí)間樣點(diǎn)水平下降，因?yàn)榇翱诤瘮?shù)在采集中心使用的樣點(diǎn)呈高斯分布?？匆幌骂l域畫面中四個(gè)峰值的幅度(中心頻率、高頻、低頻和最大過(guò)沖峰值)，中心峰值超過(guò)其它信號(hào)近30 dB。
圖A5. 2 kHz RBW時(shí)的Kaiser窗口。
在圖A6中，現(xiàn)在選擇的窗口類型是矩形。由于矩形窗口的窗口函數(shù)不同于Kaiser窗口，RBW變成了750 Hz，因此頻譜時(shí)間與上一個(gè)實(shí)例中的采集時(shí)間大體相等。
頻譜時(shí)間再次與三個(gè)跳頻順序中相同的點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，但頻譜表示有很大的差別。
圖A6. 750 Hz RBW時(shí)的矩形窗口
由于矩形窗口函數(shù)基本上在采集時(shí)間中不濾波時(shí)間樣點(diǎn)，且在三個(gè)頻率每個(gè)頻率上的駐留時(shí)間大體相等，因此采用矩形窗口的頻譜顯示三個(gè)峰值信號(hào)的頻譜幅度大體相等。
用戶還可以選擇其它窗口(如Blackman-Harris、矩形、Hanning)，滿足特殊的測(cè)量要求，在執(zhí)行儀器中提供的部分測(cè)量時(shí)，儀器也可以使用這些窗口。
評(píng)論