频谱分析仪时域应用介绍
阿里巴巴 2022-11-24
      频谱仪一般是一种非时域工具,主要描述信号在频域上的变化(用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量),在时域上使用得并不广泛。不过,RIGOL DSA1000系列频谱仪提供的上位机应用工具Ultra Spectrum可以支持这方面的应用。

  频谱仪时域应用与分析是建立在频谱数据在时间域上存储(频谱数据+时间信息)形成的数据集基础之上的,通过对该数据集的分析可以得出相关测量结论。下面将结合这一工具来解决分析被测件异常信号(隐含信号)的问题。

  频谱仪时域应用与分析:捕获隐含信号

  有应用价值的信号(例如通讯领域使用的信号)一般都是周期性信号,信号发生的过程携带着时间信息。RIGOL DSA1000系列频谱仪提供上位机应用工具Ultra Spectrum,该工具就是以记录频谱数据以及该频域数据产生的时间数据(以瀑布图形式表现)为分析对象而展开分析应用。

图1:可疑信号D1。

  通过图1(或图2)可以清楚地看到频谱数据在不同时间的变化特点。除了图像上看到的“视觉变化外还可以通过配合纵轴上的数据得出“变化趋势的可计量值(拟合出的信号随时间变化的曲线,曲线上读值)。下面开始借助这一工具分析异常信号(隐含信号)。

《电子系统设计》

图2:可疑信号D2和D3。

  图1(或图2)中的瀑布图横坐标为频率,纵坐标为采集时间(这里未显示),颜色域表示频谱强度。中间的横向红线为标记线(用来标记查看特定时刻的某一条频谱轨迹)。可以看到,该图显示的是当前从仪器(DSA1020)获取的一段时间内频谱数据的累加数据,红色区域(非横向标记线)为主信号区域(由于该信号带宽很小,因此在瀑布图中表现为纵向“红线),其左右为两个有效信号。这三个信号形成的“田垄较平坦说明该部分信号稳定。而在主信号左侧隐约出现三个信号形成的“田垄(矩形框标记位置),这些信号就是可疑信号(从右向左依次命名为D1-Distrustful1、D2-Distrustful2、D3-Distrustful3)。图3是通过示波器采集到的时域信号(与频谱仪测量的为同一信号),显示的是一个较稳定正弦波。通过观察图3很难发现该信号出现的问题。

  将标记线移到异常出现位置(选择该异常数据),该谱线如图1所示,可以发现在图1中主信号的左侧出现一信号D1。

  观察图1可以发现该信号“时隐时现有一定规律性(该规律性可通过记录的时间推算出)。通过读值发现D1信号出现规律为(设定存储的第一个数据编号为0):

  依照上表可以大致地推算出该信号的出现周期约为38.8s(25.5+13.3),该被测件存在一个周期性叠加信号,信号周期约为38.8s(0.0257Hz)。

  观察图2可以发现,D2、D3信号很难在一般的二维频谱显示中发现其特征(图2下二维坐标系中,在该坐标系中D2、D3可能被认为是底噪部分),但在瀑布图中因为较稳定会出现“田垄所以较明显,进而可以发现该信号一些“隐性特征。

  图1和图2简单介绍了通过对图形的初步分析研究信号特征的方法(观察到一个周期信号D1,以及两个不易察觉的信号D2、D3)。下面就可以依据这里得到的参数,例如D1的出现周期,D2、D3的频率值作为线索来分析被测件的问题。

  D1、D2、D3在示波器这种时域工具上是不可能被发现的,更不要说去分析了。通过前面的介绍可以发现,由于引入了频域数据基于时域存储的概念可以使我们得到更多的数据信息。

《电子系统设计》

图3:该信号在在示波器下(RIGOLDS1204B屏幕抓图)。

  Ultra Spectrum通过对数据DSA1000系列频谱仪产生的数据进行处理完成了频谱仪的时域应用与分析,无需对原有频谱仪器做任何修改,仅通过获取其产生的原始数据稍加变化就增强了原有频谱仪的功能,本文仅简单介绍了发现捕获可疑信号分析可以信号的例子,如果配合其它仪器数据使用还可以广泛拓展该应用(例如,根据时域信息进行温度数据的存储即可以时间信息为“桥梁建立起频域与温度之间的关系)。RIGOL DSA1000系列是一款低端频谱仪,它具有低廉的价格和丰富的本机功能,Ultra Spectrum作为其上位机对其进行了更多功能性的扩展,使这一套频谱测量工具的功能更加强大易用。

《电子系统设计》

  表1:D1信号出现规律统计。

  需要说明的是,DSA1000系列频谱分析仪具有完备的开放式命令集系统以及丰富的仪器控制接口(LAN USB-TMC),Ultra Spectrum就是基于此开发的。用户的各种应用是Ultra Spectrum不可能穷举的,但是以前文提到的DSA1000的本机性能为基础,用户可以依据自身情况选择一种编程工具(LabVIEW、MATLAB、C#、Java等),并根据自己的需求来开发自己的工具。

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