Существует два метода для выполнения измерений в частотной области сигнала (в совокупности называемых спектральным анализом).

1. Анализатор спектра БПФ обрабатывает численно сигнал в течение определенного периода времени и предоставляет информацию о частоте, амплитуде и фазе. Этот прибор также может анализировать периодические и непериодические сигналы. Анализатор спектра FFT характеризуется высокой скоростью работы и точностью. Полоса пропускания частот ограничена частотой дискретизации АЦП. Таким образом, анализатор спектра FFT подходит для анализа сигналов с узкой полосой пропускания.

2. Анализатор спектра развертки используется для анализа стабильных и периодических сигналов и предоставления информации об амплитуде и частоте сигнала. Анализатор спектра этого типа подходит для быстрых широкополосных тестов.

В этой статье мы представим некоторые базовые знания об анализаторе спектра БПФ и анализаторе спектра развертки в другой статье.

Обзор

БПФ - это сокращение от быстрого преобразования Фурье. Быстрое преобразование Фурье предназначено для вычисления частотного спектра сигнала во временной области. Сигнал должен быть оцифрован во временной области, а затем выполняется алгоритм БПФ для получения спектра.

Структура

1.  Входной сигнал сначала проходит через регулируемый аттенюатор, чтобы обеспечить надлежащий диапазон амплитуды
2.  Сигнал проходит через фильтр нижних частот для удаления нежелательных высокочастотных составляющих из частотного диапазона прибора.
3.  Дискретизация формы сигнала - это аналого-цифровое преобразование, преобразуемое в цифровую форму
4.  Данные сохраняются в оперативной памяти
5.  Микропроцессор (или другие цифровые схемы, такие как FPGA, DSP) принимает выборочную форму сигнала, затем вычисляет с помощью алгоритма БПФ для получения спектра
6.  Выведите результат на экран.

Преимущество анализатора спектра БПФ

Анализаторы спектра с БПФ выполняют те же функции, что и многоканальные фильтры, без большого количества полосовых фильтров. Анализатор спектра FFT использует цифровую обработку сигналов для достижения эквивалентной функции нескольких независимых фильтров. Концептуально метод БПФ довольно прост: оцифруйте сигнал и вычислите спектр.

Тем не менее, для проведения значимого измерения необходимо учитывать множество факторов.

Предел анализатора спектра БПФ

Суть БПФ заключается в преобразовании основной полосы частот, другими словами, частотный диапазон БПФ всегда начинается с 0 Гц и расширяется до некоторой самой высокой частоты. Это было бы существенным ограничением для анализа сигнала в более узкой полосе частот (не начинающегося с постоянного тока).

Как улучшить?

Одним из способов увеличить частотное разрешение является увеличение числа точек выборки N, что также увеличивает выходные точки БПФ. Однако это также увеличит размер массива, который необходимо обработать FFT, и в результате увеличится время вычисления. Вычислительное время алгоритма БПФ часто ограничивает производительность прибора (например, частоту обновления экрана), поэтому часто желательно увеличить длину БПФ.

Другой подход заключается в использовании цифрового понижающего преобразователя для цифрового понижающего преобразования сигнала с ограниченной полосой пропускания, что эффективно снижает частоту дискретизации и улучшает частотное разрешение. Структура показана ниже:

1.  Выходной сигнал АЦП умножается на цифровую синусоиду. Используйте цифровой микшер для понижающего преобразования цифровой синусоидальной волны
2.  Цифровому фильтру устанавливается соответствующий коэффициент фильтрации для получения соответствующего интервала частот. Эта полоса пропускания может быть достаточно узкой, чтобы создать интервал частот до 1 Гц. Это означает, что частотное разрешение может достигать 1 Гц.