從時域到頻域-換個角度看世界

對于大多數(shù)電子工程師來說，時域的信號是非常直觀和容易理解的，因為時域是一個真實世界，是實際存在的域。我們所有的經(jīng)歷都是在時域中發(fā)展和驗證，而且大家都已經(jīng)習(xí)慣了事件是按照時間先后順序發(fā)生的，并得到記錄保存。

鼎陽科技為廣大的電子工程師提供了一系列不同的示波器，用以對我們感興趣的時域信號進行捕獲、觀察、測量、分析和存檔。相信大家很容易就能夠理解示波器的基本工作原理并熟練掌握對示波器的使用和操作方法。但是，一個信號是否真的就像看起來那樣“純潔無瑕”、“完美無缺”呢？有時候用示波器是很難做到真實、定量分析的。一個肉眼看起來十分平滑的正弦波，里面有沒有諧波和非諧波分量？一個方波的拐角，為什么用示波器觀察總是沒辦法呈現(xiàn)出一個完美的直角？這些問題時常會困擾一些沒有接觸過頻譜分析儀的用戶朋友。而頻域，這個隱藏在時域背后的角色，似乎被蒙上了一層神秘的面紗，讓一些電子工程師很容易產(chǎn)生距離感。而且頻譜分析儀上各種帶寬、放大器、衰減器和濾波器等等概念，往往讓我們無從下手，很難得到一個正確的結(jié)果。鼎陽科技作為通用電子測試測量儀器的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，始終把高效、真實、準(zhǔn)確、方便、快捷作為我們設(shè)計產(chǎn)品的核心思想，SSA3000X Plus系列高性能頻譜分析儀和SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，正完美詮釋了以客戶為中心的產(chǎn)品理念，讓我們的頻譜測試變得非常簡單。

如下圖1所示，我們用一臺SDG6052X函數(shù)/任意波形發(fā)生器，一臺SDS5054X數(shù)字熒光示波器和一臺SVA1032X頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀搭建一個時域和頻域的對比演示系統(tǒng)。

圖1 時域VS頻域?qū)Ρ葴y試系統(tǒng)

我們將SDG6052X信號源的通道1和通道2分別用BNC電纜直接連接到SDS5054X示波器的通道1和SVA1032X頻譜儀的射頻輸入端；然后打開SDG6052X信號源的通道跟蹤功能，這樣，只需要對信號源通道1的參數(shù)進行設(shè)置，就可以使通道2輸出完全一樣的波形，從而確保示波器和頻譜儀同時接收到完全一樣的信號。

首先，設(shè)置信號源輸出一個1MHz的方波信號，用示波器的Auto Setup按鍵很容易就捕獲到一個標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，如圖2所示。我們的頻譜儀同樣設(shè)計有Auto Tune按鍵，簡單按下該按鍵，頻譜儀將會在全頻段內(nèi)自動搜索信號，并將頻率和幅度參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，一鍵實現(xiàn)信號搜索以及參數(shù)自動設(shè)置，很快就可以得到如圖3所示的一個1MHz基波信號。

圖2 示波器測得的1MHz方波信號

圖3 頻譜儀自動捕獲的1MHz基波信號

但是我們都知道，方波是一種包含豐富諧波分量的波形，這時我們只需要簡單的將頻譜儀的終止頻率設(shè)置的更大一點，比如設(shè)置成18MHz，就能完美呈現(xiàn)方波的部分諧波，如圖4所示。我們還可以利用頻譜儀的光標(biāo)列表功能，實時顯示各次諧波的頻率和幅度，如圖5所示。甚至，我們可以將終止頻率設(shè)置成100MHz，發(fā)現(xiàn)就算在近百次的諧波分量上，仍然具有接近40dBc（相對于基波）的幅度，這就充分說明了我們用示波器測試超過1MHz的方波信號時失真會比較大的原因，因為示波器本身的帶寬以及測試線纜的帶寬限制，過濾掉了方波信號的高次諧波分量。

圖4 終止頻率設(shè)置成18MHz后的1MHz方波頻譜

圖5 利用光標(biāo)列表顯示各個諧波的頻率和幅度

圖6 終止頻率設(shè)置成100MHz后的1MHz方波頻譜

接著，我們讓信號源輸出一個FM調(diào)頻信號，設(shè)置載波頻率為10MHz，頻偏為5MHz，調(diào)制頻率為200mHz。在示波器上可以捕捉到一個頻率不斷變化的正弦波信號，打開示波器的測量統(tǒng)計功能，可以準(zhǔn)確地測得最小頻率為5MHz，最大頻率為15MHz，如圖7所示。想要看FM信號在頻譜儀中的表現(xiàn)，只需要點擊頻譜儀的Auto Tune按鍵，就能夠快速的測得載波信號的頻譜，再打開信號源的調(diào)制開關(guān)，我們就能清晰看到一根從5MHz到15MHz來回往復(fù)的頻譜，來回一次的周期是5秒，如圖8、9、10所示。這讓我們能夠非常直觀的理解調(diào)頻信號各項指標(biāo)的含義：載波頻率-頻偏=輸出的最小頻率；載波頻率+頻偏=輸出的最大頻率；調(diào)制頻率的倒數(shù)為調(diào)制周期，就是完成一次頻率從最小變到最大，再回到最小頻率的時間。