0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

信号的时域和频域测试介绍

罗德与施瓦茨中国 来源:罗德与施瓦茨中国 2025-01-28 16:03 次阅读

492cfc3a-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

时域和频域概念

信号的特征不仅仅与时间有关,还和频率、相位等有关。用来对信号分析的不同视角称为域,时域(Time Domain)分析和频域(Frequency Domain)分析是信号分析的基本方法,它们从不同的角度描述信号的特性。时域是最直观的信号分析方式,是信号在时间轴随时间变化的总体概括,将信号的所有频率分量相加并显示,它直接反映了信号随时间的变化情况,能够提供信号的实时信息,适用于对信号的瞬时特性进行观察和分析。频域是分析和观察信号包含的频率成分,能够提供信号在不同频率上的幅度信息,适用于信号处理、通信和图像处理等。下图为时域和频域分析的示意图。

4940e5ba-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图一 信号分析的时域和频域分析

时域和频域之间存在密切的联系,通过傅里叶变换可以将时域信号x(t)转换为频域信号F(f),通过傅里叶逆变换可以将频域信号F(f)转化为时域信号x(t)。

4953556a-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图二 时频域转换--傅里叶变换和傅里叶逆变换

理想的单载波信号在时域和频域的测量结果如下图所示,时域观察到的是信号电压随时间的变化情况,显示的是正弦波波形(图中左边);频域观察到的是信号功率在不同频率上的分布情况,显示的是在某一频率(正弦波周期的倒数)的功率(图中右边)。

4956fa12-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图三 理想单音信号的时域和频域分析

4967d40e-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

时域和频域测试

01

时域测试

时域测试通常使用示波器,示波器是能够显示信号电压(电流、压力、震动等)随时间变化的仪表,可显示波形形状,并能测量幅度、频率、相位等信息。示波器是电子工程师常用的仪表。

使用示波器测试单音信号的时域迹线(横轴时间,纵轴电压)如下图所示。

497f499a-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图四 示波器测试单音信号的时域

使用示波器测试TDD宽带调制信号的时域迹线如下图所示。

49972f60-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图五 示波器测试TDD宽带调制信号的时域

频谱分析仪也具有时域测试功能,R&S频谱分析仪的Zero Span和IQ Analyzer都可以做时域测试,能够观察到信号包络功率随时间的变化情况,但是观察不到信号波形的形状,这与示波器的时域(信号电压随时间变化)测试有差异。

频谱分析仪的Zero Span(Span=0,即起始频率等于终止频率),本地振荡器不做扫描,频谱仪显示的是横轴为时间,纵轴为包络功率的迹线,即为“包络功率vs时间”关系。使用频谱分析仪Zero Span测试单音信号的迹线如下图所示。

49b63888-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图六 频谱分析仪Zero Span测试单音信号

使用频谱分析仪Zero Span测试TDD宽带调制信号的迹线如下图所示。

49cb7c02-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图七 频谱分析仪Zero Span测试TDD宽带调制信号

频谱分析仪的IQ Analyzer功能,使用其ADC采集信号,对采集的IQ数据分析得到横轴时间,纵轴功率的时域迹线。使用频谱分析仪的IQ Analyzer测试单音信号的时域迹线如下图所示(图中上面是时域功率包络,下面是频域的频谱)。

49e048b2-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图八 频谱分析仪IQ Analyzer测试单音信号

使用频谱分析仪IQ Analyzer测试TDD宽带调制信号的迹线(图中上面是时域,下面是频域)如下图所示。

49eec900-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图九 频谱分析仪IQ Analyzer测试TDD宽带调制信号

频谱分析仪的时域测试显示的是信号的包络功率与时间的关系,可作为观察信号的时域周期是否与预期一致,是非常简单的时域测试功能,没有时域测试的各种应用(如上升时间、下降时间、周期等,需要手动分析);示波器的时域测试功能非常专业,具有各种时域测试应用,可以显示信号波形的时域结果(如上升时间、下降时间、周期、频率、脉宽、占空比、延迟、相位、建立/保持时间等)。测试时,根据实际的测试需求,选择合适的仪表进行时域测试。

02

频域测试

频域测试通常使用频谱分析仪,使用频谱分析仪测试,能够显示信号的频率成分在不同频率下的功率幅度信息。频谱分析仪是射频工程师常用的仪表。

使用频谱分析仪测试单音信号的频谱迹线如下图所示。

4a080dac-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图十 频谱分析仪测试单音信号

使用频谱分析仪测试TDD宽带调制信号的频谱迹线,如下图所示。

4a1dfe96-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图十一 频谱分析仪测试TDD宽带调制信号

示波器也有频域测试功能,使用其采集的时域数据做快速傅里叶变换到频域,得到频谱结果,但是不能像频谱分析仪可以做很多的测试应用,比如ACLR、SEM、杂散以及Marker Function等。示波器做频域测试是使用宽带ADC采样,之后对数据进行FFT变换从时域转到频域,因此本底噪声较大,从而动态范围小;而频谱分析仪是超外差下变频到中频窄带接收机,本底噪声小,动态范围大。

使用示波器频域(FFT)测试单音信号的频谱迹线如下图所示。

4a29a732-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图十二 示波器测试单音信号的时域(上面)和频域(下面)

使用示波器时域和频域(FFT)测试TDD宽带调制信号的迹线,如下图所示。

4a505e54-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

图十三 示波器测试TDD宽带调制信号的时域(上面)和频域(下面)

示波器的FFT频谱功能是使用傅里叶变换把信号从时域转变成频域,具备时域和频域联合分析的能力,但是示波器相较于高性能的频谱分析仪,其动态范围和精度有限;另外,具有的频谱测量功能也有限(有峰值标记、通道功率、占有带宽、谐波失真等)。同样地,测试时,根据实际的测试需求,选择合适的仪表进行频域测试。

结 语

频谱分析仪和示波器都具有时域和频域测试的能力,但两者的原理和功能应用都是有差异的,频谱分析仪和示波器在时域和频域测试对比如下:

4a715b4a-cf10-11ef-9310-92fbcf53809c.png

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 信号
    +关注

    关注

    11

    文章

    2804

    浏览量

    77066
  • 时域
    +关注

    关注

    1

    文章

    72

    浏览量

    28576
  • 频域
    +关注

    关注

    1

    文章

    89

    浏览量

    26333

原文标题:【实践分享】| 了解信号的时域和频域测试

文章出处:【微信号:罗德与施瓦茨中国,微信公众号:罗德与施瓦茨中国】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    相关推荐

    EMC中时域频域的简介

    根据大学里学到的知识,我们可以清楚的知道任何信号都可以通过傅里叶变换建立其时域频域的关系,这也是连接时域频域的桥梁
    发表于 06-08 11:48 2144次阅读
    EMC中<b class='flag-5'>时域</b>和<b class='flag-5'>频域</b>的简介

    什么是时域频域?从频域逆变换到时域介绍

    用来分析信号的不同视角称为域,常用的是时域频域两种。
    的头像 发表于 11-03 09:28 2.1w次阅读
    什么是<b class='flag-5'>时域</b>与<b class='flag-5'>频域</b>?从<b class='flag-5'>频域</b>逆变换到<b class='flag-5'>时域</b><b class='flag-5'>介绍</b>

    一文详解频域时域的关系

    频域时域分析是分析信号的基本方法,是从不同的角度来描述信号的特性。信号的特性可以在时域上和频率
    的头像 发表于 01-03 10:16 6712次阅读
    一文详解<b class='flag-5'>频域</b>和<b class='flag-5'>时域</b>的关系

    怎样快速将时域信号变为频域信号

    LABVIEW中怎样快速将时域信号变为频域信号
    发表于 08-17 18:11

    什么是时域频域

    看明白了下图,就可以了解为什么既要做时域分析,也要做频域分析了。 简单总结下,时域频域的关系如下:时域
    发表于 07-25 07:32

    信号与系统——时域频域分析及MATLAB软件的应用

    信号与系统——时域频域分析及MATLAB软件的应用 好东西哦。网上搜集,希望对你有用。
    发表于 12-17 12:47 236次下载

    时域频域的概念及关系

    本内容讲解了时域频域的概念,时域频域的关系,时域采样与频域采样的原理
    发表于 12-19 14:25 1.1w次阅读
    <b class='flag-5'>时域</b>和<b class='flag-5'>频域</b>的概念及关系

    基于MATLAB的时域频域抽样计算

    MATLAB应用范围广,包括信号和图像处理,通讯、控制系统设计、测试和测量等众多应用领域,是众多领域不可获缺的工具。本文基于MATLAB,对指数、序列信号进行不同频率的时域
    发表于 08-31 08:41 7次下载
    基于MATLAB的<b class='flag-5'>时域</b>和<b class='flag-5'>频域</b>抽样计算

    信号基础:频域时域、FFT和加窗

    学习信号时域频域、快速傅立叶变换(FFT)、加窗,以及如何通过这些操作来加深对信号的认识。
    的头像 发表于 04-11 14:02 3178次阅读

    如何对时域信号频域DFT线性度分析

    如何对一个时域信号(比如ADC输出、一个采样保持电路的输出)做频域DFT线性度分析?
    的头像 发表于 05-23 17:17 2387次阅读
    如何对<b class='flag-5'>时域</b><b class='flag-5'>信号</b>做<b class='flag-5'>频域</b>DFT线性度分析

    如何将频域时域建立联系方便的分析解决信号完整性问题?

    时域是真实存在的域,频域只是一个数学构造,但频域对我们分析解决信号完整性问题非常重要。那么如何将频域
    的头像 发表于 06-14 10:20 1709次阅读
    如何将<b class='flag-5'>频域</b>和<b class='flag-5'>时域</b>建立联系方便的分析解决<b class='flag-5'>信号</b>完整性问题?

    时域频域测量技术介绍

    电子发烧友网站提供《时域频域测量技术介绍.pdf》资料免费下载
    发表于 11-27 11:49 3次下载
    <b class='flag-5'>时域</b>和<b class='flag-5'>频域</b>测量技术<b class='flag-5'>介绍</b>

    深度解析频域时域的关系

    谈到频域时域关系,我们先从信号的基本分析方法讲起。传统上对无线、有线通讯信号的分析方法从三个域上划分:时域
    发表于 01-04 09:49 1639次阅读
    深度解析<b class='flag-5'>频域</b>和<b class='flag-5'>时域</b>的关系

    什么是频域分析?频域时域有什么关系?

    什么是频域分析?频域时域有什么关系? 频域分析是一种用于分析信号的方法,它将信号
    的头像 发表于 02-03 17:19 4150次阅读

    信号分析:搞懂时域频域的关系

    谈到频域时域关系,我们先从信号的基本分析方法讲起。传统上对无线、有线通讯信号的分析方法从三个域上划分:时域
    发表于 04-28 15:09 1830次阅读
    <b class='flag-5'>信号</b>分析:搞懂<b class='flag-5'>时域</b>与<b class='flag-5'>频域</b>的关系