「万物云联网」微波和微波信号的分析方法介绍( 三 )
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图5. 交流信号的时域和频域表示
显然 ， 只有当时域和频域信号组合起来才能提供执行全面交流分析所需的所有数据 。当诸如调制等其他影响发挥作用时 ， 这一点就变得更加深刻 。因此 ， 微波工程师应该在两种信号世界都感到舒适 ， 因为时域和频域在某种程度上是合作的兄弟姐妹 ， 以实现强大的交流信号分析 。在现代测量设备中实施这种分析方法不是一种妥协 ， 而是执行交流信号测量的关键促成因素 。在接下来的文章中 ， 我们将重点讨论频域设备表征的测量技术 ， 并使用线性网络理论在传输系统中使用网络分析仪进行测量 。
I.2 信号的频率域分析
实现微波频率范围频谱分析仪的传统方法是图6所示的扫频中频接收机结构 。类似于无线电接收机 ， 频谱分析仪自动调谐在感兴趣的波段 。频谱分析仪(SA)基本上是一种扫描窄带超外差接收机 。射频输入信号传递给衰减器 ， 用于适当调整输入功率电平 ， 防止混频器过度驱动而过载 。在混频器之前引入一个低通滤波步骤 ， 以从输入信号中切断镜像频率 。混频器输入处的射频信号通过可变的本地振荡器(LO)频率向下转换为中频(I F) 。扫描发生器为LO产生所需的频率斜坡 ， 并驱动分析器显示屏上的水平频率轴 。
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图6、简化的频谱分析仪的体系结构
下转换信号的电平由IF放大器调整 ， 并由可变I F带通滤波器滤波 ， 该滤波器决定频谱分析仪的分辨率带宽(RBW) 。一个对数放大器跟随 ， 在功率检测器处捕获射频信号的包络 。 检测器输出通过低通滤波器引导 ， 也称为视频滤波器 ， 它在显示信号之前平滑信号 。从到目前为止关于频域分析的讨论中 ， 我们了解到 ， 通过使用频谱分析仪 ， 我们可以量化信号功率是如何在频率上分布的 ， 但我们缺乏关于信号相位的信息 。稍后 ， 当我们引入网络分析仪测量时 ， 我们将讨论一种可供选择的不同于频域的分析方法 ， 该分析可以产生幅度和相位信息 。
I.3 时域分析
正如前面章节所讨论的 ， 时域分析是频域分析的兄弟 ， 对理解交流信号关系有很大的贡献 。捕获时变信号的最全面的方法是使用示波器 ， 如图7所示 。在微波时域分析的早期 ， 示波器是利用阴极射线管和模拟电路捕获时域信号的模拟仪器 。随着数字电路技术的发展 ， 模数转换(A/D)和数字信号处理占主导地位 。然而 ， 如何捕获时变信号并在显示器上分析它们的基本原则今天仍然有效 。我们将在这里简要介绍模拟示波器的工作原理 ， 以便对时域分析概念提供第一印象 。
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图7、简化的示波器结构
示波器输入的信号激发输入放大器 ， 直接驱动射线管的阴极 ， 并在荧光屏上引起垂直位移 。输入信号的一部分也被馈送到触发电路 ， 触发电路是比较器 ， 每次比较器检测到触发事件时产生电压爬坡 。
电压坡道用于驱动负责水平清扫的射线管的阴极 。扫描后 ， 斜坡生成器返回其初始状态并等待下一个触发事件 。水平扫描以恒定的速率进行 ， 并转化为时间变量 ， 而垂直位移表示瞬时信号振幅 。
I.4 总结
【「万物云联网」微波和微波信号的分析方法介绍】综上所述 ， 时至今日 ， 我们仍可以保留微波的基本定义及其在上个世纪见证的技术进化中的应用 。微波技术克服了作为军事应用的一种特殊技术的最初的严格障碍 ， 并在我们今天所知道的电信和电子的发展中作出了巨大贡献 。我们介绍了信号分析的两个基本领域 ， 即频域和时域分析 ， 它们是互补的 ， 可以被认为是信号分析理论的两个兄弟姐妹 。了解交流信号分析的一些基本原理 ， 使我们能够开始一段更全面的微波旅程 ， 称为射频和微波器件表征 ， 特别是晶片器件表征 。在即将到来的文章中 ， 我们将重点讨论使用网络分析仪作为小信号测量的主要仪器的频域测量方法 。
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