频谱测量谐波的方法

工程应用程序不仅可以测量RF信号的谐波，而且有时还可以确定音频信号的总谐波失真（THD）. 射频信号可以是调制信号或连续波信号. 这些信号可以由漂移压控振荡器（VCO）或稳定的锁相振荡器或合成器生成. 现代频谱可以使用本文介绍的方法进行这些测量. 本文还将讨论如何确定分析设备或被测设备（DUT）中是否产生谐波，针对不同类型信号的最佳测量方法以及对数平均值，电压单位和均方根（ms）的使用计算.

我们在这里处理的所有信号均假定为周期性信号，即它们的电压随时间重复变化. 傅立叶变换分析可以将任何重复的信号表示为几个正弦波的总和. 为特定目的而产生的最低频率正弦波称为基频信号. 其他正弦波称为谐波信号. 频谱可用于测量基频信号及其谐波信号的幅度.

谐波通常是不可取的. 在发射机中，它们可能会干扰频谱的其他用户. 例如，在外差接收机的本地振荡器（LO）中，谐波可能会产生杂散信号. 因此，通常应对其进行监视并将其减少到最小.

在使用频谱测量信号时，的电路也会引入某种失真. 为了进行准确的测量，用户需要知道所测量的失真是被调查信号的一部分还是由引起的.

产生的失真归因于某些弱的非线性特性（因为它不具有理想的线性特性）. 因此，频谱的信号处理特性可以用泰勒级数表示，泰勒级数表示输出电压（O）与输入电压（I）之间的关系:

V0 = K1Vi + K2Vi2 + K3V3i…………（1）

其中

V0 =输出电压

Vi =输入电压

K1，K2和K3是常数

利用上述关系，可以直接证明输入电压加倍会使Vi2项增加4倍（6dB），从而使对正弦波的二次谐波响应增加4倍. 同样，三次三次谐波畸变随输入电平的三次方律增加. 有两种方法可以依靠技术指标或实验来确定对测量的失真是否有影响.

为了基于的谐波失真技术指标判断其影响，通过了解失真水平，将相对于输入混频器上特定信号的以伽马值给出的技术指标转换为选定的输入级别由dBC给出. 图1显示了此过程的图形示例. 从图中可以看出，频谱仅指定了二阶失真和三阶失真. 高阶失真通常可以忽略不计.

图1可以绘制频谱的失真极限，分别针对二次谐波和三次谐波电平

与技术指标1: 1和2: 1有关的数据点已预先测试

请注意，感兴趣的参数，即三阶谐波失真，不同于规定的参数三阶互调失真（IMD3）.

在未预选的频带中，三阶谐波失真应比弱非线性互调（IM）分量低9.5dB. 通过将Acos（xt）+ Bcos（yt）替换为上述（4）式的Vi，并将诸如cos [（x-2y）t]等IM项与诸如cos（ 3xt）比较并导出. 如果前端增益在基频和三次谐波信号之间变化，则IM和观察到的生成的谐波电平之间的关系将变化相同的量. 如果三次谐波在预选频带中，则它将大大低于指定的IM分量，因为预选滤波器可防止基频信号受到前端非线性的影响.

更容易通过实验确定是否会引起失真. 只需增加输入衰减并观察失真水平是否发生变化即可. 如果有变化，则会对测得的失真产生影响.

尽管可以通过简单地增加输入衰减来减小对所测谐波的影响，但这会降低信噪比（SNR），从而限制了测量低谐波电平的能力. 但是，通过对数平均可以改善接近本底噪声的信号的测量.

频谱可以通过平均测量结果来减少测量结果的变化. 平均的一种形式是对屏幕上的多个数据迹线求平均. 另一种形式是视频过滤. 完成平均操作时，重要的是要知道平均值的范围. 对以对数标度显示的信号进行视频滤波或轨迹平均时，结果是信号对数的平均值. 另一种方法是可以性（电压）标度上进行平均. 一些可以平均功率（RMS电压）标度. 基于快速傅立叶变换（FFT）的通常只能在功率范围内平均.

众所周知，对于以上三个等级，所测量的纯噪声水平是不同的. 其中，对数标度的噪声被低估了2.51dB. 无疑，对数刻度最适合于测量低谐波电平，因为它可以提供受本底噪声影响最小的信号电平. 因此，应使用对数刻度来测量谐波电平，并根据需要减小视频带宽或增加平均值.

实际上，上面没有讨论理想的重复信号. 与理想情况的两个主要偏差是漂移和调制. 来自未锁定的压控振荡器（VCO）的漂移信号可能会导致测量困难. 漂移可能很大，以至于为了测量某个谐波，必须扫描整个可能的频率范围，并且使用峰值检测器来测量谐波电平. 由于频率的这种高度可变性，平均可能会导致误差，因此不应使用. 另将受到损害. 尽管如此，这种解决方案仍然非常有用，并且已在某些频谱中使用，例如安捷伦科技公司的8560E系列，该产品配备了该公司的85672A杂散响应测量应用程序.

调制信号也是一个测量问题. 调制信号后，其频谱宽度会增加. 因此，必须使用足够宽的分辨率带宽来响应信号中的所有能量. 使用较宽的带宽会增加本底噪声，从而减小可用的动态范围. 频率调制（FM），脉冲调制（PM）和常见的数字调制格式的频谱与谐波数量成比例地增加. 因此，建议针对谐波数增加分辨率带宽.

调制信号几乎总是锁相信号. 因此，一种可能的解决方案是使用频率计数器仔细测量基本频率. 然后，使用频谱的零频率间隔分析功能查找预测谐波上的所有谐波信号. 零频间隔分析（不扫描的方式）是最好的分析方法，因为它会平均所有扫描数据，而不仅仅是峰值幅度. 安捷伦的ESA系列频谱（图2）使用零频率间隔计数和平均解决方案，并且分辨率带宽按比例变化. 尽管此解决方案不如扫描峰值检测解决方案完善，但它可以快速获得非常小的离散结果，并且适合与调制源一起使用.

图2频谱的内置“谐波”测量结果表明其中包含每个谐波电平

（dBc）的数据表和计算出的总谐波失真（THD）结果

所有谐波的振幅之和是音频产品中常用的品质因数. 也称为总谐波失真（THD）. 总谐波失真基于功率加法而不是电压加法. THD定义为:

THD = 100％×（nmaxn = 2×E2n）0.5 / Ef（2）

其中:

En =第n次谐波电压

Ef =基频电压

nmax =考虑中的最高谐波阶数（在许多情况下频谱的失真测量，nmax限制为10. 在其他情况下频谱的失真测量，nmax是不超过20 kHz的最高谐波，这是音频范围的上限）

上面讨论了可以平均的三个比例，即电压，对数或功率. 应注意THD测量结果与这些量表之间的关系. 最好以对数刻度收集数据并取平均值. THD的计算基于平方和（RSS）的平方根，它与RMS或功率计算有关. 但是，结果是根据电压计算得出的，百分比是指电压百分比.

简而言之，可以通过频谱使用该方法来测量RF和音频谐波以及THD. 在某些频率谐波中，为了加快测量速度，已自动执行这些测量.

关键字: 频谱测量谐波编辑: 鱼的参考地址: 本网站上复制的所有文章，图片，音频和视频文件及其他材料的版权均归版权所有者所有，本网站不是原始内容，例如无法联系文章和图片以确认版权拥有者. 如果在本网站上选择的文章的作者和编辑认为他们的作品不适合免费公开发布，或者不应免费使用，请及时通过电子邮件或电话通知我们，以迅速采取适当措施以避免不必要的后果对双方的经济损失.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-182441-1.html