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示波器頻域的窗口技術

作者: 時間:2017-01-12 來源:網(wǎng)絡 收藏
在最近一個項目中,我不得不翻開當年大學用的那本快速傅立葉變換(DFT)書籍,書的封面上已經蒙上了厚厚的一層灰。實際上,我在工作過程中購買過不少DFT方面的書,盡管每本書都相對比較薄,但里面有很多公式和高階數(shù)學運算,所以要“記住”比較突出的要點也算是一項挑戰(zhàn)。

謝天謝地,您現(xiàn)在即使不是DFT專家也能使用當前示波器中的FFT功能。但是,了解某些基礎工作原理確實很有裨益。特別是,您選擇的窗口因子(window factor)可能會給測量結果帶來很大影響。

DFT分析本身假設要處理的數(shù)據(jù)是單個周期的定期重復的信號。下面的圖1介紹了一串時域樣點。例如,在對圖1中的第2個幀運用DFT處理時,將對信號進行周期擴展。后續(xù)幀之間的不連續(xù)點一般會如圖2所示。這些假的不連續(xù)點會生成原始信號中沒有的頻譜假信號,進而不準確地重現(xiàn)信號。這種情況稱為頻譜泄漏。

圖1



圖2


示波器的FFT功能運用窗口技術,降低頻譜泄漏的影響。在執(zhí)行DFT之前,DFT幀被乘以一個窗口函數(shù),每個樣點的長度相同。窗口函數(shù)通常呈鐘形,會減少或消除DFT幀兩端的不連續(xù)點。

圖3顯示了最常用的4個窗口函數(shù),下面列明了推薦用途:
1)矩形–測量突發(fā)的瞬態(tài)信號,其中事件前的信號電平和事件后的信號電平幾乎相等
2)Hamming –測量正弦噪聲、周期噪聲或窄帶隨機噪聲,其中事件前的信號電平和事件后的信號電平明顯不同
3)Hanning –在事件前和事件后的瞬態(tài)信號或突發(fā)信號電平明顯不同時,測量幅度精度(在解析頻率處較低)
4)Blackman/Harris –測量頻率幅度,測量以單頻率為主的波形,查找高階諧波


圖3


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