什么是频谱瀑布图?如何使用频谱瀑布图测量跳频和瞬变信号?

文摘   2024-11-11 14:28   马来西亚  

什么是频谱瀑布图?

频谱瀑布图 (Waterfall plot) 又叫谱阵图,它是将振动信号的功率谱或幅值谱随转速变化而叠置而成的三维谱图,显示振动信号中各谐波成分随转速变化的情况。普通频谱图x轴是频率,y轴是幅度;而瀑布图x轴是频率,y轴是时间,幅度则用不同颜色表示。随着时间的的变化,整个频谱由上到下移动,看起来像瀑布,所以叫瀑布图。

频谱瀑布图在同一显示屏幕上查看频率、时间及幅度的独特方法。频谱瀑布图以时间坐标显示频谱进程,其中颜色表示信号幅度。在频谱瀑布图中,每条频率迹线在显示屏幕中 占据一条水平线 ( 一个像素高度 )。在纵轴上显示流逝的时间,随着时间流逝, 屏幕上显示的迹线向上滚动。

时域分析和频域分析有什么不同呢?时域分析的重要性

  • 时域是描述物理信号与时间的关系。以时间为横轴,以信号的幅度作为纵轴。时域分析可直观反映信号幅度、周期、相位的 变化过程。

  • 频域是描述物理信号与频率的关系,以频率为横轴,以信号的幅度作为纵轴。频域可分析任何信号所包含的频率成份及各频率成份的功率和频率关系。

通过时域分析能够测量的信号指标, 看到信号随时间变化的图,但时域是很有限的。信号有它的自身带宽,由于元器件非线性,导致带宽外产生了失真,如此时用在时域很难进行分析和量化,于是我们需要更高维度。

为什么要使用频谱瀑布图?

在现代无线通信中,许多协议采用了某种形式的空闲通道评估。比如802.11标准中,对无线传输信道进行载波侦听,认为当前链路是被占用还是空闲, 如何进行冲突的避免从本质上看,这些无线电能够确定通道忙碌程度,只在没有其他信号使用这个频率时才传送信号。即使使用频域分析也不能显示两个信号之间的关系。为确定信号的时序,我们必需使用三维频谱图功能,如图所示,绘制频谱数据随时间变化情况,确定信号活动的频次。

三维频谱图是一种瀑布式显示画面,绘制频谱相对于时间的活动情况。在处理互调制问题时,三维频谱图可以帮助确定基本组合元素。对于一些跳频和瞬变信号,分析时间或频率动态变化,包括调制,抖动,漂移,扫描线性度,频率捷变通信,无线局域网,蓝牙跳频,VCO频率响应。

频谱瀑布图 - 该图的上半部分显示了频谱。下半部分是一个瀑布图,展示了測量中频谱随时间的变化情况。


实时频谱分析仪的频谱瀑布图

在实时频谱分析仪频谱瀑布图中,横轴代表频率,纵轴代表时间,颜色表示幅度大小。因此在纵轴上任意截取一个时间片段,就可以在上方得到该时刻的频谱显示;时间轴上最多可以显示10000帧的频谱,每帧的长度可配置为100微妙到4千秒。

频谱瀑布图的显示在跳频脉冲测试中大有用途,可以帮助我们定位信号跳频图谱,驻留时间等。我们可以将实时频谱,频谱瀑布图以及时域包络同时显示,并且可以设置时域电平触发,这对脉冲信号的测量非常实用。

如何利用频谱/信号分析仪扩展实时频谱?

瀑布图应用实例

下面是一个跳频雷达信号的实例。雷达在一定带宽内步进跳频。从频谱上我们虽然能够看到七个特定的频点,但是我们并无法看出时间关系,即跳频图谱。

跳频雷达信号的实例

通过瀑布图的显示方式,我们大概能够显示出频谱随时间的变化关系。但是受限于实时频谱仪/信号分析仪固有的时间分辨率,七个频点聚集在一起,还是无法有效区分。

时间分辨率受限的瀑布图

所以我们利用频谱仪/信号分析仪中的可变测量时间和频率点数,将测量时长设短,从而提高时间分辨率,得到较为清晰的跳频图谱。

VSA软件中灵活调整时间分辨率

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如何在信号分析仪的频谱分析仪模式下启动频谱瀑布图?

是德科技信号分析仪需要具有选项 Enhance Display Package(N90EMEDPB 或 N90x0A-EDP)才能启动频谱瀑布图。启动频谱瀑布图的步骤:

传统用户界面 (A-Model Traditional UI):

[Mode] > Spectrum Analyzer
[Meas] > Swept SA
[View/Display] > Spectrogram View

触屏用户界面 (B-model Multitouch UI):

[Mode/Meas] > Spectrum Analyzer > Swept SA > Spectrogram View

Keysight手持频谱分析仪能够快速确认无线干扰是否存在以及干扰的类型,结合使用定位天线还可确定干扰的位置。

双重显示选项可同时显示频谱瀑布图,以及间歇发送的信号的频谱

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时变信号的瀑布图显示定位干扰

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