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1、23 干扰信号的特性 231 频谱 、定义:任何干扰信号都可以利用傅里叶级数 (对于周期性干扰信号)或傅里叶积分 (对于非周期干扰信号)分解或不同频 率简谐信号的迭加, 这些简谐信号的 幅值随频率变化的函数(Cn或F(), 称为干扰信号的频谱。,信号的时域分析与频域分析,信号的时域与频域分析既相互独立又密切相关,可以通过傅里叶变换把它们联系起来并互相转换,下图表明了这种关系。图中,时域内一个复合周期波,应用傅里叶级数的原理对波形分解,得到一次波(基波)、二次谐波、三次谐波等;而在频谱分析中,也可用傅里叶级数原理求得复合周期波形的各个频率的离散谱线,它们之间的关系是一致的。,时域分析与频域分析是
2、对模拟信号的两个观察面。时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号的关系;频域分析是把信号以频率轴为坐标表示出来。一般来说,时域的表示较为形象与直观,频域分析则更为简练,剖析问题更加深刻和方便。信号的时域分析和频域分析是互相联系,相辅相成的。,一个连续时间信号若在,区间,以,为周期,周而复始地重复再现则称为周期信号,其表示式为,、周期性干扰信号的频谱 大多数功能性干扰源产生的都是周期性干扰信号。 设f(t)是一周期性干扰信号,可以用傅里叶级数展开为 其中: 0是基波,n 0是各次谐波。n0频率分量的幅度:,一个连续时间周期信号是无限多个呈谐波关系的复指数信号 的线性组合,例如:求一周期性方波信号的频
3、谱,如图233所示, T是方波的周期。,把(233)式代入(232)式: 欧拉公式,所以周期性方波信号f(t)可以展开为: 可以画出周期性方波信号f(t)的频谱曲线,设 ,利用(234)式可以算出基波和各次谐波的幅度,如表231。,利用表231中的数据可以画出周期性方波信号的频谱,如图34所示,,完整的周期性方波信号的频谱如图35所示 (T5) :,可以看出周期性干扰信号频谱的特点: 、离散性:周期信号的频谱有不连续的谱线组 成, 谱线间隔为0, 每条谱线代表一个正 弦分量。 、谐波性:周期信号频谱的每一条谱线,只能 出现在基频的整数倍的频率上。 、收敛性:各次谐波的幅值随频率的增加而减 小,
4、频谱是收敛的。 除了基波和各次谐波信号以外,干扰源(如发射机)还可能产生一些寄生信号,频率低于或高于基波频率,但不是基波频率的整数倍,称为非谐波干扰。非谐波干扰信号的电平一般低于谐波干扰信号,在一些情况下也可能成为严重的干扰。,、非周期性干扰信号的频谱 (大多数非功能性干扰源) 、设f(t)是一非周期性干扰信号,可利用傅里叶积分 展开为 : 其中F()是非周期性干扰信号f(t)的频谱函数。,一个周期性信号,当T时就称为非周期性信号。 例如:图236,一个周期性方波信号,T就成为一 个孤立的矩形脉冲信号。T,谱线间隔减小,谱 线变密,T时,谱线间隔0,谱线成为连续的。,图236, 非周期性干扰信
5、号的频谱是连续的,也是收敛的。 一些常见的脉冲信号的频谱如表21所示。 下面介绍脉冲信号的两个重要的参数: 脉冲宽度 矩形脉冲:图237,矩形脉冲的脉冲宽度就是。 任意脉冲:幅度下降为峰值的1e(0.368)时的 宽度, 、频谱宽度:幅度下降为峰值的1/e时的频谱宽度。, 脉冲干扰和平滑干涉 平滑干扰:干扰信号在接收机输入端产生的 电压,峰值与平均值之比不超过倍时, 称为平滑干扰。如机内热噪声和连续波干扰; 或脉冲持续时间与重复周期能相比拟时的脉 冲干扰也属于平滑干扰(前一个脉冲还未消 失,后一个又出现)。, 脉冲干扰,干扰信号在接收机输入端产生的 电压,峰值与平均值之比超过倍时, 称为脉冲干
6、扰;或脉冲持续时间远小于重复 周期 (后一个干扰脉冲到来之前,前一个干 扰脉冲已完全消失,间隔时间较大)。 带宽和波形 、窄带干扰和宽带干扰 “窄带”和“宽带”是相对于接收机的带宽而言 的。带宽的定义P23,例题:在上图中,设纵轴是电压U,求6dB带宽和3dB带 宽电平下降的倍数。 解:用dB表示电压的定义为 设U下降n倍Un, 则 , 可以算出:U6dB,n2;U3dB,n1.4 。,分贝(dB) 的概念 分贝的定义:分贝数 10lg (P2/P1) P1、P2 是两个功率数值,对于电流或电压,定义如下: 电压增益的分贝数 20lg (V2/V1) 电流增益的分贝数 20lg (I2/I1)
7、 用分贝表示的物理量: 电压:用1V、1mV、1V 为参考(例如:1V = 0dBV) 则单位为:dBV、dBmV、dBV 等, 电流:用1A、1mA、1A 为参考,则:dBA、dBmA、dBA 场强:用1V/m、1V/m 为参考,则:dBV/m、dBV/m 等, 功率:用1W、1mW 为参考,则:dBW、dBm等, 窄带干扰:干扰信号的频谱宽度小于接收的 带宽,一般为几十Hz几百KHz。 例如:连续波、调幅波、低调频系数的调频波等 (广播、电视、通讯发射设备、高频焊接 等有确定频率的设备) 宽带干扰:干扰信号的频谱宽度大于接收机 的带宽,一般为几十几百MHz。 例如:脉冲干扰(雷达发射机、放
8、电辐射), 时域分析与频域分析 、时域分析:分析干扰信号的波形,例如:幅 值对时间的分布,脉冲的前沿和宽度,时间 滞后,相位滞后,波形的畸变,是以时 间轴t为坐标表示干扰信号。 表达式:f(t),表21,例:矩形脉冲 测量仪器:示波器,、频域分析:分析干扰信号的频谱分布(幅值 与频率的关系),是以频率轴f(或)为坐 标表示干扰信号。 表达式:F(),表21,例:矩形脉冲。 测量仪器:频谱分析仪,测量接收机,选频 电压表。,237 共模干扰与差模干扰 对于设备的两个输入端(信号线或电源线) 1、 如果两输入端干扰信号的方向、幅度、相位 都相同共模干扰; 2、 如果两输入端的干扰信号的方向相反、幅度 相同 差模干扰。,例如:设有两个设备A和B,通过两根平行导线连 接,如图2315 ,辐射场在导线上可能 产生两种感应电压:,、在导线与系统地构成的回路上产生感应电压 Uc,如图2316所示,,等效电路如图2317,产生共模干扰;,、两根导线和设备(输出、输入端)构成的回 路上产生感应电压UD,如图2318所示,,等效电路如图2319,产生差模干扰。,