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发表人:计量客 发表时间:2016/6/23 11:28:00  

 

 本栏论题: 采样频率与带宽的关系 你知道不?   [1038]

    
   
      对于功率分析仪,用户最为关心的两个指标是测量精度和带宽,商家也是对于自身产品在这两个关键指标上重点突出及重点宣传,为了突显其优势,可谓 是下足了功夫,无所不用其极,运用“断章取义”、“以偏概全”等陷阱来误导用户。正是由于各种怪像,发生了某企业火药味十足地将自身产品与另外一个企业的 产品完整参数数据对比公开发表在杂志上,原因是实在无法忍受后者对于自身产品测量精度宣传时的夸大、断章取义的卑劣做法。详细情况见:FLUKE功率分析仪的精度之争。
   
      今天就来解开在采样频率与宽带宣传中的陷阱。首先来看几个概念:
   
      1、采样,模数转换器每隔一定的时间间隔对连续信号采样,得到当时时间点上连续信号的离散值,也就是连续信号转换为离散信号。
   
      2、采样频率,表示数字信号采样自模拟信号的速率,对模拟信号采样的频度。它代表了离散信号在和时域和空间域上的精确度。
   
      3、采样定理(据奈奎斯特定理),在进行模拟数字信号的转换过程中,当采样频率大于信号中最高频率(信号带宽)的2倍时,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。
   
      所以采样定理确定了信号最高频率的上限,或能获取连续信号的所有信息的采样频率的下限。
   
      4、混叠,如果信号带宽高于或等于奈奎斯特频率(即采样频率的二分之一),会导致混叠现象。带宽高于奈奎斯特频率的信号会被重建成低于奈奎斯特 频率的混叠信号(混叠信号的频率为信号频率与采样率之差);带宽等于奈奎斯特频率的信号会被重建成频率不变,但是幅值相位变化的混叠信号。
   
      例如:一个2KHZ的正弦信号在1.5KHZ采样频率的转换后,会被重建为500HZ的正弦信号。一个2KHZ的正弦信号在2KHZ采样频率的转换后,会被重建为2KHZ幅值相位发生变化的正弦信号。
   
      为了避免混叠现象,通常采用两种措施:
   
      提高采样频率,达到信号最高频率的两倍以上;输入信号通过抗混叠滤波器(低通滤波器)进行滤波处理,过滤掉频率高于采样率一半的信号。
   
      5、固有带宽,由功率分析仪的硬件电路决定的,受电感电、电容影响,不可避免的带宽限制,这个带宽一般是指标中最宽的。
   
      6、数字带宽,是指分析仪采用数字采样技术,满足采样定理,带宽为采样频率的1/2。
   
      7、防混叠滤波器带宽,是指将被测量信号频率限制在采样频率1/2以内的低通滤波器的带宽。
   
      8、有效带宽,数字带宽及防混叠滤波器带宽中较小的一个。
   
      陷阱——不标称实际有效带宽
   
   
      在规格中描述功率带宽:
   
      这里带宽1MHz满足了采样定理。
   
      但是在手册后面谐波测量中描述:
   
      看到这些参数可以了解到,原来采样频率不是固定的,根据基波频率的不同,采样率会变化,从4.096KHz到665.6KHz,如果依照采样定理,最高带宽也就332.8KHz,而在低频的表现就很难满足高精度的测量。
   
      看完这些,似乎有点糊涂了,这台功率分析仪的带宽到底是5MHz,1MHz还是332.8KHz?
   
      不过可以发现,上面功率分析仪标称的带宽指标,与功率测量,尤其是谐波分析等测量功能,并无直接关系!对于用户实际使用的有意义的有效带宽并没有直接体现,宣传中有明显的夸大行为!
   
    相关文章:
   
    宽频带功率分析仪带宽相关的几个重要指标http://www.vfe.cc/NewsDetail-633.aspx
    采样频率与带宽的“陷阱”
    http://www.vfe.cc/NewsDetail-1508.aspx
    银河电气的变频功率传感器带宽有多宽?
    http://www.vfe.cc/NewsDetail-591.aspx
    功率分析仪有效带宽http://www.vfe.cc/NewsDetail-639.aspx

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