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使用频谱分析仪查看频谱图

频谱图是一个信号的功率谱的二维表示，因为这个信号扫过时间。它们可以直观地了解信号的频率内容。谱图的每一行都是一个周期图，使用滤波器组方法或韦尔奇平均修正周期图算法计算得到。

为了展示频谱图的概念，本例使用模型ex_psd_sa作为起点。注意Simulink金宝app^®中不支持的模型金宝appMATLAB在线．

打开模型并双击频谱分析仪块。在光谱设置窗格中,改变视图来光谱图．的方法设置为滤波器组．运行模型。您可以在频谱分析仪窗口中看到频谱图输出。若要获取和存储数据以供进一步处理，请创建频谱分析仪配置对象，并运行getSpectrumData函数在此对象上。

Colormap

功率谱计算为频率的函数f并被画成一条水平线。这条线上的每个点都被赋予了特定的颜色，这是基于该特定频率下的功率值。颜色是根据显示顶部的色图选择的。如需更改配色图，请单击视图>配置属性，并从中选择一个选项彩色地图．确保视图设置为光谱图．默认情况下,彩色地图设置为飞机(256)．

正弦波的两个频率在5千赫和10千赫时清晰可见。由于频谱分析仪使用滤波器组方法，在峰值处没有频谱泄漏。正弦波嵌入高斯噪声中，其方差为0.0001。该值对应于-40 dBm的幂。映射到-40 dBm的颜色被分配到噪声光谱中。正弦波在5 kHz和10 kHz时的功率为26.9 dBm。在这两个频率的显示器中使用的颜色在配色图上对应26.9 dBm。有关如何以dBm计算功率的更多信息，请参阅“功率在瓦到dBW和dBm的转换”。

如果需要确认dBm值，请修改视图来光谱．这个视图显示了信号在不同频率下的功率。

您可以看到功率显示中的两个峰值的振幅约为26 dBm，白噪声平均约为-40 dBm。

显示

在频谱图显示中，时间从上到下滚动，因此最近的数据显示在显示的顶部。随着模拟时间的增加，偏移时间也会增加，以保持垂直轴限制不变，同时考虑输入数据。的抵消值，以及模拟时间，显示在频谱图范围的右下角。

分辨率带宽(RBW)

RBW (Resolution Bandwidth)是频谱分析仪所能分辨的最小频率带宽。默认情况下,RBW(赫兹)设置为汽车．在自动模式下，RBW频率跨度与1024的比值。在双面谱中，这个值为F_年代/ 1024，而在单侧光谱中，它是(F_年代/ 2) / 1024．本例中RBW为(44100/2)/1024或21.53 Hz。

如果方法设置为滤波器组，使用的值RBW，用于计算一次光谱更新的输入样本数为N_样品= F_年代/ RBW，在本例中为44100/21.53或2048。

如果方法设置为韦尔奇，使用的值RBW，窗口长度(N_样品)使用此关系迭代计算:

$N_{年代一个米 p l e 年代} ＝ \frac{（ 1 - \frac{O_{p}}{One hundred.} ） \times N E N B W \times F_{年代}}{R B W}$

O_p先前缓冲的数据段和当前缓冲的数据段之间的重叠量。NENBW为窗口的等效噪声带宽。

有关光谱估计算法的详细信息，请参见光谱分析．

为了区分显示中的两个频率，两个频率之间的距离必须至少为RBW。在本例中，两个峰值之间的距离为5000hz，大于RBW．因此，你可以清楚地看到山峰。

将第二个正弦波的频率从10000 Hz更改为5015 Hz。两个频率之差为15hz，小于RBW．

在放大时，您可以看到这些峰是无法区分的。

若要增加频率分辨率，请减小RBW到1hz并运行模拟。在放大时，两个相距15赫兹的峰值现在可以区分了

时间分辨率

时间分辨率是垂直轴上两条谱线之间的距离。默认情况下,时间限制设置为汽车．在该模式下，时间分辨率为1 / RBWS，这是可达到的最小分辨率。当你增加频率分辨率时，时间分辨率会降低。要保持频率分辨率和时间分辨率之间的良好平衡，请更改RBW(赫兹)来汽车．还可以指定时间限制作为一个数值。

转换单位之间的能量

频谱分析仪提供三个单位来指定功率谱密度:瓦特/赫兹，dBm /赫兹,瓦分贝/赫兹．相应的功率单位为美国瓦茨，dBm,瓦分贝．对于电气工程应用，您还可以在中查看信号的有效值Vrms或伏特分贝．默认的频谱类型为权力在dBm．

将“功率单位为瓦”转换为dBW和dBm

权力瓦分贝由:

$P_{d B W} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 w 一个 t t ）$

权力dBm由:

$P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 米我 l l 我 w 一个 t t ）$

对于振幅为1v的正弦波信号，其单侧频谱的功率为美国瓦茨由:

$\begin{array}{l} P_{W 一个 t t 年代} ＝ {一个}^{2} / 2 \\ P_{W 一个 t t 年代} ＝ 1 / 2 \end{array}$

在这个例子中，这个功率等于0.5 W。dBm中对应的功率为:

$\begin{array}{l} P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 米我 l l 我 w 一个 t t ） \\ P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ 0．5 / 10^{- 3.} ） \end{array}$

这里的功率为26.9897 dBm。若要使用峰值查找器确认此值，请单击工具>测量>峰仪．

对于白噪声信号，所有频率的频谱都是平坦的。本例中的频谱分析仪显示范围为[0 Fs/2]的单侧频谱。对于方差为1e-4的白噪声信号，单位带宽功率(P_{unitbandwidth})是1e-4。白噪声的总功率美国瓦茨在整个频率范围内为:

$\begin{array}{l} P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝ P_{u n 我 t b 一个 n d w 我 d t h} ＊ n u 米 b e r o f f r e 问 u e n c y b 我 n 年代， \\ P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝（ 10^{- 4} ）＊（ \frac{F 年代 / 2}{R B W} ）， \\ P_{w h 我 t e n o 我年代 e} ＝（ 10^{- 4} ）＊（ \frac{22050}{21.53} ） \end{array}$

频率箱的数量是总带宽与RBW的比值。对于单侧频谱，总带宽是采样率的一半。本例中RBW为21.53 Hz。有了这些值，白噪声的总功率在美国瓦茨为0.1024 W。在dBm中，白噪声的功率可以用10 * log10 (0.1024/10 ^ 3)，等于20.103 dBm。

将功率转换为dBFS

如果你把光谱单位设置为dBFS并设置全比例(FullScaleSource)汽车，接通电源dBFS计算为:

$P_{d B F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{P_{w 一个 t t 年代}} / F u l l ＿年代 c 一个 l e ）$

地点:

P_美国瓦茨功率单位是瓦吗
对于双精度和浮点数信号，Full_Scale为输入信号的最大值。
对于定点或整数信号，Full_Scale是可以表示的最大值。

如果指定手动满刻度(setFullScaleSource来财产)，接通电源dBFS由:

$P_{F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{P_{w 一个 t t 年代}} / F 年代）$

在哪里FS中是否指定了完整的比例因子全尺度的财产。

对于振幅为1v的正弦波信号，其单侧频谱的功率为美国瓦茨由:

$\begin{array}{l} P_{W 一个 t t 年代} ＝ {一个}^{2} / 2 \\ P_{W 一个 t t 年代} ＝ 1 / 2 \end{array}$

在本例中，该功率为0.5 W，正弦波的最大输入信号为1v。dBFS中对应的幂为:

$P_{F 年代} ＝ 20. \cdot {日志}_{10} （ \sqrt{1 / 2} / 1 ）$

这里，幂等于-3.0103。需要在频谱分析仪中确认该值，使用如下命令:

Fs = 1000;%采样频率sininef = dsp.SineWave('SampleRate'，Fs，'SamplesPerFrame'，100);scope = dsp.SpectrumAnalyzer('SampleRate'，Fs，…'SpectrumUnits'，'dBFS'，'PlotAsTwoSidedSpectrum'，false) %% for ii = 1:10万xsin = sinef();范围(xsine)结束

然后,单击工具>测量>峰仪．

将dBm中的Power转换为Vrms中的RMS

权力dBm由:

$P_{d B 米} ＝ 10 日志 10 （ p o w e r 我 n w 一个 t t / 1 米我 l l 我 w 一个 t t ）$

RMS中的电压为:

$V_{r 米年代} ＝ 10^{P_{d B 米} / 20.} \sqrt{10^{- 3.}}$

从前面的例子中，P_dBm等于26.9897 dBm。V_rms的计算方法为

$V_{r 米年代} ＝ 10^{26.9897 / 20.} \sqrt{0.001}$

等于0.7071。

确认此值:

改变类型来RMS．
点击打开峰值查找器工具>测量>峰仪．

比例颜色限制

当您运行模型而没有看到光谱图颜色时，单击比例颜色限制按钮。这个选项自动缩放颜色。

频谱图实时更新。在模拟过程中，如果您改变了模型中的任何可调参数，这些变化将立即在频谱图中生效。

使用频谱分析仪查看频谱图

Colormap

显示

分辨率带宽(RBW)

时间分辨率

转换单位之间的能量

将“功率单位为瓦”转换为dBW和dBm

将功率转换为dBFS

将dBm中的Power转换为Vrms中的RMS

比例颜色限制

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