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在射频的世界里，信号的分析至关重要，而时域信号与频域信号则是我们理解信号特性的两大关键视角。
一、时域信号：直观的电平变化file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps10.jpg时域信号，简单来说，就是我们观察到的随时间变化的电平信号。例如，示波器上显示的波形，它直观地呈现出信号在时间轴上的起伏变化。
这种信号就像我们日常生活中的声音、光线等现象，是直接可以感知到的。然而，时域信号往往较为复杂，尤其是自然界中的波形，它们可能杂乱无章，这给我们的分析带来了不小的挑战。
二、频域信号：数学建模的抽象世界
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps11.jpg与之相对的频域信号，则是通过数学建模得到的。它表示的是频率和 信号强度（功率电平或幅度） 之间的关系，例如频谱仪上显示的波形。频域信号可以看作是对时域信号的一种“转换”，它将复杂的时域波形转化为频率成分的分布，让我们能够更清晰地看到信号中不同频率的分量。这种转换就像是给信号进行了一次“拆解”，将一个复杂的整体分解成若干个简单的部分
三、时域与频域的转换：从复杂到简单
为什么要进行时域和频域的转换呢？主要有两个原因。
1、频域分析复杂波形更方便：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps12.png正弦波和方波是我们最常用的两种波形，它们在时域和频域中的表现有着显著的差异。在时域中，正弦波是一个简单的高低变化的电平信号，而在频域中，它只表现为一条竖线，表示一个特定频率的分量。
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps13.pngfile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps14.png file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps15.jpg file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps16.jpg方波则不同，在时域中，它是一个高低交替的波形，而在频域中，它由一个基波加 1、3、5、7、9 等等无数个奇次谐波组成。
任意波形都可以由若干个正弦波组合来表示，正弦波我们也称基波，而频域信号可以看作是把时域拆分成若干个正弦波来分布显示。
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps17.jpg 一个看似杂乱无章的时域波形，在频域中可能只表现为几条清晰的竖线，每条竖线代表一个特定频率的峰值。每个峰值都是由一个正弦波来表示。
2、频域可以有效缩短信号差距：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml35920/wps18.jpg频域信号我们在上期讲过本质上是以对数形式表达，可以有效缩短不同信号之间的差距，有助于我们观察差距较大的信号。比如，一伏和 10 微伏的两个信号，在时域中可能难以区分，但在频域中，它们的差距会被缩小，从而可以清晰地显示在同一张图中。
五、示波器与频谱仪：各有千秋的测量工具
在实际测量中，示波器和频谱仪是我们常用的两种工具。示波器主要用于观察时域信号，它可以直观地显示信号在时间轴上的变化。而频谱仪则专注于频域信号的测量，它能够准确地显示出信号中不同频率分量的幅度和频率。两者各有优势，示波器在观察时域信号的细节方面更为出色，而频谱仪在分析频域信号的频率成分和幅度分布方面则更具优势。
六、频谱仪的优势：高动态范围与高频率观测
为什么示波器上有FFT功能，但是还是需要用到频谱仪呢？频谱仪相较于示波器，具有高动态范围和高频率观测的优势。频谱仪一般采用 14 bit或 12 bit的 ADC，而大部分示波器仅有 8 bit或 10 bit的 ADC。这使得频谱仪在测量小信号时更为准确，能够轻松地展现出 1 毫伏的小信号，并得到准确的频谱信息。而使用示波器本底噪声的影响会很大；示波器更加侧重采样率，杂散性能差距会更大。
此外，频谱仪还可以观察较高的频率，例如一般频谱仪观测频率如果达 40GHz，价格相对较为亲民。相比之下，一台能够直接观察 40GHz 的示波器价格则要超过百万元。
七、频谱仪的选频特性：精准观察指定频率范围
频谱仪的另一个优势在于其选频特性。它可以允许用户观察指定频率范围内的信号，而排除带外非关心的干扰。例如，我们要观察一个中心频率为 2GHz、带宽为 1MHz 的 ASK 信号，使用频谱仪可以轻松地设置中心频率和带宽，从而准确地观察到该信号的全貌。而如果使用示波器来测量同样的信号，则需要一个带宽 1GHz 以上、分辨率 10 比特或 12 比特的示波器，预算至少要超过 10 万元，同时还可能面临小信号测不到、存在 EMI 干扰等问题。
通过以上内容，我们对时域信号和频域信号有了更深入的了解，也认识到了示波器和频谱仪在射频信号分析中的重要作用。希望这些知识能够帮助大家更好地理解和应用射频技术，更多内容请关注公众号准测仪器。
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