射頻基礎(chǔ)—時(shí)域和頻域的區(qū)別

射頻與硬件最大的不同是什么？

硬件多在時(shí)域分析，常用的測(cè)量工具是——示波器

射頻在頻域分析，常用的測(cè)量工具是——頻譜儀

那么為什么要有這個(gè)區(qū)別呢？

1.信號(hào)傳輸?shù)谋举|(zhì)

本號(hào)經(jīng)常強(qiáng)調(diào)一個(gè)點(diǎn)是，信號(hào)傳輸的本質(zhì)是為了無(wú)損傳播。

但是由于硬件的原因多少都會(huì)有一些失真，那么失真有多大影響？能容忍多少影響？

時(shí)域圖中，信號(hào)失真表現(xiàn)為信號(hào)波形的變形。例如，如果一個(gè)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)非線性系統(tǒng)，原有波形的形狀發(fā)生變化。時(shí)域圖可以直觀地顯示信號(hào)隨時(shí)間的變化情況，但是失真有多少影響從時(shí)域的圖上很難看出。該怎么處理就更難。

如果信號(hào)在時(shí)域中發(fā)生了失真，經(jīng)過傅里葉變換，其頻域圖將顯示出額外的頻率成分，這些成分可能是由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的高階諧波。頻域圖可以顯示信號(hào)的頻率成分及其幅度，從而幫助我們識(shí)別和分析失真。就可以很清楚的看到失真的雜散幅度有多少。信號(hào)和噪聲的比值是多少。

2.傳輸中的噪聲

假設(shè)我們理想傳輸?shù)氖且粋€(gè)正弦波（左側(cè)圖），但是在傳輸過程中疊加了噪聲（右側(cè)圖），從時(shí)域上僅能看到信號(hào)又毛刺，毛刺是怎么來(lái)的，該怎么處理卻很難從時(shí)域區(qū)分和處理。但是如果經(jīng)過傅里葉變換到頻域，可以找到毛刺的規(guī)律并找到相應(yīng)的解決辦法（濾波器）

在無(wú)線通信領(lǐng)域，人們非常關(guān)心帶外輻射和雜散輻射。例如在蜂窩通信系統(tǒng)中， 必須檢查載波信號(hào)的諧波成分，以防止對(duì)其他有著相同工作頻率與諧波的通信 系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

頻域分析可以幫助我們定位測(cè)量帶外輻射和雜散輻射。

3.ADC的采樣的限制

示波器的原理框圖如下，示波器從原理上講就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行ADC采樣，所以示波器能夠采到的信號(hào)就取決于ADC的采樣率。

下圖是頻譜儀的原理圖框圖，雖然最終的顯示也是經(jīng)過ADC采樣，但是ADC采樣之前有頻譜搬移，現(xiàn)代通信、雷達(dá)傳輸頻譜都很高，沒有相對(duì)應(yīng)的高速ADC，經(jīng)過頻譜搬移后，可以將頻率變?yōu)榭晒〢DC采集的信號(hào)。

總之，從傳輸?shù)慕嵌葋?lái)說(shuō)，時(shí)域變?yōu)轭l域有很多的好處

簡(jiǎn)化分析：

頻域分析可以簡(jiǎn)化許多信號(hào)處理任務(wù)，特別是對(duì)于線性時(shí)不變（LTI）系統(tǒng)。在頻域中，卷積運(yùn)算變成了乘法運(yùn)算，這使得系統(tǒng)分析和濾波器設(shè)計(jì)更加直觀和簡(jiǎn)單。

濾波器設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)濾波器以去除噪聲或提取特定頻率成分時(shí)，頻域提供了一個(gè)直觀的框架。濾波器的傳遞函數(shù)可以直接在頻域中定義，使得設(shè)計(jì)特定頻率響應(yīng)的濾波器變得更加容易。

信號(hào)分離：

當(dāng)多個(gè)信號(hào)混合在一起時(shí)，頻域分析可以幫助分離這些信號(hào)。不同信號(hào)可能在不同的頻率帶上，因此可以通過濾波器分離。

調(diào)制和解調(diào)：

在通信系統(tǒng)中，信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過程通常在頻域中進(jìn)行。例如，調(diào)幅（AM）和調(diào)頻（FM）都是在頻域中改變載波頻率的技術(shù)。

頻譜分析：

頻域分析允許對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行詳細(xì)分析，這對(duì)于理解信號(hào)的能量分布和特性至關(guān)重要。

信號(hào)壓縮：

許多信號(hào)壓縮技術(shù)，如JPEG和MP3，都依賴于頻域分析來(lái)識(shí)別并編碼信號(hào)中的重要頻率成分。

噪聲降低：

在頻域中，可以設(shè)計(jì)濾波器來(lái)減少特定頻率范圍內(nèi)的噪聲，這對(duì)于提高信號(hào)質(zhì)量非常有用。

多路復(fù)用：

在頻分復(fù)用（FDM）和正交頻分復(fù)用（OFDM）等技術(shù)中，頻域分析允許多個(gè)信號(hào)在不同的頻率帶上同時(shí)傳輸，而不相互干擾。

█?最后的話

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