频域和时域:模拟、模型和信号分析

当一个电气工程的学生毕业,需要他或她不得不关注数字电子技术或射频/微波理论,能够掌握的广度和体积的材料。然而,随着行业经验扩大的线条变得模糊,通常两个世界合并。微波信号与高传输数字串行总线可以共存。

电子工程师参与高速通讯在家分析信号作为时间的函数,在“时间域”。然而,信号也可以分析作为频率的函数,在“频域”。作为通信规模高达一百万比特每秒,数字工程师必须能够利用时域频域测量解释行为。同样,射频/微波工程师有时必须分析信号在数字应用程序,所以他们必须掌握时域测量。

是一个更有效的工程师,加强一个人的舒适度在这两个领域允许更多创造性的选项设计,和更有效的故障诊断。这流利的时间域和频率域可以扩展更多的如果一个增加了模态域的分析工具包。模态域检查的频率结构,液体或信号可以表现不正常,改变形状的瞬时动力响应高振动。模态的一个应用程序域将测试系统和结构振动激励下的地震。

时间、频率和模态域三个截然不同的视角分析信号。相比它可以使用三套眼镜与凸、凹,鱼眼镜头的镜片。所有相同的信息存在,但通过观察数据分布不同,新的相关性指出。通过分离变量和组件,一个注意到它们之间的关系。这三种信号分析领域允许工程师“地图”信号的特征。

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第一视角:时域

当计量单位是记录在秒或其倍数(分钟,小时),在时域分析。信号采样接管时间呈现的表示时间以一个周期变化信号或数据。例如,数据显示振幅的发展在一个特定的时间段,将“幅值给定的时间”。一个电信号可以显示为一个电压和时间波形示波器,画了一个图的瞬时信号电压。

在时域中,总是会在实数。我们分析信号,数学函数,或者科学数据,以连续时间样本。信号来源和干扰也在时域中定义。

波形图可以帮助当不知道如何适当的域模型。

第二个优势:频域

当分析问题如赫兹频率/能量单位,然后在频域分析。单位赫兹(Hz)曾称为cps,或周期每秒。频率是每一个事件发生的次数在录音期间。

在频域,我们可以观察到振幅和频率。一波的振幅或振动用正数表示,与峰值振幅来衡量偏离其核心价值。相同的信号也可以显示在一个功率和频率的格式。这将显示在一个频谱分析仪,时间和频域分析的能力。

与频域分析总可以找出关键点之一的数据集,而不是检查每一个发生在时间域的变化。频域图显示了相移或信号在每个频率的大小,它的存在。它显示有多少信号在每个给定频带的频率范围。

一个信号可以被描述为许多正弦波之和(傅里叶级数)有不同的脉冲,阶段和振幅。在时域和频域之间切换回来,是通过执行数学集成使用傅里叶变换方程。傅里叶变换(FTs)信号和表达它的频率信号的波组成。

第三个优势:模态域

改变一个人的优势模态域允许的测量网络的状态或结构作为一个特定的信号穿越它。模态分析是研究动态(改变)系统在频域的属性。

在时间和频率域,振动信号对应于一个特定的“模式”,或形状被网络、系统或结构在振动。的优势模态域,总组振动信号的“模式”将揭示信号的特征,如结构的频率会放大一个负载的影响。模态分析可以表明系统的限制,例如,频率会吸收所有的能源应用结构,形状,或频率的“模式”的样子。

重要的是知道的频率结构可以表现不正常,如在预测潜在的地震破坏。在产品设计中,模态域是用来确定如果网状结构正常,如果有任何共振的可能性。

时域和频域模态之间的等价性,并不是那么强烈,在时间和频率域之间。这是因为为了减少噪声的影响和小型实验错误,数学曲线拟合用于转换频率测量的模态域。不丢失信息在这个曲线拟合,所有三个领域仍然包含相同的信息,但与不同程度的噪音。

一个声音信号的波表示

总之,分析信号和系统从时域,频域,和模态域,我们能够获得一瞥到时域信号方面是不可见的。就好像我们看相同的三维图但是从不同的角度看,提取独特的信息。通过成为流利的所有三个领域,精明的工程师在设计配备更大的确定性,深入信号分析功能,和有效的故障诊断。

从高速信号跨PCB边界,有效信号分析必须包括信号源、目的地和返回路径。

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