一采樣定理概述

　　采樣定理，又稱(chēng)香農采樣定理，奈奎斯特采樣定理，只要采樣頻率大于或等于有效信號最高頻率的兩倍，采樣值就可以包含原始信號的所有信息，被采樣的信號就可以不失真地還原成原始信號。

二采樣定理解釋

　　1、采樣：指的是理想采樣, 即直接記錄信號在某時(shí)間點(diǎn)的精確取值，所以采樣定理只涉及到了從連續信號到離散信號的理想采樣過(guò)程, 而未涉及到對測量值的量化過(guò)程。
　　2、采樣頻率：指單位時(shí)間內的采樣點(diǎn)數, 采樣是一種周期性的操作, 非周期性采樣不在采樣定理的范圍之內。
　　3、帶寬：是一個(gè)信號的一種頻域參數，常指信號所占據的頻帶寬度，簡(jiǎn)單的說(shuō)是信號的能量集中的頻率范圍。至于多少百分比的信號能量集中的范圍視為帶寬，要根據不同的實(shí)際需要了。判斷的標準就是，在某個(gè)頻率范圍內的信號頻譜已經(jīng)基本提供了我們需要的信息，那么這個(gè)頻率范圍外的信號頻譜就變得可有可無(wú)。這個(gè)頻率范圍就是帶寬。
　　根據采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。

三時(shí)域采樣定理與頻域采樣定理

時(shí)域采樣定理
　　頻帶為F的連續信號f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...來(lái)表示,只要這些采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt≤1/2F，便可根據各采樣值完全恢復原來(lái)的信號f(t)。 這是時(shí)域采樣定理的一種表述方式。
時(shí)域采樣定理的另一種表述方式是：當時(shí)間信號函數f(t)的最高頻率分量為fM時(shí),f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于1/2fM的采樣值來(lái)確定,即采樣點(diǎn)的重復頻率f≥2fM。
時(shí)域采樣定理是采樣誤差理論、隨機變量采樣理論和多變量采樣理論的基礎。
頻域采樣定理　
　　對于時(shí)間上受限制的連續信號f(t)（即當│t│>T時(shí),f(t)=0,這里T=T2-T1是信號的持續時(shí)間），若其頻譜為F（ω）,則可在頻域上用一系列離散的采樣值 來(lái)表示,只要這些采樣點(diǎn)的頻率間隔ω≦π / tm 。

四混疊

　　如果不能滿(mǎn)足采樣定理，采樣后信號的頻率就會(huì )重疊，即高于采樣頻率一半的頻率成分將被重建成低于采樣頻率一半的信號。這種頻譜的重疊導致的失真稱(chēng)為混疊，而重建出來(lái)的信號稱(chēng)為原信號的混疊替身，因為這兩個(gè)信號有同樣的樣本值。

　　一個(gè)頻率正好是采樣頻率一半的弦波信號，通常會(huì )混疊成另一相同頻率的波弦信號，但它的相位和幅度改變了。以下兩種措施可避免混疊的發(fā)生：

　　1. 提高采樣頻率，使之達到最高信號頻率的兩倍以上；

　　2. 引入低通濾波器或提高低通濾波器的參數；該低通濾波器通常稱(chēng)為抗混疊濾波器
　　抗混疊濾波器可限制信號的帶寬，使之滿(mǎn)足采樣定理的條件。從理論上來(lái)說(shuō)，這是可行的，但是在實(shí)際情況中是不可能做到的。因為濾波器不可能完全濾除奈奎斯特頻率之上的信號，所以，采樣定理要求的帶寬之外總有一些“小的”能量。不過(guò)抗混疊濾波器可使這些能量足夠小，以至可忽略不計。

五案例分析

　　AnyWay系列變頻功率分析儀的功率單元SP系列變頻功率傳感器的電壓典型帶寬為100kHz，電流典型帶寬為30kHz；功率單元DT系列數字變送器的電壓、電流帶寬均為100kHz，兩種功率單元的采樣頻率均為250kHz，滿(mǎn)足采樣定理的要求。標稱(chēng)帶寬范圍內的信號可以在功率分析儀中以實(shí)時(shí)波形及頻譜分析等方式正確的還原。

　　目前部分進(jìn)口高精度功率分析儀，如NORMA5000寬頻帶功率分析儀、WT3000高精度功率分析儀等，其標稱(chēng)的帶寬分別在10MHz和1MHz，而最高采樣率分別為341kHz和200kHz，其諧波分析等必須采用數字采樣技術(shù)的測量功能而言，真實(shí)帶寬應為170.5kHz和100kHz以下。此外，為了防止頻譜混疊，數字采樣之前還需要加上抗混疊濾波器，WT3000高精度功率分析儀的最高截至頻率的抗混疊濾波器的截至頻率為50kHz，因此，其數字測量部分的真實(shí)帶寬應小于50kHz。

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