3、前面板如下：

4、程序框图如下：

实验二 频谱分析仪的设计

一、实验内容

设计一个虚拟频谱分析仪，对虚拟信号发生器生成的信号（题目1的VI输出）进行频谱分析〔数字滤波〕，并绘出所分析信号的幅频特性，指出主要频率分量的频率和幅值。依次改变信号的频率、采样频率以及采样点数，观察频谱特性的变化，分析频率分量产生泄露的原因。

二、实验过程

频谱分析最常用的方法就是离散傅立叶变换（DFT），为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通常只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。

FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。

信号的频谱分析是指以频率f(ω=2πf)为横坐标变化量来描述信号的幅值、想相位的变化规律。本实验采用基2FFT算法进行频谱分析，故要求采样点数满足N=2^n，并采用频率ω_s满足采样定理，即ω_s>2ω_m（ω_m为信号的最高频率分量）。对无限长连续信号x(t)截断后变成有限长的离散时间序列x(n)(n=1,2,…，N-1)，截取长度

t_p=NT(T为采样间隔)。频谱由原来的连续谱变成离散谱，就有可能出现栅栏效应、泄露现象。基波频率f_1=1?t_p =1/NT，基波角频率即谱线间隔为ω_1=1*2π/NT,次谐波角频率ω_k=k*2π/NT，是基波角频率的k倍，故谱线只出现在k*2π/NT（k=0,1,2，…）离散的频率点上。在频段0~ω_s（采样频率）可获得N条谱线，其中前N/2条是主分量谱线，后N/2条是高频分量谱线。即在N条谱线中只有前N/2是有效的。例如，当被测周期信号的频率为100Hz、频谱的谱线间隔f_1=1?NT=50Hz时，则既无栅栏效应也无泄露效应；若谱线间隔f_1=65Hz，则将发生栅栏效应和泄露效应。

前面板如下：

程序框图如下：

分析：

(1) 由幅频特性可以看出，由于相位成周期性变化，因此每个一定的范围，会出现一个峰值，即为主频的相位。 (2) 频谱泄露

改变采样点数观察幅频特性的变化

可以看出当采样点数过小时，频谱发生了泄露。

分析频谱泄露的原因：

计算机只能处理有限长度的信号，原信号x(t)要以T(采样时间或采样长度)截断，即有限化。有限化也称为加“矩形窗”或“不加窗”。矩形窗将信号突然截断，这在频域造成很宽的附加频率成分，这些附