取样检波器使用方法及工作原理

什么是取样检波器

取样检波器（Sampling Detector）是一种信号处理器件，用于从连续时间域中提取离散样本，并将其转换为离散时间域中的数字信号。

取样检波器的主要原理是根据采样定理，即尼奎斯特定理（Nyquist theorem）。根据尼奎斯特定理，为了准确地恢复原始信号，采样频率必须至少是信号最高频率的两倍。取样检波器通过以固定的时间间隔对连续信号进行采样，获取信号在不同时间点上的振幅值。

取样检波器通常由时钟信号和采样保持电路组成。时钟信号确定了采样的时间间隔，采样保持电路用于在每个采样点上对信号进行抽样并保持其幅度值。采样之后，得到的样本可以通过模数转换器（ADC）或其他数字信号处理器件进行进一步处理或存储。

取样检波器常用于各种应用中，包括音频和视频信号处理、数据通信、雷达、无线电接收机等。它可以帮助实现数字数据的采集、处理和传输，从而方便进行后续分析、处理和存储。同时，取样检波器的设计和性能对信号采样的准确性和可靠性有重要影响，因此在实际应用中需要仔细考虑采样率、采样精度和抗混叠等因素。

取样检波作为第一种方法，我们只选取每个信号收集单元的中间位置的瞬时电平值（如图）作为数据点，这就是取样检波模式。为使显示迹线看起来是连续的，我们设计了一种能描绘出各点之间矢量关系的系统。比较图 可以看出我们获得了一个还算合理的显示。当然，迹线上的点数越多，就越能真实地再现模拟信号。不同频谱仪的可用显示点数是不一样的，对于X 系列信号分析仪，频域迹线的取样显示点数可以从最少 1 个点到最多 40001 个点。如图所示，增加取样点确实可使结果更接近于模拟信号。

虽然这种取样检波方式能很好的体现噪声的随机性，但并不适合于分析正弦波。如果在高性能 X 系列信号分析仪上观察一个 100 MHz 的梳状信号，分析仪的扫宽可以被设置为 0 至 26.5 GHz即便使用 1001 个显示点，每个显示点代表 26.5 MHz 的频率扫宽（信号收集单元），也远大于 8 MHz 的最大分辨率带宽。

结果，采用取样检波模式时，只有当梳状信号的混频分量刚好处在中频的中心处时，它的幅度才能被显示出来。图是一个使用取样检波的带宽为 750 Hz、扫宽为 10 MHz 的显示。它的梳状信号幅度应该与图所示（使用峰值检波）的实际信号基本一致。可以得出，取样检波方式并不适用于所有信号，也不能反映显示信号的真实峰值。当分辨率带宽小于采样间隔（如信号收集单元的宽度）时，取样检波模式会给出错误的结果。

图 （左）取样检波模式使用 10 个点显示图 中的信号

图 增加取样点使显示结果更接近于模拟显示

图 取样检波模式下的带宽为 250 kHz、扫宽为 10 MHz 的梳状信号

图 在 10 MHz 扫宽内，采用（正）峰值检波得到的实际梳状信号

取样检波器的使用方法

取样检波器是一种重要的信号处理设备，使用方法可以根据具体的应用场景和设备类型来进行调整，但一般的使用方法如下：

1. 首先，确认采样频率：根据被测信号的频率范围，确定适当的采样频率。根据尼奎斯特定理，采样频率至少应是信号最高频率的两倍，以避免混叠现象的发生。

2. 连接信号源：将需要进行采样的信号连接到取样检波器的输入端。确保连接正确，保证信号传输畅通。

3. 设置采样参数：根据信号特性和采样需求，设置取样检波器的采样参数，包括采样率、采样深度和触发条件等。这些参数的设置将影响到取样检波器对信号的采样和呈现方式。

4. 开始采样：启动取样检波器，开始对信号进行采样。取样检波器将根据设定的采样参数对信号进行离散化处理，并输出数字化的采样数据。

5. 数据分析与处理：对采集到的数据进行进一步分析和处理。可以使用数字信号处理器件或计算机进行数据处理，如滤波、频谱分析、时域分析等。

6. 结果展示与存储：根据需要，将处理后的数据进行结果展示或存储。可以通过取样检波器本身提供的界面来查看数据，也可以将数据传输到外部设备或计算机进行处理和存储。

在使用取样检波器时，需要根据具体的设备型号和应用需求来合理设置参数，并结合信号特性进行合适的采样和处理。对于复杂的应用场景，可能需要进行多次调整和优化，以获得准确、可靠的采样结果。

审核编辑：黄飞