第六章 頻域測量儀器原理及應(yīng)用

1、電子測量原理電子測量原理 第1頁 電子測量原理電子測量原理 第2頁 電子測量原理電子測量原理 第3頁 電子測量原理電子測量原理 第4頁 電子測量原理電子測量原理 第5頁 電子測量原理電子測量原理 第6頁 n tjn ne ctf 0 )( 其中其中 cn稱為周期信號(hào)稱為周期信號(hào)f(t)的付氏級(jí)數(shù)系數(shù)，或的付氏級(jí)數(shù)系數(shù)，或f(t)的的頻譜系頻譜系 數(shù)數(shù)。付氏級(jí)數(shù)明確地表現(xiàn)了信號(hào)的頻域特性。付氏級(jí)數(shù)明確地表現(xiàn)了信號(hào)的頻域特性。 對應(yīng)的周期信號(hào)付氏變換式為：對應(yīng)的周期信號(hào)付氏變換式為： dtetf T c T T T tjn n 2/ 2/ 0 0 )( 1 , 2 n n ncjF 0 2 頻譜密

2、度函數(shù)頻譜密度函數(shù) 簡稱頻譜簡稱頻譜 電子測量原理電子測量原理 第7頁 電子測量原理電子測量原理 第8頁 電子測量原理電子測量原理 第9頁 -T1T1 連續(xù)方波信號(hào)的波形如上圖所示，它在一個(gè)周連續(xù)方波信號(hào)的波形如上圖所示，它在一個(gè)周 期內(nèi)的時(shí)域表達(dá)式為期內(nèi)的時(shí)域表達(dá)式為 其中其中T0為方波的周期，脈沖寬度為為方波的周期，脈沖寬度為2T1。 2 0 1 )( 01 1 TtT Tt tx 電子測量原理電子測量原理 第10頁 0 0 w 0 w- 0 wn cn 0 0 w 0 w- 0 wn cn 0 0 w- 0 wn cn 0 w T1=T0/4 T1=T0/8 T1=T0/16 電子測量原

3、理電子測量原理 第11頁 可見：當(dāng)方波的周期可見：當(dāng)方波的周期T0固定不變時(shí)，頻域中各固定不變時(shí)，頻域中各 條譜線之間的間隔條譜線之間的間隔0也是固定的。也是固定的。隨著隨著T1（即脈（即脈 沖寬度）的減小，譜線從集中分布在縱軸附近漸沖寬度）的減小，譜線從集中分布在縱軸附近漸 漸變得向兩邊漸變得向兩邊“拉開拉開”，即頻帶寬度逐漸增大，即頻帶寬度逐漸增大， 而且幅度逐漸變低。而且幅度逐漸變低。 電子測量原理電子測量原理 第12頁 dttfE 2 )()( 當(dāng)當(dāng)E() 有限時(shí)，有限時(shí)，f(t)被稱為能量有限信號(hào)，簡稱被稱為能量有限信號(hào)，簡稱能能 量信號(hào)量信號(hào)。 由帕斯瓦爾公式由帕斯瓦爾公式 可知，

4、可知，信號(hào)經(jīng)過付氏變換之后能量保持不變信號(hào)經(jīng)過付氏變換之后能量保持不變。即令。即令 djFdttf 2 2 )( 2 1 )( 2 )( 1 )( jFS dSE 0 )()(，因此得到：，因此得到： 能量密度譜，簡稱能量譜或能譜，能量密度譜，簡稱能量譜或能譜， 表示單位頻帶內(nèi)所含能量。任何帶寬表示單位頻帶內(nèi)所含能量。任何帶寬 內(nèi)的信號(hào)能量均與能量譜曲線下相應(yīng)內(nèi)的信號(hào)能量均與能量譜曲線下相應(yīng) 的面積成正比的面積成正比 電子測量原理電子測量原理 第13頁 2 2 2 )( 1 lim)( T TT dttf T P 當(dāng)當(dāng)P()有限時(shí)，有限時(shí)，f(t)為功率有限信號(hào)，簡稱為功率有限信號(hào)，簡稱功率信

5、功率信 號(hào)號(hào)。由于信號(hào)的平均功率時(shí)間定義為。由于信號(hào)的平均功率時(shí)間定義為T，顯，顯 然一切能量有限信號(hào)的平均功率都為零。因此，然一切能量有限信號(hào)的平均功率都為零。因此，一一 般的功率有限信號(hào)必定不是能量信號(hào)般的功率有限信號(hào)必定不是能量信號(hào)。 由帕斯瓦爾公式得由帕斯瓦爾公式得 ，令，令 d T jF P T 2 )( lim 2 1 )( T jF S T p 2 )( lim 1 )( ，則有，則有 dSP p 0 )()( 功率密度譜，簡稱功率譜，表示單位功率密度譜，簡稱功率譜，表示單位 頻帶內(nèi)單位頻帶內(nèi)的功率頻帶內(nèi)單位頻帶內(nèi)的功率 電子測量原理電子測量原理 第14頁 dtetfjF tj

6、)()( 其反變換或逆變換為：其反變換或逆變換為： tj ejFtf )( 2 1 )( 頻譜頻譜 電子測量原理電子測量原理 第15頁 電子測量原理電子測量原理 第16頁 n njj enfeF )( 其反變換為：其反變換為： deeFnf njj )( 2 1 頻譜頻譜 電子測量原理電子測量原理 第17頁 電子測量原理電子測量原理 第18頁 電子測量原理電子測量原理 第19頁 時(shí)域時(shí)域 周期周期 非周期非周期 連續(xù)連續(xù) 離散離散 頻域頻域 周期周期 非周期非周期 連續(xù)連續(xù) 離散離散 付付 氏氏 變變 換換 電子測量原理電子測量原理 第20頁 在頻域內(nèi)對元器件、在頻域內(nèi)對元器件、 電路或系統(tǒng)的

7、特性電路或系統(tǒng)的特性 進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，顯進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，顯 示示頻率特性曲線頻率特性曲線. 可對信號(hào)的頻可對信號(hào)的頻 譜進(jìn)行分析，譜進(jìn)行分析， 顯示顯示信號(hào)的頻信號(hào)的頻 譜分布圖譜分布圖。 電子測量原理電子測量原理 第21頁 。 網(wǎng)絡(luò)輸出端的網(wǎng)絡(luò)輸出端的 電壓幅度指示電壓幅度指示 器器 網(wǎng)絡(luò)輸入端網(wǎng)絡(luò)輸入端 的電壓幅度的電壓幅度 指示器指示器 輸入信號(hào)源，提供頻率和電壓輸入信號(hào)源，提供頻率和電壓 幅度均可調(diào)整的正弦信號(hào)幅度均可調(diào)整的正弦信號(hào) 電子測量原理電子測量原理 第22頁 電子測量原理電子測量原理 第23頁 電子測量原理電子測量原理 第24頁 掃 頻 信 號(hào) 發(fā) 生 器 被 測 電 路峰 值

8、檢 波 器 Y 軸 放 大 器 X 軸 放 大 器 掃 描 電 壓 發(fā) 生 器 u 3 u 4 u 5 u 1 u 2 t ttt 示波器示波器 電子測量原理電子測量原理 第25頁 電子測量原理電子測量原理 第26頁 電子測量原理電子測量原理 第27頁 電子測量原理電子測量原理 第28頁 電子測量原理電子測量原理 第29頁 電子測量原理電子測量原理 第30頁 電子測量原理電子測量原理 第31頁 u 對于對于顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)而言，要求而言，要求軌跡明亮而清晰軌跡明亮而清晰， 在不失真的前提下要有足夠高的在不失真的前提下要有足夠高的增益增益。顯。顯 示系統(tǒng)主要由示系統(tǒng)主要由斜波電壓發(fā)生器斜波電壓發(fā)

9、生器，x，y 軸通軸通 道放大器及示波管等電路構(gòu)成。道放大器及示波管等電路構(gòu)成。 BT3GIII 電子測量原理電子測量原理 第32頁 BT-3GIII頻率特性測試儀的面板布置頻率特性測試儀的面板布置 調(diào)節(jié)掃描線和水調(diào)節(jié)掃描線和水 平線重合平線重合 調(diào)節(jié)掃描線調(diào)節(jié)掃描線 明暗明暗 使掃描線光使掃描線光 滑清晰滑清晰 常接檢波探常接檢波探 頭輸出頭輸出 改變改變y增益增益 及掃描曲及掃描曲 線高度線高度 調(diào)節(jié)頻率標(biāo)調(diào)節(jié)頻率標(biāo) 記大小記大小 可使需要中可使需要中 心頻率位于心頻率位于 屏幕中心屏幕中心 外接輸入選外接輸入選 定的頻率信定的頻率信 號(hào)號(hào) 電子測量原理電子測量原理 第33頁 電子測量原理

10、電子測量原理 第34頁 電子測量原理電子測量原理 第35頁 將檢波探頭推入自校準(zhǔn)插座，并將自校準(zhǔn)插頭將檢波探頭推入自校準(zhǔn)插座，并將自校準(zhǔn)插頭 接掃頻輸接掃頻輸 出插座，檢波輸出插頭接出插座，檢波輸出插頭接Y輸入。如圖輸入。如圖6.5.2所示所示: 將頻標(biāo)選擇旋鈕置于將頻標(biāo)選擇旋鈕置于10/110/1位置，中心頻率置于起始處，此位置，中心頻率置于起始處，此 時(shí)屏幕中出現(xiàn)不同于菱形頻標(biāo)的特殊標(biāo)識(shí)，稱作零拍。時(shí)屏幕中出現(xiàn)不同于菱形頻標(biāo)的特殊標(biāo)識(shí)，稱作零拍。 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)中心頻率旋鈕，會(huì)發(fā)現(xiàn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)中心頻率旋鈕，會(huì)發(fā)現(xiàn)0 0拍及右面的大小頻標(biāo)逐拍及右面的大小頻標(biāo)逐 漸左移。其中幅度大的為漸左移。其中幅

11、度大的為10MHz10MHz頻標(biāo)，幅度小的為頻標(biāo)，幅度小的為1MHz1MHz頻標(biāo)，頻標(biāo)， 如圖如圖6.5.36.5.3（a a）所示。）所示。 準(zhǔn)備準(zhǔn)備頻標(biāo)識(shí)別頻標(biāo)識(shí)別 電子測量原理電子測量原理 第36頁 Y Y輸入端輸入端 外接頻標(biāo)外接頻標(biāo) 電子測量原理電子測量原理 第37頁 測量通頻帶和增益測量通頻帶和增益 電子測量原理電子測量原理 第38頁 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 電子測量原理電子測量原理 第39頁 雙調(diào)諧回路幅頻特性雙調(diào)諧回路幅頻特性 電子測量原理電子測量原理 第40頁 電子測量原理電子測量原理 第41頁 電子測量原理電子測量原理 第42頁 電子測量原理電子測量原理 第43頁 電子測量原

12、理電子測量原理 第44頁 電子測量原理電子測量原理 第45頁 外差式頻譜儀的頻率變換原理與超外差式頻譜儀的頻率變換原理與超 外差式收音機(jī)相同：利用無線電接收機(jī)外差式收音機(jī)相同：利用無線電接收機(jī) 中普遍使用的自動(dòng)調(diào)諧方式，通過改變中普遍使用的自動(dòng)調(diào)諧方式，通過改變 掃頻本振的頻率來捕獲待測信號(hào)的不同掃頻本振的頻率來捕獲待測信號(hào)的不同 頻率分量。也稱頻率分量。也稱掃頻外差式掃頻外差式頻譜儀。掃頻譜儀。掃 頻外差式方案是頻外差式方案是實(shí)施頻譜分析的傳統(tǒng)途實(shí)施頻譜分析的傳統(tǒng)途 徑，在高頻段占據(jù)優(yōu)勢地位。徑，在高頻段占據(jù)優(yōu)勢地位。 電子測量原理電子測量原理 第46頁 視視頻頻 濾濾波波 X放放大大 Y放

13、放大大 fx 檢檢波波 掃掃描描信信號(hào)號(hào) 發(fā)發(fā)生生器器 LO fL IF濾濾波波 中中頻頻信信號(hào)號(hào)處處理理 輸輸入入 電電路路 電子測量原理電子測量原理 第47頁 付里葉分析儀付里葉分析儀將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對 時(shí)域數(shù)字信息進(jìn)行時(shí)域數(shù)字信息進(jìn)行FFT變換以獲得頻域表征，變換以獲得頻域表征， 屬于數(shù)字式頻譜儀。屬于數(shù)字式頻譜儀。由于采用微處理器或?qū)Ｓ捎诓捎梦⑻幚砥骰驅(qū)?用集成電路，速度明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃用集成電路，速度明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃 描頻譜儀，能進(jìn)行描頻譜儀，能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析實(shí)時(shí)分析；但它同時(shí)受；但它同時(shí)受A/D 轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶寬是有限的，轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶寬是有限的， 工作頻段較低。工作頻段較低。 電子測量原理電子測量原理 第48頁 電子測量原理電子測量原理 第49頁 電子測量原理電子測量原理 第50