第八章--頻域測量課件

1、前言：前言：基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)1. 頻率與波長：頻率與波長：毫米波毫米波厘米波厘米波分米波分米波米波米波 f f101mm101mm101cm101cm1m10cm1m10cm101m101m c c30300GH30300GHz z330GHz330GHz0.33GHz0.33GHz30300MHz30300MHzf f=2. 集總參數(shù)和分布參數(shù)：集總參數(shù)和分布參數(shù)：高頻（高頻（30300MHz）以下波段）以下波段，即波長大于，即波長大于1m的情況的情況 這時元器件為集總參數(shù)（元件尺寸這時元器件為集總參數(shù)（元件尺寸波長）波長） 參數(shù)集中在參數(shù)集中在R、L、C等元件中，認為與導(dǎo)線無關(guān)。等

2、元件中，認為與導(dǎo)線無關(guān)。 微波（微波（300MHz300GHz），），即波長小于即波長小于1m的情況的情況 這時元器件為分布參數(shù)（元件尺寸這時元器件為分布參數(shù)（元件尺寸 波長）波長） 參數(shù)分布在腔體、窗口、微帶線等微波器件中，與路徑有關(guān)。參數(shù)分布在腔體、窗口、微帶線等微波器件中，與路徑有關(guān)。 3. 本課主要介紹本課主要介紹掃頻儀掃頻儀(頻率特性分析儀頻率特性分析儀)的原理與應(yīng)用的原理與應(yīng)用 微波網(wǎng)絡(luò)特性和微波網(wǎng)絡(luò)特性和網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理的工作原理線性系統(tǒng)頻率特性線性系統(tǒng)頻率特性 頻譜儀頻譜儀(頻譜分析儀頻譜分析儀)的用途、原理與分類的用途、原理與分類 掃頻外差式頻譜儀掃頻外差式頻譜

3、儀的原理、特性和應(yīng)用的原理、特性和應(yīng)用信號的頻譜分析信號的頻譜分析 在微波（在微波（300MHz300GHz）主要用）主要用網(wǎng)絡(luò)分析儀，本課不講網(wǎng)絡(luò)分析儀，本課不講。 但這種劃分不是絕對的，實際上有些掃頻儀可能工作到更高的但這種劃分不是絕對的，實際上有些掃頻儀可能工作到更高的頻率，而有些網(wǎng)絡(luò)分析儀可能工作到更低的工作頻率。應(yīng)當(dāng)指頻率，而有些網(wǎng)絡(luò)分析儀可能工作到更低的工作頻率。應(yīng)當(dāng)指出，這里講的出，這里講的“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”是指由器件、元件組成的電子網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)年是指由器件、元件組成的電子網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)年提出提出“網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀”這一名字時，還沒有計算機網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)這一名字時，還沒有計算機網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)

4、的概念。的概念。 8.1 線性系統(tǒng)幅頻特性的測量線性系統(tǒng)幅頻特性的測量 正弦穩(wěn)態(tài)下的正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)系統(tǒng)函數(shù)或或傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) )(jK就反映了該系統(tǒng)激勵就反映了該系統(tǒng)激勵與響應(yīng)的關(guān)系與響應(yīng)的關(guān)系 )()()()()(jiOeKjUjUjK式中，式中， )(K也可寫成也可寫成 )( fK，就是下面要測量的，就是下面要測量的幅頻特性幅頻特性。 )(是相頻特性本節(jié)不討論。是相頻特性本節(jié)不討論。 )( fKf)( fKf8.1.1 靜態(tài)頻率特性測量靜態(tài)頻率特性測量-點頻法點頻法 點頻法就是點頻法就是“逐點逐點”測量幅頻特性的方法，注意測量幅頻特性的方法，注意明確被測電路和明確被測電路和選用相應(yīng)

5、儀器選用相應(yīng)儀器。 f0K( f )f特點特點：所測出的幅頻特性是我們需要的：所測出的幅頻特性是我們需要的電路系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)情況下電路系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)情況下的靜態(tài)特性曲線的靜態(tài)特性曲線。但由于要逐點測量，操作繁瑣費時，并且由。但由于要逐點測量，操作繁瑣費時，并且由于頻率離散而不連續(xù)，可能遺漏掉某些特性突變點。這種方法于頻率離散而不連續(xù)，可能遺漏掉某些特性突變點。這種方法一般只用于實驗室測試研究；若用于生產(chǎn)線則效率太低了。一般只用于實驗室測試研究；若用于生產(chǎn)線則效率太低了。 如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號頻率能自動地從低如果能夠在測試過程中，使信號源輸出信號頻率能自動地從低到高連續(xù)變化并且周期性重

6、復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到高連續(xù)變化并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就可自動地描繪出幅頻特性曲線。到示波器上顯示，就可自動地描繪出幅頻特性曲線。 8.1.2 動態(tài)頻率特性測量動態(tài)頻率特性測量掃頻法掃頻法 1.掃頻法的工作原理掃頻法的工作原理 掃頻法掃頻法可以實現(xiàn)頻率特性的可以實現(xiàn)頻率特性的自動測繪自動測繪，而且不會像點頻法那樣，而且不會像點頻法那樣遺漏掉某些細節(jié)的問題。更值得注意的是，掃頻法是在一定掃遺漏掉某些細節(jié)的問題。更值得注意的是，掃頻法是在一定掃描速度下獲得被測電路的描速度下獲得被測電路的動態(tài)頻率特性動態(tài)頻率特性，這比較符合被測電路，這比較符合被測電路的

7、實際應(yīng)用情況。的實際應(yīng)用情況。 掃頻儀掃頻儀 = 掃源掃源 + 示波器示波器2.動態(tài)頻率特性動態(tài)頻率特性 隨著掃描速度的提高，頻率特性將掃頻方向偏移，如圖隨著掃描速度的提高，頻率特性將掃頻方向偏移，如圖8.3所示。所示。圖中圖中為靜態(tài)特性，為靜態(tài)特性，、為依次提高掃速時的動態(tài)特性曲線。為依次提高掃速時的動態(tài)特性曲線。可以看出可以看出動態(tài)頻率特性動態(tài)頻率特性有以下特點：有以下特點： (1)頂部最大值下降頂部最大值下降； (2)特性曲線被展寬特性曲線被展寬； (3)掃速愈高，偏移愈嚴重掃速愈高，偏移愈嚴重。 圖圖8.3 8.3 動態(tài)特性曲線動態(tài)特性曲線 其原因是由于通常與頻率特性其原因是由于通常與

8、頻率特性有關(guān)的電路，實際上是由動態(tài)有關(guān)的電路，實際上是由動態(tài)元件元件L、C等元件組成的等元件組成的(如調(diào)如調(diào)諧電路諧電路)，信號在其上建立或消，信號在其上建立或消失都需要一定的時間，掃頻速失都需要一定的時間，掃頻速度太快時，信號在其上來不及度太快時，信號在其上來不及建立或消失，故諧振曲線出現(xiàn)建立或消失，故諧振曲線出現(xiàn)滯后且展寬，出現(xiàn)了滯后且展寬，出現(xiàn)了“失敏失敏”或或“鈍化鈍化”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 8.1.3 掃頻儀舉例掃頻儀舉例BT-3型頻率特性測試儀型頻率特性測試儀 BT-3型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、雷達接收機的中頻放型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、雷達接收機的中頻放大器、電視接收機的視頻

9、率特性及鑒頻器特性，是一種較為典大器、電視接收機的視頻率特性及鑒頻器特性，是一種較為典型的頻率特性測試儀，其框圖如圖型的頻率特性測試儀，其框圖如圖8.4所示。所示。 1.BT-3掃頻儀的主要技術(shù)性能：掃頻儀的主要技術(shù)性能： (1)中心頻率：在中心頻率：在1MHz300MHz內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，分1MHz75 MHz、75MHz150MHz、150MHz300MHz三個波段三個波段； (2)掃頻頻偏：掃頻頻偏：最大頻偏最大頻偏7.5MHz； (3)掃頻信號輸出：輸出電壓掃頻信號輸出：輸出電壓0.1V（有效值），輸出阻抗（有效值），輸出阻抗75； (4)寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時寄生調(diào)幅系

10、數(shù)：最大頻偏時7.5%； (5)調(diào)頻非線系數(shù)：最大頻偏時調(diào)頻非線系數(shù)：最大頻偏時20%； (6)頻標信號：頻標信號：1MHz、10MHz和外接頻標三種。和外接頻標三種。 BT3C-A型型頻率特性測試儀頻率特性測試儀掃頻信號掃頻信號輸出端輸出端檢波探頭檢波探頭2.中心頻率和掃頻范圍中心頻率和掃頻范圍 本掃頻儀工作時是以本掃頻儀工作時是以某中心頻率某中心頻率為中心進行為中心進行掃頻掃頻的。的。 現(xiàn)以第現(xiàn)以第波段為例說其工作情況，中心頻率是人工手調(diào)振蕩回波段為例說其工作情況，中心頻率是人工手調(diào)振蕩回路中的可變電容路中的可變電容C，例如圖中調(diào)到，例如圖中調(diào)到100MHz。掃頻是掃描電流。掃頻是掃描電流

11、IM作用于調(diào)制線圈作用于調(diào)制線圈LC使振蕩頻率在使振蕩頻率在100MHz中心頻率的基礎(chǔ)上產(chǎn)中心頻率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生生7.5MHz 的頻偏的頻偏，即掃頻范圍最大只有，即掃頻范圍最大只有15MHz。 100MHz100MHz75MHz75MHz150MHz150MHzf fo o f fL LC CI IMMI IMMC C92.5MHz92.5MHz107.5MHz107.5MHz3.頻標產(chǎn)生的原理頻標產(chǎn)生的原理 圖圖8.4框圖右側(cè)給出了頻標產(chǎn)生電路的組成，現(xiàn)以框圖右側(cè)給出了頻標產(chǎn)生電路的組成，現(xiàn)以1MHz頻標為頻標為例進行說明。例進行說明。 圖圖8.6 8.6 頻標的形成過程頻標的形成過程100.

12、02MHz100.02MHz99.98MHz99.98MHz1MHz1MHz振蕩信號振蕩信號的的100100次諧波次諧波100MHz100MHz圖圖8.7 8.7 加有頻標的波形加有頻標的波形(b)(b)(a)(a)4.掃描信號與回掃處理掃描信號與回掃處理 本儀器為簡化設(shè)計，節(jié)約成本，是本儀器為簡化設(shè)計，節(jié)約成本，是利用利用50Hz市電降壓后用來做市電降壓后用來做掃描信號的掃描信號的。本儀器是采用在回掃期間令振蕩停振的辦法（原。本儀器是采用在回掃期間令振蕩停振的辦法（原理框圖中的理框圖中的“截止脈沖形成電路截止脈沖形成電路”即是加掃頻振蕩器的停振信號）即是加掃頻振蕩器的停振信號） 最后，介紹幾

13、種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù)供參考最后，介紹幾種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù)供參考( 見表見表8.1)。表表8.1 幾種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù)幾種典型掃頻儀的技術(shù)參數(shù) 型號型號頻率范圍頻率范圍掃頻范圍掃頻范圍不平坦度不平坦度BT3C-VHFBT3C-VHF1 1300MHz300MHz 20MHz 20MHz 0.25dB 0.25dBNW1251ANW1251A1 1300MHz300MHz 1MHz 1MHz 0.3dB 0.3dBNW1256DNW1256D1 11000MHz1000MHz全掃、窄掃全掃、窄掃/、單頻、單頻 0.35dB 0.35dBNW1232NW12322Hz 2Hz 2MHz2M

14、Hz20Hz 20Hz 20kHz20kHz、2kHz 2kHz 2MHz2MHz5%5% 8.28.2 微波網(wǎng)絡(luò)分析儀（簡介）微波網(wǎng)絡(luò)分析儀（簡介）微波網(wǎng)絡(luò)，是對實際的微波網(wǎng)絡(luò)，是對實際的物理實體物理實體所進行的所進行的數(shù)學(xué)抽象數(shù)學(xué)抽象。雖然不能。雖然不能研究元件內(nèi)部各點的場強，但微波元件的作用是通過它對研究元件內(nèi)部各點的場強，但微波元件的作用是通過它對微波微波信號的傳輸特性來表征的信號的傳輸特性來表征的，而這一傳輸特性可用網(wǎng)絡(luò)來表示，而這一傳輸特性可用網(wǎng)絡(luò)來表示（見圖）。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸入端的電壓、電流及輸出端的電壓、（見圖）。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸入端的電壓、電流及輸出端的電壓、電流之間的相互關(guān)系

15、已知時，微波元件的特性也就完全確定了。電流之間的相互關(guān)系已知時，微波元件的特性也就完全確定了。 雙端口網(wǎng)絡(luò)雙端口網(wǎng)絡(luò)外部特性參數(shù)外部特性參數(shù)有多種，應(yīng)用最多的是有多種，應(yīng)用最多的是散射參數(shù)散射參數(shù)S。 微波網(wǎng)絡(luò)分析儀微波網(wǎng)絡(luò)分析儀主要用來測試網(wǎng)絡(luò)的主要用來測試網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。參數(shù)。分為分為： 標量網(wǎng)絡(luò)分析儀標量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只對：只對S參數(shù)的幅值進行測量。參數(shù)的幅值進行測量。 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：具有定量測試矢量（幅值、相位）的能力。：具有定量測試矢量（幅值、相位）的能力。 8.3 頻譜分析儀的概述頻譜分析儀的概述8.3.1 信號的時域與頻域分析信號的時域與頻域分析 信號的時域和頻域特性

16、在數(shù)學(xué)上可表示為一對傅里葉變換關(guān)系：信號的時域和頻域特性在數(shù)學(xué)上可表示為一對傅里葉變換關(guān)系： deFtftj)(21)( )( )j tFf t edt圖圖8.25 8.25 時域與頻域觀測之間的關(guān)系時域與頻域觀測之間的關(guān)系（8.11） （8.12） 示波器和頻譜儀是從不同角度觀測同一個電信號，各有不同的示波器和頻譜儀是從不同角度觀測同一個電信號，各有不同的特點。特點。示波器從時域上容易區(qū)分電信號的相位關(guān)系示波器從時域上容易區(qū)分電信號的相位關(guān)系，如圖，如圖8.26中中(a)是基波與二次諧波起始峰值對齊的合成波形（線性相加）；是基波與二次諧波起始峰值對齊的合成波形（線性相加）；(b)是基波與二次

17、諧波起始相位相同合成的波形，兩者合成波形是基波與二次諧波起始相位相同合成的波形，兩者合成波形相差很大，在示波器上可以明顯地看出來。而在頻譜儀上仍是相差很大，在示波器上可以明顯地看出來。而在頻譜儀上仍是兩個頻率分量，看不出差異。但是，如果合成電路（如放大器）兩個頻率分量，看不出差異。但是，如果合成電路（如放大器）有非線性失真，即基波和二次諧波信號不能線性相加，兩者則有非線性失真，即基波和二次諧波信號不能線性相加，兩者則有交互作用，像混頻器一樣會產(chǎn)生新的頻率分量，這在示波器有交互作用，像混頻器一樣會產(chǎn)生新的頻率分量，這在示波器上難以覺察到，而在上難以覺察到，而在頻譜儀上則會明顯看到由于非線性失真帶

18、頻譜儀上則會明顯看到由于非線性失真帶來的新的頻譜分量來的新的頻譜分量?？梢?，示波器和頻譜儀有各自的特點，并。可見，示波器和頻譜儀有各自的特點，并起到互為補充的作用。起到互為補充的作用。 圖圖8.26 8.26 不同相位合成的波形不同相位合成的波形(a)(b)8.3.2 頻譜儀的主要用途頻譜儀的主要用途現(xiàn)代頻譜儀有著極寬的測量范圍，觀測信號頻率可高達幾十現(xiàn)代頻譜儀有著極寬的測量范圍，觀測信號頻率可高達幾十GHz，幅度跨度超過，幅度跨度超過140dB。 故使頻譜儀有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用場合，以至被稱為故使頻譜儀有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用場合，以至被稱為射頻萬用表射頻萬用表，成為一種基本的測量工具。目前，頻譜儀

19、的主要應(yīng)用于如下一成為一種基本的測量工具。目前，頻譜儀的主要應(yīng)用于如下一些方面：些方面： 1.正弦信號的頻譜純度正弦信號的頻譜純度 2.調(diào)制信號的頻譜調(diào)制信號的頻譜 3.非正弦波（如脈沖信號、音頻、視頻信號）的頻譜非正弦波（如脈沖信號、音頻、視頻信號）的頻譜 4.通信系統(tǒng)的發(fā)射機質(zhì)量通信系統(tǒng)的發(fā)射機質(zhì)量 5.激勵源響應(yīng)的測量激勵源響應(yīng)的測量 6.放大器的性能測試放大器的性能測試 7.噪聲頻譜的分析噪聲頻譜的分析 8.電磁干擾的測量電磁干擾的測量 音頻信號與頻譜示教音頻信號與頻譜示教8.3.3 頻譜儀的分類頻譜儀的分類 頻譜儀從工作原理上可分為模擬式與數(shù)字式兩大類。模擬式頻頻譜儀從工作原理上可分

20、為模擬式與數(shù)字式兩大類。模擬式頻譜儀是以模擬濾波器為基礎(chǔ)的；數(shù)字式頻譜儀是以數(shù)字濾波器譜儀是以模擬濾波器為基礎(chǔ)的；數(shù)字式頻譜儀是以數(shù)字濾波器或快速傅里葉變換為基礎(chǔ)的。分類如下：或快速傅里葉變換為基礎(chǔ)的。分類如下： 模擬式模擬式 實時實時-并行濾波法并行濾波法 順序濾波法順序濾波法 非實時非實時 可調(diào)濾波法可調(diào)濾波法 掃頻外差法掃頻外差法數(shù)字式數(shù)字式數(shù)字濾波法數(shù)字濾波法快速傅里葉變換（快速傅里葉變換（FFTFFT）計算法）計算法 8.3.4 頻譜儀的工作原理頻譜儀的工作原理 1.模擬式頻譜儀模擬式頻譜儀 思路思路： 我們一起來設(shè)計頻譜儀我們一起來設(shè)計頻譜儀 f0f0+Fff0+Ffff移 動 濾

21、 波移 動 濾 波器器濾波器不動濾波器不動上面移動頻譜上面移動頻譜方案一：并聯(lián)濾波法方案一：并聯(lián)濾波法方案二：移動濾波法方案二：移動濾波法方案三：掃頻外差法方案三：掃頻外差法逆向思維設(shè)計思想成功的典范逆向思維設(shè)計思想成功的典范： 改變?yōu)V波器來找頻譜是以改變?yōu)V波器來找頻譜是以百變對應(yīng)萬變百變對應(yīng)萬變，難度自然大，而，難度自然大，而掃頻掃頻外差法外差法是將頻譜逐個移進不變的濾波器是以是將頻譜逐個移進不變的濾波器是以不變對應(yīng)萬變不變對應(yīng)萬變。 電路：電路： 圖圖8.27 8.27 并行濾波頻譜儀方案并行濾波頻譜儀方案 圖圖8.28 8.28 順序濾波頻譜儀方案順序濾波頻譜儀方案圖圖8.29 8.29

22、 可調(diào)濾波頻譜儀方案可調(diào)濾波頻譜儀方案圖圖8.30 8.30 外差法頻譜儀方案外差法頻譜儀方案2.數(shù)字式頻譜儀數(shù)字式頻譜儀 數(shù)字濾波法：是仿照模擬頻譜儀，用數(shù)字濾波器代替模擬濾數(shù)字濾波法：是仿照模擬頻譜儀，用數(shù)字濾波器代替模擬濾 波器，如圖波器，如圖8.318.31所示。圖中，所示。圖中，數(shù)字濾波器的中心頻率可由控數(shù)字濾波器的中心頻率可由控 制制/ /時基電路使之順序改變時基電路使之順序改變。 所謂數(shù)字濾波，其主要功能是對數(shù)字信號進行過濾處理。由于所謂數(shù)字濾波，其主要功能是對數(shù)字信號進行過濾處理。由于輸入輸入/ /輸出都是數(shù)字序列，所以數(shù)字濾波器突實際上是一個序輸出都是數(shù)字序列，所以數(shù)字濾波器

23、突實際上是一個序列運算加工過程。與模擬濾波器相比它具有濾波特性好、可靠列運算加工過程。與模擬濾波器相比它具有濾波特性好、可靠性高、體積小、重量輕、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。但是，目前性高、體積小、重量輕、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。但是，目前數(shù)字系統(tǒng)速度還不夠高數(shù)字系統(tǒng)速度還不夠高，故在使用上還有局限性。，故在使用上還有局限性。 圖圖8.31 數(shù)字濾波式頻譜儀方案數(shù)字濾波式頻譜儀方案 快速傅里葉（快速傅里葉（FFT）分析法：）分析法：是一種軟件計算法。是一種軟件計算法?，F(xiàn)已有專門的現(xiàn)已有專門的FFT(快速傅里葉快速傅里葉)計算器，將它與數(shù)據(jù)采集和顯示計算器，將它與數(shù)據(jù)采集和顯示電路相配合，則可組成頻譜儀

24、，如圖電路相配合，則可組成頻譜儀，如圖8.32所示。所示。 通常采用通常采用DSP（Digital Signal Processor）數(shù)字信號處理器來）數(shù)字信號處理器來完成完成FFT的頻譜分析功能。在速度上明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃的頻譜分析功能。在速度上明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能夠進行實時分析。描頻譜儀，能夠進行實時分析。 應(yīng)當(dāng)指出，通常應(yīng)用的大多是外差式模擬頻譜儀。應(yīng)當(dāng)指出，通常應(yīng)用的大多是外差式模擬頻譜儀。較好的現(xiàn)代較好的現(xiàn)代頻譜儀則采用模擬與數(shù)字混合的方案頻譜儀則采用模擬與數(shù)字混合的方案。純數(shù)字式純數(shù)字式FFT頻譜儀目頻譜儀目前主要用于低頻段前主要用于低頻段，但隨著數(shù)字技術(shù)的進步，

25、數(shù)字式頻譜儀有，但隨著數(shù)字技術(shù)的進步，數(shù)字式頻譜儀有著很好的發(fā)展前景。著很好的發(fā)展前景。 圖圖8.32 快速傅里葉變換式頻譜儀方案快速傅里葉變換式頻譜儀方案 8.4 超外差式頻譜分析儀超外差式頻譜分析儀 基礎(chǔ)知識：超外差接收機（收音機、電視機、通信、雷達等接基礎(chǔ)知識：超外差接收機（收音機、電視機、通信、雷達等接收機）收機） 本本 地地振蕩器振蕩器何謂？何謂？外差：早期電臺同發(fā)外差：早期電臺同發(fā)f fs s、f fL L超外差：超外差：f fL L移入接收機移入接收機本振：本振：f fL L成了本地振蕩器成了本地振蕩器f fs s混混 頻頻 器器中中 頻頻放大器放大器檢 波 器檢 波 器放大器放

26、大器高高 頻頻調(diào) 諧 電調(diào) 諧 電路路f fL L決定選擇性決定選擇性8.4.1 工作原理工作原理 現(xiàn)以一個具體的例子來說明掃頻外差頻譜儀的工作原理。現(xiàn)以一個具體的例子來說明掃頻外差頻譜儀的工作原理。 699699t tf f0 0- -F Ff f0 0700700f f0 0+ +F F701701f f0 0F F圖圖8.33 8.33 調(diào)幅波及其頻譜圖調(diào)幅波及其頻譜圖混頻器混頻器窄窄 帶帶濾波器濾波器檢波器檢波器放大放大器器對對 數(shù)數(shù)掃掃 頻頻本本 振振鋸鋸 齒齒電壓波電壓波 15Hz15Hzf fI I =60KHz=60KHz頻譜儀頻譜儀= =超外差接收機超外差接收機+ +示波器示

27、波器外差式頻譜儀的原理外差式頻譜儀的原理可以簡述為：可以簡述為：掃頻的本振與信號混頻后，掃頻的本振與信號混頻后，使信號的各頻譜分量依次地移入窄帶濾波器，檢波放大后與掃使信號的各頻譜分量依次地移入窄帶濾波器，檢波放大后與掃描時基線同步顯示出來描時基線同步顯示出來。其要點是。其要點是移頻濾波移頻濾波。 8.4.2 實例實例1：BP-1型頻譜儀型頻譜儀 是國產(chǎn)的早期產(chǎn)品，性能指標不高，用它講解原理比較簡明易懂。是國產(chǎn)的早期產(chǎn)品，性能指標不高，用它講解原理比較簡明易懂。 變頻器變頻器MM0 0(+)(+)2.35.3MHz2.35.3MHz100Hz100Hz3MHz3MHz3MHz3MHz6MHz6

28、MHz3MHZ3MHZ30MHz30MHz被測信號被測信號100Hz100Hz30MHz30MHz( (設(shè)設(shè)f fs s =10MHz 1KHz=10MHz 1KHz標準調(diào)幅波標準調(diào)幅波) )f fs s10MHz10MHz第一混頻第一混頻MM1 1()()第二混頻第二混頻MM2 2()()第三混頻第三混頻MM3 3()()窄窄 帶帶濾波器濾波器檢檢 波波對數(shù)放大對數(shù)放大垂直偏垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)第一本第一本振振第二本第二本振振第三本第三本振振掃掃 描描發(fā)生器發(fā)生器水平偏水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)3 36MHz6MHz5MH5MHz z700kH700kHz z60kHz60kHz60kHz60kHzW

29、Wy yA AB BC CD D15MHz15MHz4.3MHz4.3MHz6,30,150Hz6,30,150Hz76076015kHz15kHzWWx x0.20.3S0.20.3S圖圖8.35 BP-1 8.35 BP-1 頻譜儀原理框圖頻譜儀原理框圖K K2 2K K1 11 11 12 22 2從圖中可以看到以下特點：從圖中可以看到以下特點： 1.多級變頻多級變頻 從框圖可以看出頻譜儀主要電路是一臺超外差接收機。為了提從框圖可以看出頻譜儀主要電路是一臺超外差接收機。為了提高分辨頻譜能力，則要提高接收機的選擇性，而決定選擇性的高分辨頻譜能力，則要提高接收機的選擇性，而決定選擇性的通頻帶

30、：通頻帶： Qff （8.13） 諧振回路的諧振回路的Q值提高較困難，故欲使值提高較困難，故欲使 f減小，主要措施是減小，主要措施是降低信號頻率降低信號頻率f，因此要通過多次變頻將被測信號的頻譜搬移，因此要通過多次變頻將被測信號的頻譜搬移到較低的中頻上，這樣窄帶濾波器才容易實現(xiàn)。到較低的中頻上，這樣窄帶濾波器才容易實現(xiàn)。 現(xiàn)以被測信號為現(xiàn)以被測信號為10MHz的標準調(diào)幅波的標準調(diào)幅波來說明其工作過程。第三來說明其工作過程。第三本振是掃頻的，它將三根譜線依次地移入窄帶濾波器（即第三本振是掃頻的，它將三根譜線依次地移入窄帶濾波器（即第三中頻放大器），它的帶寬有中頻放大器），它的帶寬有6、30、15

31、0Hz三檔可選。三檔可選。 t tt tt tt tu uA Au uB Bu uC Cu uDD0 00 00 00 00 00 00 00 04.34.31kHz1kHz1kHz1kHz1kHz1kHz1kHz1kHz10MHz10MHz5MHz5MHz700kHz700kHz60kHz60kHzf ff ff ff f(MHz)(MHz)(MHz)(MHz)(KHz)(KHz)(KHz)(KHz)151510105 57 6 07 6 0151570700 06060606030Hz30Hz|A|A|A|A|A|A|A|A|圖圖8.36 BP-18.36 BP-1各點波形圖各點波形圖2.

32、多級放大多級放大 在多級變頻的同時，實際上信號也是經(jīng)各級中頻放大的，其主在多級變頻的同時，實際上信號也是經(jīng)各級中頻放大的，其主要目的是要提高頻譜儀的靈敏度，以便能測量微弱信號的頻譜。要目的是要提高頻譜儀的靈敏度，以便能測量微弱信號的頻譜。BP-1的的靈敏度是：靈敏度是：1mV20mV。 3.對數(shù)放大對數(shù)放大 檢波后的視頻放大器通常串入對數(shù)放大器，其目的是檢波后的視頻放大器通常串入對數(shù)放大器，其目的是防止被測防止被測信號較強時使放大器信號較強時使放大器飽和飽和，提高抗，提高抗過載過載能力能力，使頻譜儀輸入信，使頻譜儀輸入信號具有較大的動態(tài)范圍，可以同時顯示大小信號的頻譜。號具有較大的動態(tài)范圍，可

33、以同時顯示大小信號的頻譜。 4.磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示 BP-1型頻譜儀沒有采用靜電偏轉(zhuǎn)型頻譜儀沒有采用靜電偏轉(zhuǎn)式示波管，而是采用黑白電視機式示波管，而是采用黑白電視機中的磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示中的磁偏轉(zhuǎn)光柵顯示9寸顯像管，寸顯像管，以獲得較大顯示屏幕。以獲得較大顯示屏幕。 U Ui iU Uo o飽和（過載）飽和（過載）應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)指出，BP-1型頻譜儀是早期的產(chǎn)品，為了易于掃頻和獲得型頻譜儀是早期的產(chǎn)品，為了易于掃頻和獲得較高的分辨率，設(shè)計在第三本振進行掃頻，通常稱為較高的分辨率，設(shè)計在第三本振進行掃頻，通常稱為“掃中式掃中式”。若在第一本振進行掃頻，可以在更寬的頻率范圍內(nèi)看到更多的若在第

34、一本振進行掃頻，可以在更寬的頻率范圍內(nèi)看到更多的信號頻譜，通常稱為信號頻譜，通常稱為“全景式全景式”。早期全景式頻譜儀。早期全景式頻譜儀(例如例如BP-12型頻譜儀型頻譜儀)為了看全景頻譜分布，而看不清楚各頻譜內(nèi)的譜線結(jié)為了看全景頻譜分布，而看不清楚各頻譜內(nèi)的譜線結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)代頻譜儀，由于電子技術(shù)的進步，大多采用構(gòu)。但是現(xiàn)代頻譜儀，由于電子技術(shù)的進步，大多采用“全景式全景式”方案，而分辨率可以做得很高。方案，而分辨率可以做得很高。 以上通過以上通過BP-1型頻譜儀介紹了頻譜儀的組成原理，它和現(xiàn)代頻型頻譜儀介紹了頻譜儀的組成原理，它和現(xiàn)代頻譜儀相比在組成原理上類似，只不過現(xiàn)代頻譜儀在具體電路技譜

35、儀相比在組成原理上類似，只不過現(xiàn)代頻譜儀在具體電路技術(shù)上更先進一些。例如，本振電路都采用了鎖相技術(shù)或頻率合術(shù)上更先進一些。例如，本振電路都采用了鎖相技術(shù)或頻率合成技術(shù)，大大提高了本振頻率穩(wěn)度指標，同時中頻濾波器的通成技術(shù)，大大提高了本振頻率穩(wěn)度指標，同時中頻濾波器的通帶也可以做得很窄，使頻譜儀的性能大為改善。帶也可以做得很窄，使頻譜儀的性能大為改善。 8.4.3 實例實例2：AV4032系列頻譜儀系列頻譜儀 它是一臺由微處理器控制的外差式頻譜儀。從電路原理上講它它是一臺由微處理器控制的外差式頻譜儀。從電路原理上講它是一種采用了是一種采用了三次變頻三次變頻技術(shù)的超外差接收機，頻率范圍技術(shù)的超外差

36、接收機，頻率范圍9kHz26.5GHz，本振采用了跟蹤鎖頻技術(shù)。，本振采用了跟蹤鎖頻技術(shù)。 諧諧波混頻波混頻基基波混頻波混頻預(yù)選器預(yù)選器圖圖8.37 8.37 頻譜儀原理框圖頻譜儀原理框圖9kHz2.95GHz2.726.5GHz3.9214GHzf1LO=36.8GHzf2LO=Nf1LO21.4MHz321.4MHz321.4MHz下面對框圖中幾個主要電路進行說明。下面對框圖中幾個主要電路進行說明。 1.輸入衰減器輸入衰減器 這是一個這是一個070dB，以，以10dB步進的程控衰減器。主要用途是步進的程控衰減器。主要用途是擴大頻譜儀的幅度測量范圍，使幅度測量上限擴展到擴大頻譜儀的幅度測量范

37、圍，使幅度測量上限擴展到+30dBm。它不但用于防止第一變頻器過載，而且用于優(yōu)化混頻器電平以它不但用于防止第一變頻器過載，而且用于優(yōu)化混頻器電平以實現(xiàn)最大的測量動態(tài)范圍。該衰減器的默認狀態(tài)設(shè)置是實現(xiàn)最大的測量動態(tài)范圍。該衰減器的默認狀態(tài)設(shè)置是10dB，用于改善頻譜儀和被測源之間的匹配。用于改善頻譜儀和被測源之間的匹配。 2.低通濾波器低通濾波器-為抑制鏡頻干擾為抑制鏡頻干擾 f fs sf fL Lf fI If ff fs sf fI I鏡頻干擾鏡頻干擾混頻混頻中放中放本振本振f fL Lf fI If fs s低通低通低通低通本機本機低波段頻率范圍為低波段頻率范圍為9kHz2.95GHz，

38、第一中頻，第一中頻F1IF=3.9214GHz，加入低通濾波器可以有效抑制鏡像頻率干擾加入低通濾波器可以有效抑制鏡像頻率干擾。 圖圖8.38 8.38 加入低通濾波器可以有效抑制鏡像的原理加入低通濾波器可以有效抑制鏡像的原理從圖中可以看出，若在第從圖中可以看出，若在第一變頻器前沒有加入低通一變頻器前沒有加入低通濾波器，高波段的信號中濾波器，高波段的信號中與低波段鏡像對應(yīng)的頻譜與低波段鏡像對應(yīng)的頻譜分量，也能與第一本振混分量，也能與第一本振混頻進入第一中放，成為鏡頻進入第一中放，成為鏡像干擾。像干擾。 3. 預(yù)選器預(yù)選器YTF（YIG tuned filter 釔鐵柘榴石調(diào)諧濾波器）釔鐵柘榴石調(diào)

39、諧濾波器） 類似超外差接收機類似超外差接收機高頻調(diào)諧電路（高頻調(diào)諧電路（雙聯(lián)電容雙聯(lián)電容）作用，作用，也是為抑制干擾也是為抑制干擾。 預(yù)選器預(yù)選器YTFYTF掃頻本振掃頻本振YTOYTO諧諧 波波混頻器混頻器N Nf f1LO1LO步進掃描步進掃描隨 本 振 掃 描隨 本 振 掃 描同 步同 步 預(yù) 選預(yù) 選 ，每 次 只 出 一每 次 只 出 一個中頻個中頻F F2IF2IF=312.4MHz=312.4MHz高波段高波段2.726.5GHz2.726.5GHz預(yù)選器的引入將極大地抑制鏡像和多重響應(yīng)，帶外抑制可達到預(yù)選器的引入將極大地抑制鏡像和多重響應(yīng)，帶外抑制可達到70dB90dB。同時也

40、可改善二次諧波失真和頻率間隔較寬的。同時也可改善二次諧波失真和頻率間隔較寬的三階交調(diào)失真的動態(tài)范圍。三階交調(diào)失真的動態(tài)范圍。 4.調(diào)諧方程和頻率參數(shù)調(diào)諧方程和頻率參數(shù) 低波段低波段：信號頻率：信號頻率FRF=9kHz2.95GHz F1LO+FRF=F1IF=3.9214GHz（教材堪誤，這里是用（教材堪誤，這里是用上上變頻變頻，得高中頻），得高中頻） F1IF-F2IF=F2IF=321.4MHz 高波段高波段：信號頻率：信號頻率FRF=2.7GHz26.5GHz N*F1LO-FRF=F2IF=321.4MHz 式中：式中：N為諧波混頻次數(shù)；為諧波混頻次數(shù)；F1LO為第一本振頻率；為第一本

41、振頻率；F2LO為第二為第二本振頻率。本振頻率。 第三中頻第三中頻：F3IF=21.4MHz 該儀器具有自校準、自適應(yīng)、自診斷、自動搜索、自動跟蹤、該儀器具有自校準、自適應(yīng)、自診斷、自動搜索、自動跟蹤、最大保持、峰值檢測、快速傅里葉變換（最大保持、峰值檢測、快速傅里葉變換（FFT）、存儲）、存儲/調(diào)用、調(diào)用、帶寬測試、交調(diào)測試等一百多種功能。還備有存儲卡，可以方帶寬測試、交調(diào)測試等一百多種功能。還備有存儲卡，可以方便地存儲或調(diào)用測試數(shù)據(jù)及測試程序。便地存儲或調(diào)用測試數(shù)據(jù)及測試程序。 為了充分達到為了充分達到一機多用一機多用，該系列頻譜儀可以加上，該系列頻譜儀可以加上準峰值檢波選準峰值檢波選項進

42、行電磁兼容項進行電磁兼容（EMC）性測試；加上）性測試；加上跟蹤信號發(fā)生器選項跟蹤信號發(fā)生器選項進進行網(wǎng)絡(luò)測試；加上行網(wǎng)絡(luò)測試；加上外混頻和擴頻選項外混頻和擴頻選項實現(xiàn)上限為實現(xiàn)上限為110GHz的擴的擴頻測量；還可進行頻測量；還可進行有線電視（有線電視（CATV）測試、數(shù)字移動通信）測試、數(shù)字移動通信（GSM900）測試、無繩電話（）測試、無繩電話（CT2）測試等）測試等。 應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)指出，現(xiàn)代頻譜儀將外差式和現(xiàn)代頻譜儀將外差式和FFT兩種技術(shù)結(jié)合起來兩種技術(shù)結(jié)合起來，前，前端仍然采用傳統(tǒng)的外差式結(jié)構(gòu)，而中頻處理部分采用數(shù)字結(jié)構(gòu)，端仍然采用傳統(tǒng)的外差式結(jié)構(gòu)，而中頻處理部分采用數(shù)字結(jié)構(gòu)，中

43、頻信號由中頻信號由A/D量化，量化，F(xiàn)FT則由通用微處理器或則由通用微處理器或DSP實現(xiàn)。這實現(xiàn)。這種方案充分利用了外差式頻譜儀的頻率范圍和種方案充分利用了外差式頻譜儀的頻率范圍和FFT優(yōu)秀的頻率優(yōu)秀的頻率分辨率，使得在很高的頻率上進行極窄帶寬的頻譜分析成為可分辨率，使得在很高的頻率上進行極窄帶寬的頻譜分析成為可能，整機性能大大提高。例如，能，整機性能大大提高。例如，Agilent E4440A型頻譜儀，頻型頻譜儀，頻率范圍率范圍f=3Hz26.5GHz，分辨帶寬可做到，分辨帶寬可做到1Hz。 8.5 頻譜儀的主要技術(shù)特性頻譜儀的主要技術(shù)特性 本節(jié)不打算羅列頻譜儀的所有技術(shù)特性，而僅就幾項主要

44、技術(shù)本節(jié)不打算羅列頻譜儀的所有技術(shù)特性，而僅就幾項主要技術(shù)特性來說明其含義，及它們之間的相互關(guān)系。由于特性來說明其含義，及它們之間的相互關(guān)系。由于頻譜儀主要頻譜儀主要組成部分是超外差接收機組成部分是超外差接收機，因此其主要技術(shù)特性類似接收機，因此其主要技術(shù)特性類似接收機，即即選擇性、靈敏度、動態(tài)范圍等技術(shù)參數(shù)選擇性、靈敏度、動態(tài)范圍等技術(shù)參數(shù)。 8.5.1 選擇性選擇性 接收機的接收機的選擇性選擇性是表示是表示選擇有用信號的能力選擇有用信號的能力。在。在頻譜儀中則表頻譜儀中則表明選擇信號頻譜的能力明選擇信號頻譜的能力，習(xí)慣上用頻譜分辨率來表示選擇性的，習(xí)慣上用頻譜分辨率來表示選擇性的優(yōu)劣。顧名

45、思義，頻譜分辨率是指能把靠得最近的優(yōu)劣。顧名思義，頻譜分辨率是指能把靠得最近的相鄰兩個頻相鄰兩個頻譜分量（兩條相鄰譜線）分辨出來的能力譜分量（兩條相鄰譜線）分辨出來的能力。從上節(jié)介紹的頻譜。從上節(jié)介紹的頻譜儀工作原理知道，分辨率高低主要儀工作原理知道，分辨率高低主要取決于窄帶中頻濾波器的帶取決于窄帶中頻濾波器的帶寬寬。但要深入一步建立分辨率的概念和了解影響因素，還需進。但要深入一步建立分辨率的概念和了解影響因素，還需進一步進行分析討論。一步進行分析討論。 1.分辨率的定義分辨率的定義 首先，明確一下在頻譜儀顯示屏上首先，明確一下在頻譜儀顯示屏上看到的頻譜圖看到的頻譜圖是被測信號的是被測信號的譜

46、線譜線，還是中頻窄帶濾波器的幅頻特性的圖形，還是中頻窄帶濾波器的幅頻特性的圖形？ 例：例： fL - fs = fI 760 700 = 60 kHz 760.010-700=60.010 kHz 760.015-700=60.015 kHz 760.020-700=60.020 kHz 。60.01560.01515Hz15Hzf fI I =60KHz=60KHz是掃頻的本振使信號頻譜分量依次移入窄帶濾波器的。實際上是掃頻的本振使信號頻譜分量依次移入窄帶濾波器的。實際上也是也是信號逐漸地掃過窄帶濾波器的，這相當(dāng)于用掃頻信號測繪信號逐漸地掃過窄帶濾波器的，這相當(dāng)于用掃頻信號測繪窄帶濾波器的幅

47、頻特性。窄帶濾波器的幅頻特性。 頻譜儀屏幕上顯示頻譜儀屏幕上顯示的是以的是以信號譜線為中心信號譜線為中心的的窄帶濾波器窄帶濾波器的的幅頻幅頻特性曲線。特性曲線。 頻譜儀的分辨率主要取決于中頻窄帶濾波器頻率特性的帶寬，頻譜儀的分辨率主要取決于中頻窄帶濾波器頻率特性的帶寬，通常帶寬由通常帶寬由-3dB點和點和-60dB點描述，帶寬越小，分辨率越高。點描述，帶寬越小，分辨率越高。 分辨帶寬分辨帶寬RBW（-3dB帶寬）：帶寬）：窄帶濾波器的窄帶濾波器的-3dB帶寬用于區(qū)別帶寬用于區(qū)別兩個等幅信號的最小頻率間隔的能力。兩個等幅信號的最小頻率間隔的能力。 -60dB帶寬：帶寬：窄帶濾波器的窄帶濾波器的-

48、60dB帶寬用于區(qū)別兩個信號幅度不帶寬用于區(qū)別兩個信號幅度不等的情況，通常把兩個相鄰頻譜分量幅度相差等的情況，通常把兩個相鄰頻譜分量幅度相差60dB時的分辨率時的分辨率稱為稱為裙邊分辨率裙邊分辨率，它主要取決于濾波器，它主要取決于濾波器-60dB通帶寬度，故用通帶寬度，故用B60dB。 形狀因子形狀因子：為了描述濾波器頻率選擇特性的優(yōu)劣，把濾波器在：為了描述濾波器頻率選擇特性的優(yōu)劣，把濾波器在-60dB處的帶寬與處的帶寬與-3dB處帶寬之比稱為濾波器通帶特性的形狀處帶寬之比稱為濾波器通帶特性的形狀因子中因子中FF： FF=（B60dB）/B 形狀因子形狀因子FF也稱濾波器的選擇性或矩形系數(shù)，也

49、稱濾波器的選擇性或矩形系數(shù)，F(xiàn)F的理想值應(yīng)的理想值應(yīng)為為1。但老式頻譜儀的。但老式頻譜儀的FF=25/1，現(xiàn)代頻譜儀中所設(shè)計的模擬，現(xiàn)代頻譜儀中所設(shè)計的模擬濾波器幅頻特性呈高斯分布，可做到濾波器幅頻特性呈高斯分布，可做到FF=15/111/1。 在一些新型頻譜儀中運用了數(shù)字濾波器，其響應(yīng)速度快，選擇在一些新型頻譜儀中運用了數(shù)字濾波器，其響應(yīng)速度快，選擇性好，形狀因子可以達到性好，形狀因子可以達到FF=5/1。 頻譜儀的分辨率反映出頻譜儀的檔次高低，頻譜儀的分辨率反映出頻譜儀的檔次高低，經(jīng)濟型經(jīng)濟型的為的為1kHz3MHz；多功能中檔型多功能中檔型為為30Hz3MHz；高檔型高檔型的為的為1Hz

50、3MHz。多數(shù)頻譜儀的多數(shù)頻譜儀的分辨帶寬均是以分辨帶寬均是以1、3、10序列步進序列步進，實際上也可，實際上也可以設(shè)計成連續(xù)變化的。以設(shè)計成連續(xù)變化的。 BB60dB2.動態(tài)頻率特性與自適應(yīng)關(guān)系動態(tài)頻率特性與自適應(yīng)關(guān)系 上述分辨率實際上是中頻濾上述分辨率實際上是中頻濾波器的波器的靜態(tài)分辨率靜態(tài)分辨率，當(dāng)掃頻，當(dāng)掃頻速度非?？鞎r，其諧振曲線速度非?？鞎r，其諧振曲線出現(xiàn)滯后與展寬，出現(xiàn)了出現(xiàn)滯后與展寬，出現(xiàn)了“失失敏敏”或或“鈍化鈍化”現(xiàn)象。因此，要現(xiàn)象。因此，要掌握好掃頻速度，否則頻譜掌握好掃頻速度，否則頻譜儀的分辨帶寬被展得太寬，儀的分辨帶寬被展得太寬，使頻譜分辨率變差。使頻譜分辨率變差。

51、因此，頻譜儀要求使用者正因此，頻譜儀要求使用者正確選擇好靜態(tài)分辨帶寬和掃確選擇好靜態(tài)分辨帶寬和掃頻速度，而掃頻速度要靠選頻速度，而掃頻速度要靠選擇好掃頻范圍（通常稱為跨擇好掃頻范圍（通常稱為跨度度“SPAN”）和掃描時間（）和掃描時間（ST），以達到動態(tài)分辨帶寬為最佳），以達到動態(tài)分辨帶寬為最佳值，為了保持正確的讀數(shù)狀態(tài)應(yīng)遵循：值，為了保持正確的讀數(shù)狀態(tài)應(yīng)遵循： 掃描時間（掃描時間（ST）= k 2SPANRBW（RBWVBW） （8.15） 式中式中K為比例因子，取值與濾波器的類型及其響應(yīng)誤差有關(guān)。為比例因子，取值與濾波器的類型及其響應(yīng)誤差有關(guān)。對對4級或級或5級級聯(lián)的模擬濾波器，級級聯(lián)的模

52、擬濾波器，K取取2.5；對高斯數(shù)字濾波器，；對高斯數(shù)字濾波器，K可取可取1甚至小于甚至小于1的值。的值。 VBW是頻譜儀的是頻譜儀的后級后級視頻帶寬視頻帶寬。當(dāng)視頻帶寬小于分辨帶寬時，。當(dāng)視頻帶寬小于分辨帶寬時，所需的最小掃描時間受限于視頻濾波器的響應(yīng)時間。視頻帶寬所需的最小掃描時間受限于視頻濾波器的響應(yīng)時間。視頻帶寬越寬，視頻濾波器響應(yīng)或建立時間越短，掃描時間相應(yīng)也越短。越寬，視頻濾波器響應(yīng)或建立時間越短，掃描時間相應(yīng)也越短。視頻帶寬與掃描時間之間成線性反比，視頻帶寬減小視頻帶寬與掃描時間之間成線性反比，視頻帶寬減小n倍，掃倍，掃描時間增加描時間增加n倍。倍。 （8.15）表明在一定的掃頻寬

53、度下，分辨帶寬越窄，要求的掃）表明在一定的掃頻寬度下，分辨帶寬越窄，要求的掃 描周期越長，但是掃描周期太長就使測量速度慢。例如選描周期越長，但是掃描周期太長就使測量速度慢。例如選SPA N=1MHz的掃頻寬度，的掃頻寬度，BW=100Hz的分辨帶寬，所需的掃描周的分辨帶寬，所需的掃描周 期至少為期至少為100s，這樣的測量速度太慢了，因此就要減小掃頻寬，這樣的測量速度太慢了，因此就要減小掃頻寬 度，縮短掃描周期?？偠灾?，要選擇既滿足掃頻寬度要求又度，縮短掃描周期?？偠灾?，要選擇既滿足掃頻寬度要求又 滿足分辨帶寬要求的最快的掃描周期。滿足分辨帶寬要求的最快的掃描周期。 早期頻譜儀早期頻譜儀要

54、求使用者正確要求使用者正確選擇好靜態(tài)分辨帶寬和掃頻速度選擇好靜態(tài)分辨帶寬和掃頻速度，以達到以達到動態(tài)分辨帶寬為最佳值動態(tài)分辨帶寬為最佳值，這給初次使用者帶來了困惑，這給初次使用者帶來了困惑與與不方便不方便。 現(xiàn)代頻譜儀現(xiàn)代頻譜儀由于采用了計算機管理，具有由于采用了計算機管理，具有自適應(yīng)算法自適應(yīng)算法，CPU根根據(jù)當(dāng)前跨度據(jù)當(dāng)前跨度SPAN的大小為用戶選擇適當(dāng)?shù)姆直鎺挼拇笮橛脩暨x擇適當(dāng)?shù)姆直鎺扲BW及視及視頻帶寬頻帶寬VBW，再由以上參數(shù)決定當(dāng)前的掃描時間，再由以上參數(shù)決定當(dāng)前的掃描時間ST，通過調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)掃描時間來維持一個經(jīng)校準的顯示。也就是說現(xiàn)在的頻譜分析掃描時間來維持一個經(jīng)校準的

55、顯示。也就是說現(xiàn)在的頻譜分析儀大多能儀大多能自動配置掃描時間自動配置掃描時間,根據(jù)選取的掃頻寬度和分辨力帶寬根據(jù)選取的掃頻寬度和分辨力帶寬自動地選擇最快的可允許掃描時間自動地選擇最快的可允許掃描時間。 3.影響分辨率的因素影響分辨率的因素 上述窄帶中頻濾波器帶寬是決定分辨力的關(guān)鍵因素，但實際上上述窄帶中頻濾波器帶寬是決定分辨力的關(guān)鍵因素，但實際上影響分辨力的還有其它多種因素，主要的有兩項影響分辨力的還有其它多種因素，主要的有兩項: 1)本振的穩(wěn)定度本振的穩(wěn)定度 本振，特別是第一級本振影響最大。通常是電調(diào)諧電路，加到本振，特別是第一級本振影響最大。通常是電調(diào)諧電路，加到這些電極上的電壓是或多或少

56、帶有一定紋波的直流電壓這些電極上的電壓是或多或少帶有一定紋波的直流電壓,其輸出其輸出頻譜是頻率抖動的。對于這樣的輸出頻譜頻譜是頻率抖動的。對于這樣的輸出頻譜,稱為振蕩器的稱為振蕩器的剩余調(diào)剩余調(diào)頻頻(residual )。剩余調(diào)頻會模糊信號，以至于兩個信號不剩余調(diào)頻會模糊信號，以至于兩個信號不能被分辨出來能被分辨出來。這意味著頻譜分析儀的。這意味著頻譜分析儀的剩余調(diào)頻決定了最小分剩余調(diào)頻決定了最小分辨力帶寬，決定了頻譜儀的最高分辨力辨力帶寬，決定了頻譜儀的最高分辨力。 圖圖8.42 本振剩余調(diào)頻對分辨力的影響本振剩余調(diào)頻對分辨力的影響 圖圖8.42給出了本振剩余調(diào)頻給出了本振剩余調(diào)頻對分辨帶寬

57、的影響情況，當(dāng)對分辨帶寬的影響情況，當(dāng)分辨帶寬較大時（圖中分辨帶寬較大時（圖中3kHz時）看不到剩余調(diào)頻的影響，時）看不到剩余調(diào)頻的影響，只有當(dāng)分辨帶寬接近剩余調(diào)只有當(dāng)分辨帶寬接近剩余調(diào)頻最大頻偏時頻最大頻偏時（如圖中（如圖中1kHz、100Hz時）影響才會顯示出來，時）影響才會顯示出來，使使濾波器響應(yīng)曲線邊緣粗糙不濾波器響應(yīng)曲線邊緣粗糙不規(guī)則，如果濾波器再變窄，還會出現(xiàn)更多的尖峰，使信號無法規(guī)則，如果濾波器再變窄，還會出現(xiàn)更多的尖峰，使信號無法分辨。分辨。 2)本振的相位噪聲本振的相位噪聲 頻譜儀頻譜儀本振頻率穩(wěn)定度還會受到噪聲干擾的影響本振頻率穩(wěn)定度還會受到噪聲干擾的影響，使，使其相位隨其

58、相位隨時間起伏變化，稱為相位噪聲時間起伏變化，稱為相位噪聲。在頻域（頻譜儀上）其相位噪。在頻域（頻譜儀上）其相位噪聲（也稱邊帶噪聲）會在各頻譜分量的兩邊出現(xiàn)，如圖聲（也稱邊帶噪聲）會在各頻譜分量的兩邊出現(xiàn)，如圖8.43所所示。圖示。圖中中小信號被相位噪聲掩蓋影響了分辨率小信號被相位噪聲掩蓋影響了分辨率。這些噪聲邊帶。這些噪聲邊帶影響大信號附近小信號的分辨率。影響大信號附近小信號的分辨率。 綜上所述，頻譜儀的分辨率主綜上所述，頻譜儀的分辨率主要用分辨帶寬要用分辨帶寬RBW表征，高檔表征，高檔的已做到的已做到1Hz。通常在。通常在1Hz3MHz范圍內(nèi)按范圍內(nèi)按1、3量級步進。量級步進。 圖圖8.4

59、3 8.43 本振相位噪聲對分辨力的影響本振相位噪聲對分辨力的影響大信號大信號相位噪聲相位噪聲小信號小信號8.5.2 靈敏度靈敏度 靈敏度是表示接收微弱信號的能力靈敏度是表示接收微弱信號的能力，而，而限制接收機靈敏度限制接收機靈敏度提高提高的主要的主要因素因素是是內(nèi)部噪聲電平內(nèi)部噪聲電平。 頻譜儀在不加任何信號時也會顯示噪聲電平，這個顯示平均噪頻譜儀在不加任何信號時也會顯示噪聲電平，這個顯示平均噪聲電平聲電平DANL（Displayed Average Noise Level）通常稱為本）通常稱為本底噪聲（底噪聲（Noise Floor）。）。本底噪聲本底噪聲在頻譜圖中表現(xiàn)為接近顯示在頻譜圖中

60、表現(xiàn)為接近顯示器器底部的噪聲基線底部的噪聲基線。因此，。因此，被測信號若小于本底噪聲則測不出被測信號若小于本底噪聲則測不出來了來了。 本底噪聲是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲，其大部分來自中頻放大器第本底噪聲是頻譜儀自身產(chǎn)生的噪聲，其大部分來自中頻放大器第一級前的器件與電路的熱噪聲，且是寬帶白噪聲。而頻譜儀的一級前的器件與電路的熱噪聲，且是寬帶白噪聲。而頻譜儀的分分辨帶寬只允許通過一小部分噪聲能量到包絡(luò)檢波器及視放去辨帶寬只允許通過一小部分噪聲能量到包絡(luò)檢波器及視放去。因。因此，此，本底噪聲大小與分辨帶寬有關(guān)本底噪聲大小與分辨帶寬有關(guān)。 頻譜儀靈敏度定義頻譜儀靈敏度定義為：為：在特定的分辨帶寬下，或歸一