電子測(cè)量 第七章頻域測(cè)量(新)

1、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 光點(diǎn)掃描式和光柵增輝式掃頻儀光點(diǎn)掃描式和光柵增輝式掃頻儀線性系統(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儀的原理、特性和應(yīng)用的原理、特性和應(yīng)用信號(hào)的頻譜分析信號(hào)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，自學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析儀，自學(xué)。 但這種劃分不是絕對(duì)的，實(shí)際上有些掃頻儀可能工作到更高的但這種劃分不是絕對(duì)的，實(shí)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)

2、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(shí)，還沒(méi)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)這一名字時(shí)，還沒(méi)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的概念。的概念。 第七章 頻域測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)1. 頻率與波長(zhǎng)：頻率與波長(zhǎng)：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 z330GHz330GHz0.33GHz0.33GHz30300MHz30300MH

3、zf 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(zhǎng)大于，即波長(zhǎng)大于1m的情況的情況 這時(shí)元器件為集總參數(shù)（元件尺寸這時(shí)元器件為集總參數(shù)（元件尺寸波長(zhǎng)）波長(zhǎng)） 參數(shù)集中在參數(shù)集中在R、L、C等元件中，認(rèn)為與導(dǎo)線無(wú)關(guān)。等元件中，認(rèn)為與導(dǎo)線無(wú)關(guān)。 微波（微波（300MHz300GHz），），即波長(zhǎng)小于即波長(zhǎng)小于1m的情況的情況 這時(shí)元器件為分布參數(shù)（元件尺寸這時(shí)元器件為分布參數(shù)（元件尺寸 波長(zhǎng)）波長(zhǎng)） 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)。 概述 信號(hào)的信號(hào)的頻譜分析頻

4、譜分析和線性系統(tǒng)的和線性系統(tǒng)的頻率特性頻率特性是是頻率測(cè)量的主要內(nèi)容頻率測(cè)量的主要內(nèi)容 目前，信號(hào)頻譜分析的主要工具是目前，信號(hào)頻譜分析的主要工具是掃頻外差式掃頻外差式頻譜分析儀頻譜分析儀，通過(guò)它來(lái)完成信號(hào)本身的分析和線，通過(guò)它來(lái)完成信號(hào)本身的分析和線性系統(tǒng)的非線性失真系數(shù)測(cè)量性系統(tǒng)的非線性失真系數(shù)測(cè)量 頻率特性的基本測(cè)量方法取決于頻率特性的基本測(cè)量方法取決于加到被測(cè)系統(tǒng)加到被測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)的測(cè)試信號(hào)。據(jù)此可分為。據(jù)此可分為靜態(tài)點(diǎn)頻測(cè)量、動(dòng)態(tài)掃靜態(tài)點(diǎn)頻測(cè)量、動(dòng)態(tài)掃頻測(cè)量和偽隨機(jī)信號(hào)測(cè)量頻測(cè)量和偽隨機(jī)信號(hào)測(cè)量等等7.1 頻譜分析儀的概述頻譜分析儀的概述一一. 信號(hào)的時(shí)域與頻域分析信號(hào)的時(shí)域與頻

5、域分析 信號(hào)的時(shí)域和頻域特性在數(shù)學(xué)上可表示為一對(duì)傅里葉變換關(guān)系：信號(hào)的時(shí)域和頻域特性在數(shù)學(xué)上可表示為一對(duì)傅里葉變換關(guān)系： deFtftj)(21)( )( )j tFf t edt圖圖7-1 7-1 時(shí)域與頻域觀測(cè)之間的關(guān)系時(shí)域與頻域觀測(cè)之間的關(guān)系示波器和頻譜儀是從不同角度觀測(cè)同一個(gè)電信號(hào)，各有不同的示波器和頻譜儀是從不同角度觀測(cè)同一個(gè)電信號(hào)，各有不同的特點(diǎn)。特點(diǎn)。示波器示波器從時(shí)域上容易區(qū)分電信號(hào)的相位關(guān)系從時(shí)域上容易區(qū)分電信號(hào)的相位關(guān)系，如圖，如圖7-2a中是基波與二次諧波起始峰值對(duì)齊的合成波形（線性相加）；中是基波與二次諧波起始峰值對(duì)齊的合成波形（線性相加）；圖圖7-2b是基波與二次諧波

6、起始相位相同合成的波形，兩者合成波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(lái)。而在頻譜儀上仍是形相差很大，在示波器上可以明顯地看出來(lái)。而在頻譜儀上仍是兩個(gè)頻率分量，看不出差異如圖兩個(gè)頻率分量，看不出差異如圖7-1?？梢?jiàn)，示波器和頻譜儀有。可見(jiàn)，示波器和頻譜儀有各自的特點(diǎn)。各自的特點(diǎn)。 圖圖7-2 7-2 不同相位合成的波形不同相位合成的波形(a)(b)圖圖7-1 7-1 時(shí)域與頻域觀測(cè)之間的關(guān)系時(shí)域與頻域觀測(cè)之間的關(guān)系從另一個(gè)角度來(lái)看，即使頻率分析只能給出幅度頻譜，往往也能從另一個(gè)角度來(lái)看，即使頻率分析只能給出幅度頻譜，往往也能在一些方面達(dá)到時(shí)域分

7、析達(dá)不到的效果。現(xiàn)代頻譜儀可以在一屏在一些方面達(dá)到時(shí)域分析達(dá)不到的效果。現(xiàn)代頻譜儀可以在一屏顯示相差顯示相差80dB的信號(hào)。（的信號(hào)。（Vx/V0=10000）。而有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試人）。而有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試人員也很難在示波器圖形中發(fā)現(xiàn)正弦波內(nèi)包含的小于員也很難在示波器圖形中發(fā)現(xiàn)正弦波內(nèi)包含的小于1%的諧波成的諧波成分。從靈敏度來(lái)看，示波器靈敏度一般在分。從靈敏度來(lái)看，示波器靈敏度一般在mV級(jí)。而頻譜儀則可級(jí)。而頻譜儀則可達(dá)到達(dá)到V級(jí)。級(jí)。因此，示波器是最常用的儀器。而頻譜儀能夠提供更深刻，更因此，示波器是最常用的儀器。而頻譜儀能夠提供更深刻，更嚴(yán)格的分析。嚴(yán)格的分析。 頻譜儀的主要用途頻譜儀的主要用途現(xiàn)

8、代頻譜儀有著極寬的測(cè)量范圍，觀測(cè)信號(hào)頻率可高達(dá)幾十現(xiàn)代頻譜儀有著極寬的測(cè)量范圍，觀測(cè)信號(hào)頻率可高達(dá)幾十GHz，幅度跨度超過(guò)，幅度跨度超過(guò)140dB。 故使頻譜儀有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合，以至被稱為故使頻譜儀有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合，以至被稱為射頻萬(wàn)用表射頻萬(wàn)用表，成為一種基本的測(cè)量工具。目前，頻譜儀的主要應(yīng)用于如下一成為一種基本的測(cè)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(hào)的頻譜純度正弦信號(hào)的頻譜純度 2.調(diào)制信號(hào)的頻譜調(diào)制信號(hào)的頻譜 3.非正弦波（如脈沖信號(hào)、音頻、視頻信號(hào)）的頻譜非正弦波（如脈沖信號(hào)、音頻、視頻信號(hào)）的頻譜 4.通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)質(zhì)量通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)質(zhì)量

9、 5.激勵(lì)源響應(yīng)的測(cè)量激勵(lì)源響應(yīng)的測(cè)量 6.放大器的性能測(cè)試放大器的性能測(cè)試 7.噪聲頻譜的分析噪聲頻譜的分析 8.電磁干擾的測(cè)量電磁干擾的測(cè)量 音頻信號(hào)與頻譜音頻信號(hào)與頻譜演示演示 高效能溝通者（語(yǔ)音頻譜分析）高效能溝通者（語(yǔ)音頻譜分析）The man who can think and does not know how to express what he thinks is at the level of him who cannot think. 高效能溝通者激發(fā)熱情、信任 低效能溝通者 = 沒(méi)有思想 心誠(chéng) 面善 高效能溝通者有更多的機(jī)會(huì) 多尋找團(tuán)隊(duì)合作的機(jī)會(huì)mp3播放器播放器FFT

10、頻譜頻譜濾波器濾波器（均衡器）（均衡器）CD對(duì)人而言是很好對(duì)人而言是很好的音樂(lè)，對(duì)狗而言卻的音樂(lè)，對(duì)狗而言卻很怎么樣。很怎么樣。狗的聽覺(jué)很發(fā)達(dá)，它們能聽到的音頻范圍要遠(yuǎn)比人狗的聽覺(jué)很發(fā)達(dá)，它們能聽到的音頻范圍要遠(yuǎn)比人的寬得多，如人類只能聽到的寬得多，如人類只能聽到1620000赫茲的振動(dòng)音，赫茲的振動(dòng)音，而狗卻能聽到高達(dá)一百萬(wàn)赫茲的振動(dòng)音。據(jù)測(cè)試，而狗卻能聽到高達(dá)一百萬(wàn)赫茲的振動(dòng)音。據(jù)測(cè)試，狗的聽覺(jué)是人的狗的聽覺(jué)是人的16倍。它可以區(qū)別出節(jié)拍器每分鐘倍。它可以區(qū)別出節(jié)拍器每分鐘振動(dòng)振動(dòng)96次、次、100次、次、133次和次和144次之間的微小差別。次之間的微小差別。這對(duì)人而言，是難以想像的。這

11、對(duì)人而言，是難以想像的。 MP3是一種有損格式，是一種有損格式，它提供了多種不同它提供了多種不同“位位速速”的選項(xiàng)的選項(xiàng)也就是用也就是用來(lái)表示每秒音頻所需的來(lái)表示每秒音頻所需的編碼數(shù)據(jù)位數(shù)。典型的編碼數(shù)據(jù)位數(shù)。典型的速度介于每秒速度介于每秒128和和320kb之間。與此對(duì)照的之間。與此對(duì)照的是，是，CD上未經(jīng)壓縮的音上未經(jīng)壓縮的音頻位速是頻位速是1411.2 kbit/s（16 位位/采樣點(diǎn)采樣點(diǎn) 44100 采樣點(diǎn)采樣點(diǎn)/秒秒 2 通通道道)。 高音C之王 帕瓦羅蒂（資料） 二、頻譜儀的工作原理二、頻譜儀的工作原理 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

12、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（濾波式）（濾波式）實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)-并行濾波法并行濾波法 順序?yàn)V波法順序?yàn)V波法 非實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí) 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（計(jì)算式）（計(jì)算式）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(jì)算法）計(jì)算法 （一）多濾波器并行分析（一）多濾波器并行分析 又稱為多通道濾波器分析。下圖中并行的又稱為多通道濾波器分析。下圖中并行的N個(gè)濾波器覆

13、蓋了整個(gè)個(gè)濾波器覆蓋了整個(gè)頻譜儀的工作范圍頻譜儀的工作范圍 。受到濾波器數(shù)目的限制，其工作頻率范圍。受到濾波器數(shù)目的限制，其工作頻率范圍不可能很寬。不可能很寬。并行濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：由于它未對(duì)信號(hào)做復(fù)雜處理，因而并行濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：由于它未對(duì)信號(hào)做復(fù)雜處理，因而分析速度分析速度快快。同時(shí)，因?yàn)V波器和檢波器均。同時(shí)，因?yàn)V波器和檢波器均不共用不共用，可以不考慮電路切換帶來(lái)，可以不考慮電路切換帶來(lái)的建立時(shí)間和各路信號(hào)間的時(shí)間差，分析工作基本可以認(rèn)為是的建立時(shí)間和各路信號(hào)間的時(shí)間差，分析工作基本可以認(rèn)為是實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)的。的。濾波器帶寬相同濾波器帶寬相同的稱為的稱為恒定帶寬恒定帶寬分析儀分析儀，其頻率，其頻率

14、軸刻度為均勻刻軸刻度為均勻刻度。適合分析頻度。適合分析頻率分布比較均勻率分布比較均勻的信號(hào)的信號(hào)濾波器帶寬按一濾波器帶寬按一定比例增長(zhǎng)的稱定比例增長(zhǎng)的稱為為恒百分比分析恒百分比分析儀儀，其頻率軸刻，其頻率軸刻度為對(duì)數(shù)度，適度為對(duì)數(shù)度，適合分析頻率范圍合分析頻率范圍較寬的信號(hào)。較寬的信號(hào)。與并行分析類似的幾種頻譜分析與并行分析類似的幾種頻譜分析 在同一時(shí)間只處理、在同一時(shí)間只處理、顯示一個(gè)支路的濾顯示一個(gè)支路的濾波、檢波結(jié)果，電波、檢波結(jié)果，電路簡(jiǎn)化，路簡(jiǎn)化，準(zhǔn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)實(shí)時(shí)。共用檢波和處理顯共用檢波和處理顯示電路，因?yàn)V波器示電路，因?yàn)V波器需要一定建立時(shí)間，需要一定建立時(shí)間，非實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí)。數(shù)字濾波器

15、和檢波數(shù)字濾波器和檢波器工作穩(wěn)定可靠，器工作穩(wěn)定可靠，性能和一致性較好，性能和一致性較好，近似實(shí)時(shí)。近似實(shí)時(shí)。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，如圖所示。圖中，波器，如圖所示。圖中，數(shù)字濾波器的中心頻率可由控?cái)?shù)字濾波器的中心頻率可由控 制制/ /時(shí)基電路使之順序改變時(shí)基電路使之順序改變。 所謂數(shù)字濾波，其主要功能是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾處理。由于所謂數(shù)字濾波，其主要功能是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行過(guò)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(shí)際上是一個(gè)序輸出都是數(shù)字序列，所以數(shù)字濾波器突實(shí)

16、際上是一個(gè)序列運(yùn)算加工過(guò)程。與模擬濾波器相比它具有濾波特性好、可靠列運(yùn)算加工過(guò)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(diǎn)。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(diǎn)。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。 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(jì)算法。是一種軟件計(jì)算法。現(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(jì)算器，將它與數(shù)據(jù)采集和顯示計(jì)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，如圖所示。電路相

17、配合，則可組成頻譜儀，如圖所示。 通常采用通常采用DSP（Digital Signal Processor）數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)）數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)完成完成FFT的頻譜分析功能。在速度上明顯超過(guò)傳統(tǒng)的模擬式掃的頻譜分析功能。在速度上明顯超過(guò)傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。描頻譜儀，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)步，數(shù)字式頻譜儀有，但隨著數(shù)字

18、技術(shù)的進(jìn)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。 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 （ 二）掃頻外差式頻譜分析二）掃頻外差式頻譜分析 1.模擬式頻譜儀模擬式頻譜儀 思路思路： 我們一起來(lái)設(shè)計(jì)頻譜儀我們一起來(lái)設(shè)計(jì)頻譜儀 f0f0+Fff0+Ffff移 動(dòng) 濾 波移 動(dòng) 濾 波器器濾波器不動(dòng)濾波器不動(dòng)上面移動(dòng)頻譜上面移動(dòng)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(dòng)濾波法方案二：移動(dòng)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(jì)思想成功的典范逆向思維設(shè)計(jì)思想成功的典范： 改變?yōu)V波器來(lái)找頻譜是以改變?yōu)V波器來(lái)找頻譜是以百變對(duì)應(yīng)萬(wàn)變百變對(duì)應(yīng)萬(wàn)變，難度自然大

19、，而，難度自然大，而掃頻掃頻外差法外差法是將頻譜逐個(gè)移進(jìn)不變的濾波器是以是將頻譜逐個(gè)移進(jìn)不變的濾波器是以不變對(duì)應(yīng)萬(wàn)變不變對(duì)應(yīng)萬(wàn)變。 （二）（二） 掃頻外差式頻譜分析儀掃頻外差式頻譜分析儀 基礎(chǔ)知識(shí)：超外差接收機(jī)（收音機(jī)、電視機(jī)、通信、雷達(dá)等接基礎(chǔ)知識(shí)：超外差接收機(jī)（收音機(jī)、電視機(jī)、通信、雷達(dá)等接收機(jī)）收機(jī)） 本本 地地振蕩器振蕩器何謂？何謂？外差：早期電臺(tái)同發(fā)外差：早期電臺(tái)同發(fā)f fs s、f fL L超外差：超外差：f fL L移入接收機(jī)移入接收機(jī)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 器放大器放大器高高 頻頻調(diào)

20、 諧 電調(diào) 諧 電路路f fL L決定選擇性決定選擇性 1.外差頻譜儀外差頻譜儀 工作原理工作原理 現(xiàn)說(shuō)明掃頻外差頻譜儀的工作原理?，F(xiàn)說(shuō)明掃頻外差頻譜儀的工作原理。 外差式頻譜儀的原理外差式頻譜儀的原理可以簡(jiǎn)述為：可以簡(jiǎn)述為：掃頻的本振與信號(hào)混頻后，掃頻的本振與信號(hào)混頻后，使信號(hào)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(hào)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(shí)基線同步顯示出來(lái)描時(shí)基線同步顯示出來(lái)。其要點(diǎn)是。其要點(diǎn)是移頻濾波移頻濾波。 1.外差頻譜儀外差頻譜儀 工作原理工作原理 被測(cè)信號(hào)中的被測(cè)信號(hào)中的N個(gè)頻譜分量可以用一個(gè)頻率連續(xù)掃動(dòng)的掃頻本個(gè)頻譜分量可以用一個(gè)頻率連續(xù)

21、掃動(dòng)的掃頻本地地振蕩器產(chǎn)生的振蕩器產(chǎn)生的fL進(jìn)行混頻。被測(cè)信號(hào)中的進(jìn)行混頻。被測(cè)信號(hào)中的n個(gè)頻譜分量在不同時(shí)個(gè)頻譜分量在不同時(shí)刻使混頻輸出落入到中頻濾波器的通帶中：刻使混頻輸出落入到中頻濾波器的通帶中：IxnLnfff通常令本地振蕩幅度保持不變，則混頻器輸出與被測(cè)的第通常令本地振蕩幅度保持不變，則混頻器輸出與被測(cè)的第n個(gè)頻譜個(gè)頻譜分量分量fxn的幅度成正比，檢波后可在的幅度成正比，檢波后可在Y方向上顯示該頻譜分量大小。方向上顯示該頻譜分量大小。2.掃頻發(fā)生器的掃速和中頻濾波器的動(dòng)態(tài)特性掃頻發(fā)生器的掃速和中頻濾波器的動(dòng)態(tài)特性 隨著掃描速度的提高，濾波器頻率特性將向掃頻方向偏移。隨著掃描速度的提高

22、，濾波器頻率特性將向掃頻方向偏移。圖中為靜態(tài)特性和依次提高掃速時(shí)的動(dòng)態(tài)特性曲線。圖中為靜態(tài)特性和依次提高掃速時(shí)的動(dòng)態(tài)特性曲線?？梢钥闯隹梢钥闯鰟?dòng)態(tài)頻率特性動(dòng)態(tài)頻率特性有以下特點(diǎn)：有以下特點(diǎn)： (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(yán)重掃速愈高，偏移愈嚴(yán)重。 其原因是由于通常與頻率特性其原因是由于通常與頻率特性有關(guān)的電路，實(shí)際上是由動(dòng)態(tài)有關(guān)的電路，實(shí)際上是由動(dòng)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(hào)在其上建立或消，信號(hào)在其上建立或消失都需要一定的時(shí)間，掃頻速失都需要一定的時(shí)間，掃頻速度太快時(shí)，信號(hào)在其上來(lái)不

23、及度太快時(shí)，信號(hào)在其上來(lái)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。 dtdf掃速：tffs線性掃頻： 3.掃頻法測(cè)得的譜線變?yōu)閯?dòng)態(tài)特性曲線掃頻法測(cè)得的譜線變?yōu)閯?dòng)態(tài)特性曲線假設(shè)被測(cè)信號(hào)為一個(gè)假設(shè)被測(cè)信號(hào)為一個(gè)700kHz的單一頻率信號(hào)，當(dāng)掃頻信號(hào)掃過(guò)的單一頻率信號(hào)，當(dāng)掃頻信號(hào)掃過(guò)759.97760.03kHz時(shí)，混頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中心頻率為時(shí)，混頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中心頻率為60kHz的濾波的濾波器器輸出的信號(hào)頻譜就和濾波器傳遞函數(shù)相同。輸出的信號(hào)頻譜就和濾波器傳遞函數(shù)相同。首先，明確一下在頻譜儀顯示屏上首先，明確一下在頻

24、譜儀顯示屏上看到的頻譜圖看到的頻譜圖是被測(cè)信號(hào)的是被測(cè)信號(hào)的譜線譜線，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(hào)頻譜分量依次移入窄帶濾波器的。實(shí)際上是掃頻的本振使信號(hào)頻譜分量依次移入窄帶濾波器的。實(shí)際上也是也是信號(hào)逐漸地掃過(guò)窄帶濾波器的，這相當(dāng)于用掃頻信號(hào)測(cè)繪信

25、號(hào)逐漸地掃過(guò)窄帶濾波器的，這相當(dāng)于用掃頻信號(hào)測(cè)繪窄帶濾波器的幅頻特性。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(hào)譜線為中心信號(hào)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。 4.用動(dòng)態(tài)特性顯示帶來(lái)的問(wèn)題及處理用動(dòng)態(tài)特性顯示帶來(lái)的問(wèn)題及處理問(wèn)題：由于外差式頻譜儀顯示的是一個(gè)個(gè)濾波器的動(dòng)態(tài)特性就可能問(wèn)題：由于外差式頻譜儀顯示的是一個(gè)個(gè)濾波器的動(dòng)態(tài)特性就可能使得兩個(gè)靠得很近的兩個(gè)譜線互相疊加在一起。另外，動(dòng)態(tài)特性使得兩個(gè)靠得很近的兩個(gè)譜線互相疊加在一起。另外，動(dòng)態(tài)特性曲線的峰值和中心頻率也會(huì)隨掃速改變。曲線的峰值和中心頻率也會(huì)隨掃速改變。22ssdB

26、KBB濾波器的動(dòng)態(tài)帶寬濾波器的動(dòng)態(tài)帶寬Bd不僅和濾波器結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和其靜態(tài)特不僅和濾波器結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和其靜態(tài)特性和掃頻速度有關(guān)。性和掃頻速度有關(guān)。 （7-7）動(dòng)態(tài)特性帶寬（動(dòng)態(tài)特性帶寬（Bd）與掃頻速度）與掃頻速度()及靜態(tài)分辨力及靜態(tài)分辨力(Bs)的關(guān)系的關(guān)系 1)靜態(tài)特性帶寬一定時(shí)，動(dòng)態(tài)特性帶寬隨的減小而減小。適當(dāng)減慢掃速可以減小Bd。 2）掃頻速度固定時(shí)，一定有一個(gè)Bs使得Bd最小。 3)獲得高的動(dòng)態(tài)分辨力是使用頻譜儀的重要問(wèn)題。的選擇以獲得較高的動(dòng)態(tài)分辨率為準(zhǔn)則。同時(shí)還應(yīng)考慮分的選擇以獲得較高的動(dòng)態(tài)分辨率為準(zhǔn)則。同時(shí)還應(yīng)考慮分析時(shí)間的影響。即一方面，析時(shí)間的影響。即一方面， 越小，越小

27、，Bd就越接近就越接近Bq另一另一方面，方面， 越小，則意味著分析時(shí)間越長(zhǎng)。應(yīng)該取兩者的折越小，則意味著分析時(shí)間越長(zhǎng)。應(yīng)該取兩者的折衷。衷?，F(xiàn)在的頻譜分析儀大多能現(xiàn)在的頻譜分析儀大多能自動(dòng)配置掃自動(dòng)配置掃描時(shí)間（描時(shí)間（AUTO）,根據(jù)選取的掃頻寬根據(jù)選取的掃頻寬度和分辨力帶寬自動(dòng)地選擇最快的可度和分辨力帶寬自動(dòng)地選擇最快的可允許掃描時(shí)間允許掃描時(shí)間三、頻譜儀的主要技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用（一）頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)1.有效頻率范圍 是指在滿足儀器性能指標(biāo)的情況下，儀器能分辨的最高頻率范圍。目前可達(dá)幾Hz到幾十GHz。2.頻率分辨力、邊緣因子和波形因子頻率分辨力：能夠分辨的最小譜線間隔。疊加后的顯示圖

28、形中心處比最高處凹了3dB。這時(shí)把兩條頻譜線的頻率間隔或者一個(gè)頻率特性曲線的6dB帶寬稱為分辨力帶寬（RBW）邊緣分辨力（邊緣分辨力（ER）通常把兩信號(hào)相差通常把兩信號(hào)相差60dB，能分辨出小信號(hào)時(shí)，兩信號(hào)之間，能分辨出小信號(hào)時(shí)，兩信號(hào)之間的頻率差稱為動(dòng)態(tài)顯示邊緣分辨力，簡(jiǎn)稱邊緣分辨力。的頻率差稱為動(dòng)態(tài)顯示邊緣分辨力，簡(jiǎn)稱邊緣分辨力。波形因子波形因子濾波器頻率特性的兩個(gè)側(cè)邊越陡，分辨邊緣處小信號(hào)的能濾波器頻率特性的兩個(gè)側(cè)邊越陡，分辨邊緣處小信號(hào)的能力越強(qiáng)。定義該特性曲線中下降一定力越強(qiáng)。定義該特性曲線中下降一定dB值時(shí)濾波器帶寬與值時(shí)濾波器帶寬與它的它的3dB帶寬的比值為波形因子。帶寬的比值為

29、波形因子。8.分析時(shí)間或掃描時(shí)間 掃頻寬度又稱“分析譜寬”，是指頻譜儀在一次測(cè)量分析過(guò)程中（即一個(gè)掃描正程）顯示的頻率范圍。分為“全掃”和“窄掃”兩種。 完成一次頻譜所需的時(shí)間稱為分析時(shí)間，實(shí)際上就是一次掃描正程時(shí)間，即掃描時(shí)間。 掃頻寬度與分析時(shí)間之比就是掃頻速度。 典型產(chǎn)品簡(jiǎn)介典型產(chǎn)品簡(jiǎn)介 下表給出了幾種型號(hào)頻譜儀的技術(shù)性能參數(shù)。下表給出了幾種型號(hào)頻譜儀的技術(shù)性能參數(shù)。 幾種型號(hào)頻譜儀的技術(shù)性能幾種型號(hào)頻譜儀的技術(shù)性能 3838萬(wàn)元萬(wàn)元型號(hào)型號(hào)頻率范圍頻率范圍分辯力分辯力帶寬帶寬靈敏度靈敏度動(dòng)態(tài)范動(dòng)態(tài)范圍圍頻率準(zhǔn)確頻率準(zhǔn)確度度幅度準(zhǔn)確幅度準(zhǔn)確度度HP8593EHP8593E9kHz9kHz

30、26.5GH26.5GHz z30Hz30Hz30MHz30MHz-117dBm-117dBm103dB103dB1.2kHz1.2kHz10GHz10GHz3dB3dBAgilentAgilentE4E4440A440A3Hz3Hz26.5GH26.5GHz z1Hz1Hz2MHz2MHz-145dBm-145dBm114Db114Db1kHz1kHz10GHz10GHz3Db3DbR3271AR3271A100Hz100Hz26.5GH26.5GHz z10Hz10Hz3MHz3MHz-123dBm-123dBm100dB100dB210Hz210Hz10GHz10GHz4dB4dBFSM

31、SFSMS100Hz100Hz26.5GH26.5GHz z10Hz10Hz3MHz3MHz-135dBm-135dBm100dB100dB210Hz210Hz10GHz10GHz2.5dB2.5dBTEK2784TEK2784100Hz100Hz40GHz40GHz3Hz3Hz3MHz3MHz-125dBm-125dBm100dB100dB145Hz145Hz20GHz20GHz5dB5dB （二）（二） 頻譜儀的應(yīng)用頻譜儀的應(yīng)用頻譜分析儀是一種綜合性的、多功能的信號(hào)特性測(cè)試儀器，廣頻譜分析儀是一種綜合性的、多功能的信號(hào)特性測(cè)試儀器，廣泛地用于各學(xué)科，被譽(yù)為泛地用于各學(xué)科，被譽(yù)為“射頻萬(wàn)用表

32、射頻萬(wàn)用表”。 由于頻譜儀具有靈敏度高、頻帶寬等特點(diǎn)，在射頻及微波頻率由于頻譜儀具有靈敏度高、頻帶寬等特點(diǎn)，在射頻及微波頻率下使用特別得心應(yīng)手。例如，下使用特別得心應(yīng)手。例如，頻譜儀一般可測(cè)量到微伏級(jí)微弱頻譜儀一般可測(cè)量到微伏級(jí)微弱信號(hào)信號(hào)，而一般示波器只能測(cè)到毫伏級(jí)，一般頻率計(jì)只能測(cè)到幾，而一般示波器只能測(cè)到毫伏級(jí)，一般頻率計(jì)只能測(cè)到幾十毫伏信號(hào)。頻譜儀十毫伏信號(hào)。頻譜儀頻率范圍可從幾頻率范圍可從幾kHz到幾十到幾十GHz，而示波，而示波器頻帶高于幾百器頻帶高于幾百M(fèi)Hz則很昂貴了。尤其是對(duì)信號(hào)的失真及調(diào)制則很昂貴了。尤其是對(duì)信號(hào)的失真及調(diào)制信號(hào)的測(cè)試更顯示其優(yōu)越性，例如，信號(hào)信號(hào)的測(cè)試更顯

33、示其優(yōu)越性，例如，信號(hào)5%的失真在示波器的失真在示波器難以覺(jué)察，而在難以覺(jué)察，而在頻譜儀上極小的失真都能看出來(lái)頻譜儀上極小的失真都能看出來(lái)。 下面簡(jiǎn)要地介紹頻譜儀的一些典型應(yīng)用原理和方法。下面簡(jiǎn)要地介紹頻譜儀的一些典型應(yīng)用原理和方法。 1.分析信號(hào)包含的頻譜分量及幅值分析信號(hào)包含的頻譜分量及幅值方波主要包含基波和奇次諧波。圖方波主要包含基波和奇次諧波。圖7-14中還有一些偶次諧波中還有一些偶次諧波，說(shuō)明方波并不完全對(duì)稱。在零頻處的顯示通常并不一定表示信號(hào)，說(shuō)明方波并不完全對(duì)稱。在零頻處的顯示通常并不一定表示信號(hào)中的直流分量，而是儀器有意在零頻處給出一個(gè)顯示作為頻率軸的中的直流分量，而是儀器有意

34、在零頻處給出一個(gè)顯示作為頻率軸的起點(diǎn)?？v軸可以采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，以看清信號(hào)中是否包含偶次諧波。起點(diǎn)。縱軸可以采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，以看清信號(hào)中是否包含偶次諧波。 為保證信號(hào)幅度不至于過(guò)大而損壞儀器，對(duì)可調(diào)幅度信號(hào)應(yīng)從小為保證信號(hào)幅度不至于過(guò)大而損壞儀器，對(duì)可調(diào)幅度信號(hào)應(yīng)從小到大逐漸增加幅度，對(duì)于不可變幅度信號(hào)應(yīng)該先采用大衰減再逐步到大逐漸增加幅度，對(duì)于不可變幅度信號(hào)應(yīng)該先采用大衰減再逐步減小衰減量。減小衰減量。 2.測(cè)諧波失真測(cè)諧波失真諧波失真常是由非線性而引起，又稱為非線性失真。諧波失真常是由非線性而引起，又稱為非線性失真。用頻譜儀測(cè)量信號(hào)的諧波失真，只需測(cè)信號(hào)的基頻及諧波的相對(duì)用頻譜儀測(cè)量信號(hào)的諧波失

35、真，只需測(cè)信號(hào)的基頻及諧波的相對(duì)電平即可。電平即可。2.測(cè)諧波失真測(cè)諧波失真 通常將基波電壓幅值作為參考電平即通常將基波電壓幅值作為參考電平即0dB，然后由光標(biāo)讀出各次，然后由光標(biāo)讀出各次諧波與它相差的諧波與它相差的dB值。值。1lg20VVnn%)100(10201nVVn由頻譜儀測(cè)得相應(yīng)諧波分量幅度的由頻譜儀測(cè)得相應(yīng)諧波分量幅度的dB值后，可以計(jì)算出其值后，可以計(jì)算出其電壓幅度，并可計(jì)算出總諧波失真（三版電壓幅度，并可計(jì)算出總諧波失真（三版 式式7-12）3.調(diào)制信號(hào)測(cè)試調(diào)制信號(hào)測(cè)試已調(diào)波的表達(dá)式：已調(diào)波的表達(dá)式：ttVVVtvccmcsin)cos1 ()( t )sin(21t )si

36、n(21sin)(cacaccmmtVtv上式表明，對(duì)于調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)的調(diào)幅波，共包括三個(gè)上式表明，對(duì)于調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)的調(diào)幅波，共包括三個(gè)頻譜分量，即載頻和兩個(gè)邊頻。頻譜分量，即載頻和兩個(gè)邊頻。acmmVV設(shè)調(diào)幅系數(shù)：設(shè)調(diào)幅系數(shù)：3.調(diào)制信號(hào)測(cè)試調(diào)制信號(hào)測(cè)試將載頻信號(hào)作為參考電平（將載頻信號(hào)作為參考電平（0dB），然后讀出邊頻電平：），然后讀出邊頻電平：用頻譜儀不僅可以測(cè)量一般的調(diào)幅，而且可以發(fā)現(xiàn)非常微小用頻譜儀不僅可以測(cè)量一般的調(diào)幅，而且可以發(fā)現(xiàn)非常微小的寄生調(diào)幅。如調(diào)幅系數(shù)為的寄生調(diào)幅。如調(diào)幅系數(shù)為0.02%的寄生調(diào)幅。的寄生調(diào)幅。20102am則調(diào)幅系數(shù)：則調(diào)幅系數(shù)：)21lg(

37、20am 3.調(diào)幅信號(hào)的測(cè)量調(diào)幅信號(hào)的測(cè)量 0UUmMat tf f0 0F FU U0 0U UMMma的大小反映了調(diào)幅的深度，稱為調(diào)幅系數(shù)。的大小反映了調(diào)幅的深度，稱為調(diào)幅系數(shù)。 單音調(diào)幅信號(hào)的頻譜包含三個(gè)頻率單音調(diào)幅信號(hào)的頻譜包含三個(gè)頻率分量，一個(gè)是載波，另外兩個(gè)對(duì)稱分量，一個(gè)是載波，另外兩個(gè)對(duì)稱地分布在載波兩側(cè)，稱為邊帶分量，地分布在載波兩側(cè)，稱為邊帶分量，邊帶分量的幅度正好是調(diào)制信號(hào)幅邊帶分量的幅度正好是調(diào)制信號(hào)幅度的一半度的一半，邊帶分量與載波分量的邊帶分量與載波分量的頻率差正好是調(diào)制頻率頻率差正好是調(diào)制頻率F。 已調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖已調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖MARKERMARKER 1.0

38、KHZ1.0KHZ-26dB-26dB1/2UM1/2maU0 4.相位噪聲的測(cè)量相位噪聲的測(cè)量 相位噪聲相位噪聲是信號(hào)源是信號(hào)源短期頻率穩(wěn)定度的表征，也是頻譜純度的一短期頻率穩(wěn)定度的表征，也是頻譜純度的一個(gè)重要度量指標(biāo)個(gè)重要度量指標(biāo)。 使用頻譜儀測(cè)量相位噪聲是屬于使用頻譜儀測(cè)量相位噪聲是屬于直接測(cè)量方法。在頻譜儀顯示的直接測(cè)量方法。在頻譜儀顯示的相位噪聲信號(hào)是對(duì)稱的，通常取相位噪聲信號(hào)是對(duì)稱的，通常取單邊信號(hào)稱單邊信號(hào)稱單邊帶相位噪聲單邊帶相位噪聲，如，如圖所示。其定義是指在載波圖所示。其定義是指在載波頻率的某一固定頻偏處（如圖中頻率的某一固定頻偏處（如圖中foff），在），在1Hz帶寬內(nèi)相

39、對(duì)載波功率電帶寬內(nèi)相對(duì)載波功率電平的幅度比，單位為平的幅度比，單位為dBm（1Hz）或或dBm/Hz。按此定義測(cè)量相位噪。按此定義測(cè)量相位噪聲需聲需 實(shí)際測(cè)量中由于噪聲帶寬不能保證是實(shí)際測(cè)量中由于噪聲帶寬不能保證是1Hz等原因，要對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。等原因，要對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。 現(xiàn)代頻譜儀為了簡(jiǎn)化相位噪聲測(cè)量，可以使用標(biāo)記（現(xiàn)代頻譜儀為了簡(jiǎn)化相位噪聲測(cè)量，可以使用標(biāo)記（Marker）功能直接讀出）功能直接讀出給定頻偏處的相位噪聲值，其中一些必需的計(jì)算功能已經(jīng)被自動(dòng)完成。給定頻偏處的相位噪聲值，其中一些必需的計(jì)算功能已經(jīng)被自動(dòng)完成。 NBWYdBffSSPNclg10),(7.2 線性系統(tǒng)幅頻特性的測(cè)

40、量線性系統(tǒng)幅頻特性的測(cè)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(lì)就反映了該系統(tǒng)激勵(lì)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(cè)量的，就是下面要測(cè)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)( fKf一、正弦測(cè)量技術(shù)一、正弦測(cè)量技術(shù) （一）線性系統(tǒng)的頻率特性（一）線性系統(tǒng)的頻率特性（二）增益或衰耗的測(cè)量（二）增益或衰耗的測(cè)量 在正弦信號(hào)的激勵(lì)下的線性系統(tǒng)，其輸出在正弦信號(hào)的激勵(lì)下的線性系統(tǒng)，其輸出響應(yīng)是具有與輸入相同頻

41、率的正弦波，只響應(yīng)是具有與輸入相同頻率的正弦波，只是幅值和相位有所差別。是幅值和相位有所差別。 對(duì)系統(tǒng)的特性測(cè)量一般包括以下步驟：對(duì)系統(tǒng)的特性測(cè)量一般包括以下步驟： 1）測(cè)量電路的連接；）測(cè)量電路的連接； 2）向被測(cè)系統(tǒng)提供激勵(lì)信號(hào)；）向被測(cè)系統(tǒng)提供激勵(lì)信號(hào)； 3）測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)；）測(cè)量被測(cè)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)； 4）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出結(jié)果。）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出結(jié)果。（二）增益或衰耗的測(cè)量（二）增益或衰耗的測(cè)量 比較法測(cè)量和直接法測(cè)量比較法測(cè)量和直接法測(cè)量比較法測(cè)量 設(shè)被測(cè)系統(tǒng)增益（或衰耗）用分貝表示為： 調(diào)兩個(gè)可變衰耗器，使開關(guān)在1和2步進(jìn)位時(shí)指示器讀數(shù)相同，這時(shí)被測(cè)增益為：

42、因?yàn)橹甘酒髯x數(shù)相同時(shí)有：log20dBVVAio21dBA21A比較法和直接法比較法和直接法 影響比較法測(cè)量準(zhǔn)確度的因素（見(jiàn)教材）影響比較法測(cè)量準(zhǔn)確度的因素（見(jiàn)教材） 直接法測(cè)量可以簡(jiǎn)化測(cè)量手續(xù)，精度可達(dá)直接法測(cè)量可以簡(jiǎn)化測(cè)量手續(xù)，精度可達(dá)0.1dB。 上述比較法和直接法都屬于上述比較法和直接法都屬于點(diǎn)頻法點(diǎn)頻法，基本，基本已被掃頻測(cè)量法所取代。已被掃頻測(cè)量法所取代。靜態(tài)頻率特性測(cè)量靜態(tài)頻率特性測(cè)量-點(diǎn)頻法點(diǎn)頻法點(diǎn)頻法就是點(diǎn)頻法就是“逐點(diǎn)逐點(diǎn)”測(cè)量幅頻特性的方法，注意測(cè)量幅頻特性的方法，注意明確被測(cè)電路和明確被測(cè)電路和選用相應(yīng)儀器選用相應(yīng)儀器。 f0K( f )f特點(diǎn)特點(diǎn)：所測(cè)出的幅頻特性是我

43、們需要的：所測(cè)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(diǎn)測(cè)量，操作繁瑣費(fèi)時(shí)，并且由。但由于要逐點(diǎn)測(cè)量，操作繁瑣費(fèi)時(shí)，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(diǎn)。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(diǎn)。這種方法一般只用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研究；若用于生產(chǎn)線則效率太低了。一般只用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研究；若用于生產(chǎn)線則效率太低了。 如果能夠在測(cè)試過(guò)程中，使信號(hào)源輸出信號(hào)頻率能如果能夠在測(cè)試過(guò)程中，使信號(hào)源輸出信號(hào)頻率能自動(dòng)地自動(dòng)地從低從低到高連續(xù)變化并且周期性重復(fù)，利用檢波器將輸出包絡(luò)檢出送到高連續(xù)變化并且周期性重復(fù)，利用檢波器

44、將輸出包絡(luò)檢出送到示波器上顯示，就可到示波器上顯示，就可自動(dòng)地描繪出幅頻特性曲線。自動(dòng)地描繪出幅頻特性曲線。 二、掃頻測(cè)量技術(shù) 所謂“掃頻”，就是利用某種方法，使正弦信號(hào)的頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律、在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動(dòng)。這種頻率掃動(dòng)的正弦信號(hào)稱“掃頻信號(hào)”。 相對(duì)點(diǎn)頻法，掃頻法簡(jiǎn)單快捷、能獲得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 動(dòng)態(tài)頻率特性測(cè)量動(dòng)態(tài)頻率特性測(cè)量掃頻法掃頻法 一一.掃頻法的工作原理和動(dòng)態(tài)特性掃頻法的工作原理和動(dòng)態(tài)特性 掃頻法掃頻法可以實(shí)現(xiàn)頻率特性的可以實(shí)現(xiàn)頻率特性的自動(dòng)測(cè)繪自動(dòng)測(cè)繪，而且不會(huì)像點(diǎn)頻法那樣，而且不會(huì)像點(diǎn)頻法那樣遺漏掉某些細(xì)節(jié)的問(wèn)題。更值得注意的是，掃頻法是在一定掃遺漏掉某些細(xì)節(jié)的問(wèn)題。更

45、值得注意的是，掃頻法是在一定掃描速度下獲得被測(cè)電路的描速度下獲得被測(cè)電路的動(dòng)態(tài)頻率特性動(dòng)態(tài)頻率特性，這比較符合被測(cè)電路，這比較符合被測(cè)電路的實(shí)際應(yīng)用情況。的實(shí)際應(yīng)用情況。 掃頻儀掃頻儀 = 掃源掃源 + 示波器示波器光點(diǎn)掃描式光點(diǎn)掃描式（二）掃頻信號(hào)源 1.掃頻信號(hào)源的工作特性 （1）有效掃頻寬度是指在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性符合要求的條件下，最大的頻率覆蓋范圍。常用相對(duì)值表示：121212121222fffffffffffff平均功率,2/)(12fff（2）掃頻線性可用線性系數(shù)來(lái)表征，它表示掃頻振蕩器的壓控特可用線性系數(shù)來(lái)表征，它表示掃頻振蕩器的壓控特性曲線的非線性程度。定義為：性曲線的非線性

46、程度。定義為：式中(K0)max -VCO的最大控制靈敏度，即f-V曲線的最大斜率。線性系數(shù)越接近于1越好。（3）振幅平穩(wěn)性可用掃頻信號(hào)的寄生調(diào)幅來(lái)表示：min0max0）（）（線性系數(shù)KK%1002121AAAAM2.獲得掃頻信號(hào)的方法獲得掃頻信號(hào)的方法介紹目前廣泛采用的變?nèi)荻O管掃頻。對(duì)掃頻信號(hào)的要求：1)具有足夠?qū)挼膾哳l范圍;2)良好的掃頻線性（指掃頻信號(hào)頻率變化的規(guī)律和預(yù)定的掃頻規(guī)律的吻合程度）；3)掃頻信號(hào)的振幅應(yīng)恒定不變，即振幅平穩(wěn)性要好。因?yàn)楸粶y(cè)電路輸出電壓的包絡(luò)線只有在掃頻信號(hào)振幅保持恒定的條件下，才能表征被測(cè)電路的幅頻特性。 變?nèi)荻O管掃頻P350圖7-9（a）BT-4低頻特

47、性測(cè)試儀采用。是一個(gè)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器電路，振蕩頻率由L1與C4、C5及變?nèi)莨芙Y(jié)電容Cj（兩個(gè)2CC1E并聯(lián)）聯(lián)合決定。鋸齒波電壓通過(guò)R6加到兩個(gè)變?nèi)荻O管兩端，以控制結(jié)電容Cj，從而使振蕩器的振蕩頻率隨鋸齒波電壓而變，改變鋸齒波電壓的變化速率（掃描速度），可改變掃頻速度，改變鋸齒波的電壓振幅可以改變掃頻寬度。什么是三點(diǎn)或什么是三點(diǎn)或( (三端三端) )式振蕩器？式振蕩器？ LCLC振蕩器的電路組成振蕩器的電路組成 LCLC振蕩器的基本電路就是通常所說(shuō)的三點(diǎn)式振蕩器的基本電路就是通常所說(shuō)的三點(diǎn)式 ( (又稱三端式又稱三端式) )振振蕩器。蕩器。cebX1X2X3晶體管有三個(gè)電極（晶體管有三

48、個(gè)電極（B、E、C）分別與三個(gè)電抗性元件相連接分別與三個(gè)電抗性元件相連接形成三個(gè)接點(diǎn)形成三個(gè)接點(diǎn)故稱為三點(diǎn)式振蕩器故稱為三點(diǎn)式振蕩器（三）光柵增輝式圖示方法（三）光柵增輝式圖示方法 1.顯示原理顯示原理首先，在長(zhǎng)余輝示波管屏幕上產(chǎn)生垂直首先，在長(zhǎng)余輝示波管屏幕上產(chǎn)生垂直“暗光柵暗光柵”。屏幕上所顯示的曲線是通過(guò)相應(yīng)的增輝脈沖在每屏幕上所顯示的曲線是通過(guò)相應(yīng)的增輝脈沖在每條暗光柵的不同高度上產(chǎn)生的亮點(diǎn)構(gòu)成的，故得條暗光柵的不同高度上產(chǎn)生的亮點(diǎn)構(gòu)成的，故得名。名。 暗光柵的產(chǎn)生暗光柵的產(chǎn)生由垂直掃描發(fā)生器產(chǎn)生的頻率由垂直掃描發(fā)生器產(chǎn)生的頻率為為18.5kHz的鋸齒波掃描電流的鋸齒波掃描電流饋送至示

49、波管的垂直偏轉(zhuǎn)線圈饋送至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)線圈Wy,而由而由X放大器輸出的頻率放大器輸出的頻率0.01-30Hz的三角掃描電流饋送的三角掃描電流饋送至水平偏轉(zhuǎn)線圈至水平偏轉(zhuǎn)線圈Wx. 顯示圖形的過(guò)程顯示圖形的過(guò)程圖形電壓信號(hào)圖形電壓信號(hào)v1加到比較器的一個(gè)輸入端加到比較器的一個(gè)輸入端1，而與垂直掃描電流同步的鋸齒波電壓而與垂直掃描電流同步的鋸齒波電壓v2加到另一個(gè)輸入端加到另一個(gè)輸入端2。比較器在比較器在v2=V1時(shí)發(fā)生跳變。利用時(shí)發(fā)生跳變。利用這個(gè)這個(gè)脈沖作為增輝脈沖可以得這個(gè)這個(gè)脈沖作為增輝脈沖可以得到相應(yīng)的光點(diǎn)，反映了圖形信號(hào)的幅度。到相應(yīng)的光點(diǎn)，反映了圖形信號(hào)的幅度。 2.電子電平刻度線

50、 增加若干條電子電平增加若干條電子電平刻度線，可以消除視差?？潭染€，可以消除視差。原理：增加若干個(gè)比較原理：增加若干個(gè)比較器，而每個(gè)比較器的信號(hào)器，而每個(gè)比較器的信號(hào)輸入端加不同的電平的輸入端加不同的電平的直流電壓，即可在屏上顯出直流電壓，即可在屏上顯出若干條水平線，而它們的高度若干條水平線，而它們的高度分別正比于所提供的直流電壓。分別正比于所提供的直流電壓。其中四條為正，第五條為地線即其中四條為正，第五條為地線即0V。 利用比較器（利用比較器（6）可以顯示一條標(biāo)準(zhǔn)電平線，標(biāo)準(zhǔn)電平由標(biāo)）可以顯示一條標(biāo)準(zhǔn)電平線，標(biāo)準(zhǔn)電平由標(biāo)準(zhǔn)電壓經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)衰耗器提供。用于校準(zhǔn)上述四條可移動(dòng)的電準(zhǔn)電壓經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)衰耗器提供

51、。用于校準(zhǔn)上述四條可移動(dòng)的電平刻度線。平刻度線。 3.電子頻率刻度線電子頻率刻度線形成電子頻率刻度線的方法如圖形成電子頻率刻度線的方法如圖所示，電位比較器一個(gè)輸入端由所示，電位比較器一個(gè)輸入端由四個(gè)比較器提供直流電壓，比較器四個(gè)比較器提供直流電壓，比較器的另一個(gè)輸入端（的另一個(gè)輸入端（2）加水平掃描）加水平掃描三角波電壓。三角波電壓。比如，調(diào)節(jié)比如，調(diào)節(jié)P1使得使得v1=V1，則當(dāng)，則當(dāng)三角波電壓三角波電壓v2上升到上升到v2=V1時(shí)，時(shí)，比較器輸出一個(gè)跳變電壓，經(jīng)過(guò)比較器輸出一個(gè)跳變電壓，經(jīng)過(guò)處理后形成一個(gè)寬度為幾個(gè)垂直處理后形成一個(gè)寬度為幾個(gè)垂直掃描周期的增輝脈沖，它使得掃描周期的增輝脈沖

52、，它使得若干條暗光柵被加亮。由于光柵很密，一次看起來(lái)如同一條若干條暗光柵被加亮。由于光柵很密，一次看起來(lái)如同一條垂直線一般。垂直線一般。 頻標(biāo)的形成及混頻原理頻標(biāo)的形成及混頻原理 頻標(biāo)形成：掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出，一路加到被測(cè)頻標(biāo)形成：掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出，一路加到被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行掃頻測(cè)量，另一路加到混頻器，并與頻系統(tǒng)進(jìn)行掃頻測(cè)量，另一路加到混頻器，并與頻標(biāo)信號(hào)發(fā)生器的固定頻率標(biāo)信號(hào)發(fā)生器的固定頻率fr混頻。混頻。fr在掃頻范圍內(nèi)在掃頻范圍內(nèi)(f1frf2),則產(chǎn)生的差頻也是掃頻的差頻以則產(chǎn)生的差頻也是掃頻的差頻以fr為中為中心向兩邊增加。利用低通濾波器濾掉截頻以外的心向兩邊增加。利用低通濾波器濾掉

53、截頻以外的高的差頻，僅保留高的差頻，僅保留fr附近的低頻成分，就形成了附近的低頻成分，就形成了菱形頻標(biāo)。用這個(gè)菱形頻標(biāo)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，可菱形頻標(biāo)。用這個(gè)菱形頻標(biāo)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，可以得到一個(gè)增輝脈沖，在屏幕上顯示一條垂直的以得到一個(gè)增輝脈沖，在屏幕上顯示一條垂直的頻標(biāo)線（對(duì)于光點(diǎn)掃描式則是菱形頻標(biāo)）。改變頻標(biāo)線（對(duì)于光點(diǎn)掃描式則是菱形頻標(biāo)）。改變頻標(biāo)發(fā)生器的頻率，頻標(biāo)線可以左右移動(dòng)，用來(lái)頻標(biāo)發(fā)生器的頻率，頻標(biāo)線可以左右移動(dòng)，用來(lái)校準(zhǔn)頻率刻度線。校準(zhǔn)頻率刻度線。 混頻原理混頻原理設(shè)本振信號(hào)（頻標(biāo)）為設(shè)本振信號(hào)（頻標(biāo)）為射頻信號(hào)（掃頻信號(hào)）為射頻信號(hào)（掃頻信號(hào)）為通過(guò)混頻器，使兩信號(hào)相乘，通過(guò)濾波器取其通過(guò)混頻器，使兩信號(hào)相乘，通過(guò)濾波器取其作為輸出。作為輸出。tVtvLOLOLOcos)(tVvRFRFRFcos)cos()cos(21LORFLORFRFLORFLOVVvvLORF頻標(biāo)產(chǎn)生的原理頻標(biāo)產(chǎn)生的原理 下圖給出了頻標(biāo)產(chǎn)生原理，現(xiàn)以下圖給出了頻標(biāo)產(chǎn)生原理，現(xiàn)以1MHz頻標(biāo)為例進(jìn)行說(shuō)明。頻標(biāo)為例進(jìn)行說(shuō)明。 頻標(biāo)的形成過(guò)程頻標(biāo)的形成過(guò)程100.02MHz100.02MHz99.98MHz99.98MHz1MHz1MHz振蕩信號(hào)振蕩信號(hào)的的100100次諧波次諧波100MHz100MHz 加有頻標(biāo)的波形加有頻標(biāo)的波形（光光點(diǎn)掃描式點(diǎn)掃描式）(b)(