項(xiàng)目12頻譜分析儀和掃頻儀的使用

項(xiàng)目12頻譜分析儀和掃頻儀的使用

設(shè)計制造工程師，還是一個電子器件或系統(tǒng)的現(xiàn)場維護(hù)修理人員，都需要一臺能觀察并幫助你分析設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生電信號的儀器，以及能反應(yīng)電信號通過你的器件或系統(tǒng)后質(zhì)量發(fā)生變化的儀表，比如：信號的功率和幅度、調(diào)制或邊帶等，通過分析來驗(yàn)證你的設(shè)計，確定器件或系統(tǒng)的性能，判別故障點(diǎn)，找出問題的所在，這就是信號特性分析。掃頻儀和頻譜分析儀就是做信號特性分析的儀器，利用它我們可以了解電視機(jī)、手機(jī)等設(shè)備中電信號的幅頻特性和相頻特性。技能知識一、認(rèn)識AT5010B前面板二、頻譜儀的用途任務(wù)一頻譜分析儀的認(rèn)識一、認(rèn)識AT5010B前面板AT5010B前面板的示意圖，如圖12-2所示。一、認(rèn)識AT5010B前面板A聚焦：調(diào)節(jié)光點(diǎn)銳度。B亮度：調(diào)節(jié)光點(diǎn)亮暗。C電源：待電源打到通處，約10s后有光束出現(xiàn)。D軌跡旋轉(zhuǎn)：即使有磁性（鈹鏌合金）屏蔽，地球磁場對水平掃描線的影響也不可能避免，可以通過一個內(nèi)裝的電位器調(diào)整水平掃描線與水平刻度線基本對齊。E中心頻率/標(biāo)記（CF/MK）（僅對AT5010/11）：當(dāng)數(shù)字顯示讀取中心頻率數(shù)據(jù)時，（ON）,標(biāo)記指示器亮。此時顯示器讀出標(biāo)記處的頻率。F數(shù)字顯示器：中心頻率標(biāo)記頻率之一。G校準(zhǔn)失效：LED閃亮?xí)r，表示幅度值不正確。H中心頻率粗/細(xì)調(diào)：兩個旋鈕都用于調(diào)節(jié)中心頻率。一、認(rèn)識AT5010B前面板I視頻濾波器：視頻濾波器可用來降低屏幕上的噪聲。正常情況下，在平均噪聲電平上或剛好高出它的信號（小信號）的頻譜可以觀察。該濾波器帶寬是4kHz。JY位移：調(diào)節(jié)射速垂直方向移動。K輸入頻譜儀的BNC50Ω輸入：不輸入衰減時，不允許超出的最大允許輸入電壓為±25VDC和+10dBmAC。加上40dB最大輸入衰減時，最大輸入電壓為+20dBm。L衰減器：輸入衰減器包含有4個10dB衰減器，在進(jìn)入第1混頻器之前降低信號幅度，按鍵壓下時每個衰減器接入。M掃頻寬度“＜”“＞”按鍵：調(diào)節(jié)水平軸的每格掃頻寬度?！埃尽卑存I增加每格頻寬，“＜”按鍵減少每格頻寬。NＸ（頻率）：位置校零。O耳機(jī)（3.5mm耳機(jī)插孔）：阻抗大于16Ω的耳機(jī)或揚(yáng)聲器可以連到這個輸出插座。P音量：調(diào)節(jié)耳機(jī)輸出的音量。Q探頭供電：輸出＋6ＶDC電壓，使得AZ530近場嗅覺探頭工作，其專用線隨AZ530提供。二、頻譜儀的用途頻譜儀主要可以做如下測試：相位噪聲、脈沖信號、信道和鄰道功率、正弦信號的絕對幅值和相對幅值、脈沖噪聲、噪聲和頻率穩(wěn)定度等參數(shù)的測試；調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)幅等調(diào)制信號的特性、電磁兼容性（EMC）的測試等。理論知識一、頻譜分析儀的概述二、頻譜分析儀的組成和原理三、頻譜分析儀的主要性能指標(biāo)四、頻譜分析儀的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢任務(wù)一頻譜分析儀的認(rèn)識一、頻譜分析儀的概述一般地，頻譜分析儀有如下三種定義：定義1：以頻率的函數(shù)形式給出信號的振幅或功率分布的儀器。定義2：能以模擬或數(shù)字方式顯示信號頻譜的儀器。定義3：以模擬或數(shù)字方式顯示信號頻譜的儀器，它能夠從頻域來觀察電信號的特性，分析的頻率范圍最低可到1Hz以下，最高可達(dá)30~300GHz。1.?頻譜分析的基本概念按照信號隨時間變化的特點(diǎn)可將信號分為：?確定信號與隨機(jī)信號。?連續(xù)時間信號與離散時間信號。?周期信號與非周期信號。2.?信號的分析利用示波器觀察某種信號的幅度隨時間而變化的關(guān)系稱為時域測量；研究信號的瞬時值（幅度Um）與時間（t）之間的關(guān)系稱為時域分析，使用的儀器為示波器。信號的時域分析通常用示波器來顯示信號波形，以時間t作為水平軸，在時間域內(nèi)觀察信號，如圖12-3（a）所示為周期信號的時域分析。利用頻譜分析儀研究某一個復(fù)雜信號中各個信號成分與頻率變化的關(guān)系稱為頻譜測量；研究信號中各頻率分量的幅度Um與頻率f之間的關(guān)系稱為頻域分析，如圖12-3（b）、12-3（c）所示。信號的分析可以分為時域分析和頻域分析，如圖12-4所示給出了時域分析和頻域分析的關(guān)系。圖12-3信號的時域分析與頻域分析

3.信號頻譜分析的內(nèi)容信號的頻譜分析包括對信號本身頻率特性的分析，如對幅度譜、相位譜、能量譜、功率譜等進(jìn)行測量，從而獲得信號在不同頻率上的幅度、相位、功率等信息；還包括對線性系統(tǒng)非線性失真的測量，如噪聲、失真度、調(diào)制度等測量。4.頻譜分析儀的分類按照分析處理方法的不同，頻譜分析儀可分為模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜儀和模擬/數(shù)字混合式頻譜儀。按照基本工作原理的不同，可分為掃描式頻譜儀、非掃描式頻譜儀。按照處理的實(shí)時性，可分為實(shí)時頻譜儀、非實(shí)時頻譜儀。按照頻率軸刻度的不同，可分為恒帶寬分析式頻譜儀、恒百分比帶寬分析式頻譜儀。按照輸入通道的數(shù)目，可分為單通道頻譜儀、多通道頻譜儀。按照工作頻帶的高低，可分為高頻、射頻、低頻等頻譜儀等。二、頻譜分析儀的組成和原理超外差頻譜分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12-5所示。二、頻譜分析儀的組成和原理其信號分析過程為：被測信號經(jīng)過濾波衰減后，與本振信號進(jìn)入混頻器混頻轉(zhuǎn)換成中頻信號，因?yàn)楸菊裥盘栴l率可變，所以都可以被轉(zhuǎn)換成固定中頻，經(jīng)放大后進(jìn)入中頻濾波器（中心頻率固定），最后進(jìn)入一個對數(shù)放大器，對中頻信號進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)行包絡(luò)檢波，所得信號即視頻信號。為了能平滑顯示，中頻信號在包絡(luò)檢波之前通過可調(diào)低通濾波器（即視頻濾波器）；視頻信號在陰極射線管內(nèi)垂直偏轉(zhuǎn)，即顯示出該信號的幅度。二、頻譜分析儀的組成和原理1.?衰減器衰減器主要有三個作用：1保護(hù)頻譜儀不受損壞：測量高電平信號時，為了避免燒壞頻譜分析儀，必須對信號進(jìn)行衰減。2提高測試的準(zhǔn)確性：混頻器是非線性器件，當(dāng)混頻器輸入的信號電平較高時，輸出會產(chǎn)生許多雜波，而且電平太高會干擾測試結(jié)果。3提高頻譜儀動態(tài)范圍：通過設(shè)置步進(jìn)衰減器調(diào)節(jié)進(jìn)入混頻器的電平，可以得到較大的動態(tài)范圍。二、頻譜分析儀的組成和原理2.?混頻器混頻器的作用就是將輸入的高頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，由于混頻器是非線性器件，輸出會含有很多頻率成分：mfRF±nfLO。但我們需要的是fLO-fRF。3.?中頻放大器輸入信號經(jīng)過前置衰減器，電平已經(jīng)降低，為了恢復(fù)信號幅值，補(bǔ)償輸入衰減器的變化，在混頻后需要對中頻信號進(jìn)行放大，不過在放大有用信號的同時，噪聲和干擾信號也會被同時放大。4.?中頻濾波器中頻信號經(jīng)放大后，會經(jīng)過中頻濾波器。中頻濾波器是一個帶通濾波器，它選出需要的混頻分量，抑制掉其他不需要的信號。中頻濾波器的帶寬決定了頻譜分析儀的RBW范圍。二、頻譜分析儀的組成和原理5.?模擬濾波器模擬濾波器用來實(shí)現(xiàn)大的分辨率帶寬。一般頻譜儀為4級濾波電路，也有5級濾波電路產(chǎn)品，這樣可分別得到14和10的波形因子，然而理想的高斯濾波器的波形因子為4.6。選擇性=BW3dB/BW60dB很多公司的產(chǎn)品提供了濾波器3B帶寬，表示等幅正弦信號頻率相差多少時仍能將它們區(qū)分開，這樣的合成響應(yīng)曲線仍有兩個峰值，中間下沉大約3B，如圖12-6所示。二、頻譜分析儀的組成和原理6.?數(shù)字中頻濾波器信號通過數(shù)字濾波器可以獲得很窄的帶寬。和模擬濾波器相比，理想的高斯濾波器可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器在可接受的價格內(nèi)有更好的選擇性。如5級電路模擬濾波器的波形因子為10，高斯濾波器為4.6。7.?FFT濾波器（傅里葉濾波器）如果單純加為了測試精度而設(shè)置非常窄的分辨率帶寬，會造成長時間的掃描，因此在非常高的分辨率的情況下，建議采用FFT濾波器，從時域特性計算頻譜，如圖12-7所示。采用FFT濾波器時，過高的頻率信號不能通過A/D直接采樣，需經(jīng)過與本振混頻變?yōu)橹蓄l，并在時域?qū)ㄐ盘柸印?.?對數(shù)放大器與檢波器頻譜分析儀一般都是用包絡(luò)信號將IF信號轉(zhuǎn)換成視頻。檢波器之前有一個對數(shù)放大器，對數(shù)放大器按照對數(shù)函數(shù)來壓縮信號電平（對于輸入電壓幅度v，輸出電壓幅度為本振gv），這大大減小了由檢波器所檢測的信號電平的變化，而同時向用戶提供校準(zhǔn)成用分貝讀數(shù)的對數(shù)垂直刻度，在頻譜分析儀中，由于信號電平大幅度變化，故需要采用對數(shù)刻度。9.?視頻濾波器視頻濾波器在包絡(luò)檢波器之后，決定視頻帶寬，視頻濾波器是第一級低通設(shè)置，用于從視頻信號中濾除噪聲、平滑軌跡，從而使顯示結(jié)果趨于穩(wěn)定，如圖12-8、12-9所示。10.?鋸齒波發(fā)生器、本振和顯示鋸齒波發(fā)生器既控制顯示器上曲線的位置，又控制輸入信號的頻率，所以可以通過校準(zhǔn)，用顯示器的水平軸來表示輸入信號頻率。三、?頻譜分析儀的主要性能指標(biāo)1.?分辨率帶寬分辨率帶寬指分辨頻譜中兩個相鄰分量之間的最小譜線間隔，單位是赫茲（Hz）它表示頻譜儀將兩個彼此靠得很近的等幅信號在規(guī)定低點(diǎn)處分辨開來的能力。2.?輸入頻率范圍輸入頻率范圍指頻譜儀能夠正常工作的最大頻率區(qū)域，以赫茲表示該范圍的上限和下限，由掃描本振的頻率范圍決定。3.?靈敏度靈敏度指在給定分辨率帶寬、顯示方式和其他影響因素下，頻譜儀顯示最小信號電平的能力，一般以dBm、dBu、dBv、V等為單位。4.?動態(tài)范圍能以規(guī)定的準(zhǔn)確度測量同時出現(xiàn)在輸入端的兩個信號之間的最大差值稱為動態(tài)范圍，動態(tài)范圍的上限受到非線性失真的制約。而頻譜儀的動態(tài)范圍一般在60dB以上，有時甚至達(dá)到100dB以上。5.?頻率掃描寬度（Span）頻率掃描寬度是指頻譜儀顯示屏幕最左和最右垂直刻度線內(nèi)所能顯示的響應(yīng)信號的頻率范圍（頻譜寬度）。根據(jù)測量的需要自動調(diào)節(jié)，一般有分析譜寬、掃寬、頻率量程、頻譜跨度等不同的叫法，可以或人為設(shè)置。6.?掃描時間（Sweep?Time，簡作ST）進(jìn)行一次全頻率范圍的掃描，并完成測量所需的時間稱為掃描時間，也稱為分析時間。通常掃描時間越短越好，但為保證測量精度，掃描時間也必須適當(dāng)。7.?幅度測量精度幅度測量精度有絕對幅度精度和相對幅度精度兩種。絕對幅度精度是針對滿刻度信號的指標(biāo)，受輸入衰減、中頻增益、分辨率帶寬、刻度逼真度、頻響及校準(zhǔn)信號本身精度等的綜合影響；相對幅度精度與測量方式有關(guān)，在理想情況下僅有頻響和校準(zhǔn)信號精度兩項(xiàng)誤差來源，測量精度可以非常高。8.?1?dB壓縮點(diǎn)和最大輸入電平在動態(tài)范圍內(nèi)，因輸入電平過高而引起的信號增益下降1dB時的點(diǎn)稱為1dB壓縮點(diǎn)。1dB壓縮點(diǎn)表明了頻譜儀過載能力。通常出現(xiàn)在輸入衰減0dB的情況下，由第一混頻決定。輸入衰減增大，1dB壓縮點(diǎn)的位置將同步增高。為避免非線性失真，所顯示的最大輸入電平（參考電平）必須位于1dB壓縮點(diǎn)之下。最大輸入電平，反映了頻譜儀可正常工作的最大限度，它的值一般由通道中第一個關(guān)鍵器件決定。四、頻譜分析儀的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.?傳統(tǒng)頻譜分析儀傳統(tǒng)頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī)，輸入信號經(jīng)變頻器變頻后由低通濾波器輸出，濾波輸出作為垂直分量，頻率作為水平分量，在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖，即輸入信號的頻譜圖。由于變頻器可以達(dá)到很寬的頻率（30Hz～30GHz），與外部混頻器配合，可擴(kuò)展到100GHz以上，頻譜分析儀是頻率覆蓋最寬的測量儀器之一。2.?現(xiàn)代頻譜分析儀基于快速傅里葉變換（FFT）的現(xiàn)代頻譜分析儀是通過傅里葉運(yùn)算將被測信號分解成分立的頻率分量，達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）對輸入信號取樣，再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖?，F(xiàn)代掃頻式頻譜儀基本工作原理與古老的頻譜儀工作原理相比，最顯著的變化是：在中頻濾波器之后進(jìn)行了A/D采樣，分辨率帶寬濾波、檢波、視頻濾波均采用數(shù)字信號處理的方式實(shí)現(xiàn)。掃頻式頻譜儀仍是目前頻譜儀的主流，根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可進(jìn)一步分為臺式頻譜儀、手持式頻譜儀、VXI總線頻譜儀、PXI總線頻譜儀、LXI總線頻譜儀等。任務(wù)二頻譜分析儀的使用技能知識一、頻譜分析儀的使用二、使用測試實(shí)例任務(wù)二頻譜分析儀的使用一、頻譜分析儀的使用?掃頻寬度的選擇：需要根據(jù)被觀測的信號的頻譜寬度進(jìn)行選擇。?帶寬的選擇：應(yīng)與掃頻寬度相當(dāng)。?掃頻速度的選擇：以獲得較高的動態(tài)分辨力為準(zhǔn)則；同時，應(yīng)合理處理與分析時間的矛盾。?頻譜儀和被測儀器都必須可靠接地，操作員需要帶接地手環(huán)操作。?在“DC耦合”下，所測的信號不允許包含直流電壓成分，否則會導(dǎo)致頻譜儀工作狀態(tài)發(fā)生變化，幅度測量不準(zhǔn)確，甚至?xí)龤Щ祛l管。?頻譜儀的最大輸入功率不得超過最大允許值（+30dBm）。?在進(jìn)行測量時，所選用的頻譜分析儀的阻抗，應(yīng)與被測對象的阻抗一致，否則會因不匹配而影響幅度測量的準(zhǔn)確度。如圖12-11所示，有五種放置頻譜儀的示例方法，其中C、D、E三種方法能夠以最佳角度讀取頻譜儀屏幕上的數(shù)據(jù)。二、使用測試實(shí)例所用儀器：YB1610函數(shù)信號發(fā)生器一臺、YB43020B示波器一臺、AT5010B頻譜儀一臺、探針三支。操作步驟如下：1打開頻譜分析儀，調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使屏幕上顯示的光跡清晰。2調(diào)節(jié)掃頻寬度選擇按鍵（SCANWIDTH），使1MHz指示燈亮，表示每格所占頻率為1MHz。3調(diào)節(jié)中心頻率粗／細(xì)調(diào)調(diào)節(jié)旋鈕，使頻標(biāo)位于屏幕中心位置，所指頻率為10MHz。4將頻譜儀探頭分別與頻譜儀探針、接地相連，會有脈沖圖像出現(xiàn)在10MHz頻標(biāo)位置，如圖12-12所示。任務(wù)二頻譜分析儀的使用理論知識頻譜分析儀的應(yīng)用范圍頻譜分析儀的應(yīng)用范圍1.相位噪聲測量信號源的確定性頻率變化具有性質(zhì)確定的變化規(guī)律或變化量，而隨機(jī)性頻率變化的相位不穩(wěn)定度是隨機(jī)的，故稱為相位噪聲。相位噪聲是本振短期穩(wěn)定度的表征，也是頻譜純度的一個重要度量指標(biāo)。它通常會引起波形在零點(diǎn)處的抖動，在時域中不易辨別，而在頻域中表現(xiàn)為載波的邊帶，所以常在頻域內(nèi)進(jìn)行測量。2.脈沖信號測量脈沖信號是雷達(dá)和數(shù)字通信中的一類重要信號，它的測量比連續(xù)波形困難。如果采用窄分辨帶寬進(jìn)行頻譜測量，將呈現(xiàn)出離散的頻譜；如果采用較寬的分辨帶寬，這些頻譜就會連成一片?？梢姡l譜儀的不同設(shè)置可能對同一個脈沖信號的測量結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。3.信道和鄰道功率測量模擬、數(shù)字無線移動通信系統(tǒng)復(fù)用頻段上都有幾個相鄰的無線通信信道。為確保用戶的正常通信，必須避免在各頻段上消除相鄰信道的發(fā)射干擾。因此，有必要對鄰近信道的功率進(jìn)行限定，使其絕對功率（單位為dBm）或相對于傳輸信道的相對功率不影響信號傳輸。任務(wù)三認(rèn)識掃頻儀技能知識一、掃頻儀面板二、頻譜儀的用途任務(wù)三認(rèn)識掃頻儀技能知識一、掃頻儀面板BT-3型掃頻儀的面板如圖12-13所示。

1.?顯示部分?A電源、輝度旋鈕：該控制裝置是一只帶開關(guān)的電位器，兼有電源開關(guān)、輝度旋鈕兩種作用。順時針旋動此旋鈕，即可接通電源；繼續(xù)順時針旋動，熒光屏上顯示的光點(diǎn)或圖形亮度增加。使用時注意亮度宜適中。B聚焦旋鈕：調(diào)節(jié)屏幕上的光點(diǎn)亮線使其清晰明亮，以保證顯示波形的清晰度。C坐標(biāo)亮度旋鈕：在屏幕的4個角上，裝有4個帶顏色的指示燈，使屏幕的坐標(biāo)尺度線顯示明了。旋鈕從中間位置向順時針方向旋動，熒光屏上兩個對角位置的黃燈亮，屏幕上出現(xiàn)黃色的坐標(biāo)線；從中間位置逆時針方向旋動，另兩個對角位置的紅燈亮，顯示出紅色的坐標(biāo)線。黃色坐標(biāo)線便于觀察，紅色坐標(biāo)便于攝影。DY軸位置旋鈕：調(diào)節(jié)熒光屏上光點(diǎn)或圖形在垂直方向上的位置。EY軸衰減開關(guān)：設(shè)有1、10、100三個衰減擋級。根據(jù)輸入電壓的大小選擇合適的衰減擋級。FY軸增益旋鈕：調(diào)節(jié)顯示在熒光屏上圖形垂直方向幅度的大小。G影像極向開關(guān)：改變屏幕上所顯示的曲線波形的正負(fù)極性。當(dāng)開關(guān)在“+”位置時，波形曲線往上方向變化（正極性波形）；當(dāng)開關(guān)在“-”位置時，波形曲線往下方向變化（負(fù)極性波形）。當(dāng)曲線波形需要正、負(fù)方向同時顯示時，只能將開關(guān)在“+”和“-”位置間往復(fù)變動，才能觀察曲線波形的全貌。HY軸輸入插座：由被測電路的輸出端用電纜探頭引接此插座，使輸入信號經(jīng)垂直放大器，便可顯示出該信號的曲線波形。2.?掃描部分I波段開關(guān)：輸出的掃頻信號按中心頻率劃分為三個波段（第I波段1～75MHz、第II波段75～150MHz、第III波段150～300MHz），可根據(jù)測試需要選擇合適波段。J中心頻率度盤：能連續(xù)地改變中心頻率。度盤上所標(biāo)定的中心頻率不是十分準(zhǔn)確的，一般需要邊調(diào)節(jié)度盤，邊觀察頻標(biāo)移動的數(shù)值，來確定中心頻率的位置。K輸出衰減（dB）開關(guān)：根據(jù)測試的需要，選擇掃頻信號的輸出幅度大小。按開關(guān)的衰減量來劃分，可分粗調(diào)、細(xì)調(diào)兩種。粗調(diào)：0、10、20、30、40、50、60（dB），細(xì)調(diào)：0、2、3、4、6、8、10（dB）。粗調(diào)和細(xì)調(diào)衰減的總衰減量為70dB。L掃頻電壓輸出插座：掃頻信號由此插座輸出，可用75Ω匹配電纜探頭或開路電纜連接到被測電路的輸入端，以便進(jìn)行測試。3.?頻標(biāo)部分M頻標(biāo)選擇開關(guān)：有1MHz、l0MHz和外接三擋。當(dāng)開關(guān)置于1MHz擋時，掃描線上顯示1MHz的菱形頻標(biāo)；置于10MHz擋時，掃描線上顯示10MHz的菱形頻標(biāo)；置于外接時，掃描線上顯示外接信號頻率的頻標(biāo)。N頻標(biāo)幅度旋鈕：用于調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度的大小。一般幅度不宜太大，以觀察清楚為宜。O頻率偏移旋鈕：用于調(diào)節(jié)掃頻信號的頻率偏移寬度。在測試時可以適當(dāng)調(diào)整被測電路的通頻帶寬所需的頻偏，順時針方向旋動時，頻偏增寬，最大可達(dá)±7.5MHz以上;反之則頻偏變窄，最小在±0.5MHz以下。P外接頻標(biāo)輸入接線柱：當(dāng)頻標(biāo)選擇開關(guān)置于外接頻標(biāo)擋位時，外來的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器的信號由此接線柱引入，此時在掃描線上顯示外頻標(biāo)信號的標(biāo)記。二?、頻譜儀的用途頻譜儀主要可以做如下測試：相位噪聲、脈沖信號、信道和鄰道功率、正弦信號的絕對幅值和相對幅值、脈沖噪聲、噪聲和頻率穩(wěn)定度等參數(shù)的測試；調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)幅等調(diào)制信號的特性、電磁兼容性（EMC）的測試等。任務(wù)三認(rèn)識掃頻儀理論知識一、掃頻儀的應(yīng)用范圍二、掃頻儀的概述三、掃頻儀的組成和原理四、掃頻儀的主要性能指標(biāo)理論知識一、掃頻儀的應(yīng)用范圍掃頻儀測量應(yīng)用的頻率范圍較寬?？梢詮某皖l直至微波頻段。它的使用頻段可以大致分為：超低頻（0.1～2×102Hz），低頻（50Hz～00kHz），高頻（0.1～30MHz），超高頻（10～500MHz），甚高頻（300MHz～1.5GHz），微波（1GHz以上）。二、掃頻儀的概述掃頻儀將調(diào)頻和掃頻技術(shù)相結(jié)合（調(diào)頻信號稱為掃頻信號UC），掃頻信號經(jīng)被測電路的作用變成具有幅頻特性的包絡(luò)信號U，再經(jīng)過檢波探測器檢出其包絡(luò)軌跡，故能顯示頻率與幅度關(guān)系的曲線，一般用于測量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。頻率特性包括幅頻特性曲線和相頻特性曲線，相頻特性曲線用的比較少。一般地，如無特殊說明，特性曲線即指幅頻特性曲線，圖12-14、12-15中UΩ為調(diào)制信號，UC為載波信號即掃頻信號，U為包絡(luò)信號。1.?點(diǎn)頻測量法點(diǎn)頻測量法是對被測設(shè)備電路的頻率幅度特性測試的方法，又稱描點(diǎn)法，原理圖如圖12-16所示。即信號發(fā)生器送出的信號幅度始終保持不變，從頻率低端按一定的頻率間隔輸出信號，信號通過被測電路后，在電壓表或示波器上可以逐一得到相應(yīng)的數(shù)值，將這些數(shù)值記下來，一直到達(dá)所需測試的頻率高端為止，最后將這些數(shù)值用坐標(biāo)紙畫出來（坐標(biāo)橫軸表示頻率；坐標(biāo)縱軸表示幅度），得到的坐標(biāo)曲線即頻率特性曲線，如圖12-17所示。2.?掃頻測量法掃頻測量法主要是用掃頻信號發(fā)生器取代點(diǎn)頻法中的正弦信號發(fā)生器，用示波器取代點(diǎn)頻法中的電壓表。頻率掃描方式可以分為兩種：一種是分析濾波器的頻率響應(yīng)在頻率軸上的掃描；另一種是差頻式頻譜分析法，即固定分析濾波器的響應(yīng)頻率，用掃頻信號與被分析信號在混頻器里差頻，再通過濾波器和測量電路進(jìn)行分析，后者（圖12-18）是頻率分析儀最常采用的分析方法。三、掃頻儀的組成和原理掃頻儀包括4部分：掃頻信號發(fā)生器、頻率標(biāo)記發(fā)生器、放大顯示電路和電源，如圖12-20所示。1掃頻信號發(fā)生器它是掃頻儀的關(guān)鍵部分，產(chǎn)生頻率按一定規(guī)律變化的掃頻信號，它的振蕩頻率受掃描發(fā)生電壓器所產(chǎn)生的掃描電壓所調(diào)制，所以又叫做調(diào)頻信號發(fā)生器。2頻率標(biāo)記（頻標(biāo)）發(fā)生器利用一定形式的標(biāo)記對掃頻測量中所得到的圖形的頻率軸進(jìn)行定標(biāo)，即利用頻標(biāo)來確定圖形上任意點(diǎn)的頻率值。利用掃頻儀調(diào)試被測電路時，除了顯示被測電路頻率特性曲線外，還應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確指出曲線上任一點(diǎn)所對應(yīng)的頻率值，這個功能是由頻率標(biāo)記發(fā)生器所產(chǎn)生的頻標(biāo)信號來完成的。產(chǎn)生頻標(biāo)的方法主要有四種：差頻法、電壓比較法、吸收法及選頻法。3放大顯示電路放大顯示電路包括掃描信號發(fā)生器、垂直放大器和示波管等，具體原理與示波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似。2.掃頻儀的原理如圖12-20所示，掃描電壓發(fā)生器產(chǎn)生的掃描電壓既加至X軸，又加至掃頻信號發(fā)生器，使掃頻信號的頻率變化規(guī)律與掃描電壓一致，從而使得每個掃描點(diǎn)與掃頻信號輸出的頻率一一對應(yīng)。掃描信號的波形可以是鋸齒波，也可以是正弦波，因?yàn)楣恻c(diǎn)的水平偏移與加至X軸的電壓成正比，即光點(diǎn)的偏移位置與X軸上所加電壓有確定的對應(yīng)關(guān)系，而掃描電壓與掃頻信號的輸出瞬時頻率又一一對應(yīng)，故X軸相應(yīng)地成為頻率坐標(biāo)軸。掃頻信號加至被測電路，檢波探頭對被測電路的輸出信號進(jìn)行峰值檢波，并將檢波所得信號送往示波器Y軸電路，該信號的幅度變化正好反映了被測電路的幅頻特性，因而在屏幕上能直接觀察到被測電路的幅頻特性曲線。四、掃頻儀的主要性能指標(biāo)1.掃頻信號1）掃頻線性：掃頻信號頻率與掃描電壓之間線性相關(guān)的程度。2）掃頻寬度：掃頻寬度又稱頻偏，用Df來表示，Df=fmax-fmin。3）中心頻率：f0=（fmax+fmin）/2。4）掃頻信號的寄生調(diào)幅系數(shù)：由于各種原因，掃頻信號存在寄生調(diào)幅是在所難免的，為了保證測量的準(zhǔn)確度，寄生調(diào)幅通?？刂圃诎俜种畮滓詢?nèi)。5)穩(wěn)定性：掃頻中心頻率和掃頻范圍作為信號源的頻率指標(biāo)，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。6)掃頻信號電壓：掃頻信號發(fā)生器的輸出電壓以有效值計，應(yīng)滿足被測電路處于線性工作狀態(tài)的要求。7)輸出阻抗：為配合被測電路，掃頻儀掃頻信號輸出阻抗一般選擇75Ω。8)輸出衰減：BT-3型掃頻儀的輸出衰減器有兩個：“7×10dB”旋鈕，每步進(jìn)一位，衰減10dB電平；“10×1dB”旋鈕，每步進(jìn)一位，衰減1dB電平。2.頻標(biāo)BT-3型掃頻儀有1MHz、10MHz、50MHz以及外接四種頻標(biāo)，其中1MHz和10MHz為組合顯示，其余2種為分別顯示，四種頻標(biāo)由相應(yīng)開關(guān)控制。3.探頭BT-3型掃頻儀本機(jī)攜帶了兩種連接電纜，一種帶探頭（內(nèi)裝檢波器），另一種是不帶探頭的同軸電纜連線。探頭輸入電容不超過5pF（最大允許直流電壓不超過300V）。4.示波器顯示部分垂直靈敏度不低于1mV/cm。示波管有效面積為100×80cm（矩形）。顯示圖像沿垂直方向，可在屏幕內(nèi)移動。5.電源儀器使用電源頻率為50Hz±5％，電壓為220V±10％。消耗功率不大于40W。電源與機(jī)殼之間的絕緣電阻，在額定使用范圍內(nèi)應(yīng)不大于100MΩ。任務(wù)四掃頻儀的使用技能知識一、掃頻儀測試二、掃頻儀的測試應(yīng)用技能知識一、掃頻儀的測試掃頻儀在進(jìn)行測試前的檢查的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行幅頻特性的測試。1根據(jù)被測電路指標(biāo)規(guī)定的中心頻率值，選擇合適的波段開關(guān)擋級和調(diào)節(jié)中心頻率度盤。2按圖12-21所示電路，連接被測電路和掃頻儀。若被測電路為不帶檢波器的四端網(wǎng)絡(luò)，則需將輸出電纜接到儀器的掃頻電壓輸出插座，電纜的一端接到被測電路的輸入端，輸入電纜另一端（檢波頭）接被測電路的輸出端。若被測電路是帶有檢波器的四端網(wǎng)絡(luò)，則不用探測器，而用輸入電纜直接將被測對象的檢波輸出接到本儀器的Y軸輸入端。3選擇合適的輸出衰減開關(guān)和Y軸增益旋鈕。4選擇測試所需的頻標(biāo)，選擇開關(guān)擋級和適當(dāng)調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕。5根據(jù)掃頻儀屏幕上所顯示的幅頻特性曲線和面板控制裝置，進(jìn)行定量讀數(shù)。根據(jù)頻標(biāo)，可以直接讀出幅頻特性曲線的頻率值。如果測讀的頻率不在頻標(biāo)上，則可根據(jù)相鄰兩個頻標(biāo)之間占據(jù)的水平距離進(jìn)行粗略的估算。若需要精確測量頻率，可采用外接頻標(biāo)信號。二、掃頻儀的應(yīng)用以一個中頻放大器為例。它的技術(shù)指標(biāo)如下：中心頻率為30MHz，頻帶寬度為6MHz，增益大于50dB，特性曲線頂部呈雙峰曲線，平坦度小于ldB。測試步驟和方法如下。1.調(diào)整方法掃頻儀開機(jī)預(yù)熱，調(diào)節(jié)輝度、聚焦，使圖形清晰，基線與掃描線重合，頻標(biāo)顯示正常。波段選擇開關(guān)置于“I”位置，中心頻率為30MHz，頻偏約為±5MHz，掃頻電壓輸出接75Ω的匹配電纜，Y軸輸入接檢波器電纜，將以上兩根電纜探頭直接相連。Y軸衰減置于“1”位置，Y軸增益旋至最大位置，調(diào)節(jié)輸出衰減使曲線呈矩形，且其幅度為5大格，記下輸出衰減的分貝數(shù)。2.測試電路測試時，可按圖12-21所示連接電路。但輸出電纜探頭需要先接一個510pF左右的隔直電容，再接到中頻放大器的輸入端。引入隔直電容的目的是防止影響放大器電路的偏置電壓。將檢波器電纜探頭經(jīng)1kΩ

隔離電阻接于中頻放大器的輸出端，隔離電阻的作用是減小檢波器的輸入電容對調(diào)諧頻率的影響。3.測試方法將Y軸衰減置于10擋上（相當(dāng)于衰減20dB），將輸出粗調(diào)衰減置于40dB上，再調(diào)整輸出細(xì)衰減，使波形曲線高度為5大格，記下總分貝數(shù)。例如，總分貝數(shù)為42dB，則電壓總增益為50dB（42+20-12dB）。調(diào)節(jié)中頻放大器的相關(guān)元件，使波形曲線達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，如圖12-22所示的頻率特性曲線。任務(wù)四掃頻儀的使用理論知識一、使用方法與技巧一、使用方法與技巧1.測試探頭的選擇掃頻儀配有檢波輸入、開路輸入、匹配輸出和開路輸出四根測量用電纜探頭。四根電纜線的阻抗為75Ω，一端均都有插頭，連接到掃頻儀的“Y軸輸入”或“掃頻電壓輸出”插座上；另一端則不相同。各種電纜探頭電路如圖12-23所示。這些探頭的用途各不相同，使用時應(yīng)予以區(qū)別。2.測試前的檢查1測試準(zhǔn)備掃頻儀接通電源，預(yù)熱10min后，調(diào)好輝度和聚焦，便可對儀器進(jìn)行檢查。2頻標(biāo)的檢查將頻標(biāo)選擇開關(guān)置于1MHz或10MHz擋。掃描基線上應(yīng)呈現(xiàn)若干個菱形頻標(biāo)信號，調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕，可以均勻地改變頻標(biāo)的大小。3頻偏的檢查將頻率偏移旋鈕由最小旋到最大時，熒光屏上呈現(xiàn)的頻標(biāo)數(shù)應(yīng)滿足±0.5～±7.5MHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。4輸出掃頻信號頻率范圍的檢查儀器的掃頻信號頻率覆蓋范圍（中心頻率覆蓋范圍）應(yīng)達(dá)到1～300MHz，三個波段的銜接應(yīng)有適當(dāng)余量。檢查時將儀器輸入端接檢波輸出電纜，儀器輸出端接75Ω匹配電纜，直接連接這兩根電纜探頭，調(diào)整Y軸增益，屏幕上即顯示出理想的矩形曲線（由于等幅的掃頻信號經(jīng)檢波后的輸出為一直流電壓，因此在屏幕上顯示出一個矩形曲線）。此時，將頻標(biāo)增益調(diào)至適當(dāng)位置，頻標(biāo)選擇調(diào)至10MHz處，在各個波段上轉(zhuǎn)動中心頻率度盤，屏幕上顯示的矩形曲線會出現(xiàn)一個凹陷點(diǎn)。這個凹陷點(diǎn)即掃頻信號的零頻率點(diǎn)（這是由于示波器的垂直放大器在零頻率點(diǎn)的增益明顯下降）。以此為起點(diǎn)檢查第I波段的頻率范圍；然后再順次檢查第Ⅱ波段和第Ⅲ波段的頻率范圍。檢查時，選擇10MHz的頻標(biāo)，當(dāng)每個波段在轉(zhuǎn)動中心頻率度盤時，其頻標(biāo)通過屏面中