電子測量與儀器課件 第五章 頻域測量與儀器1

1、頻域測量與儀器 第 5 章 1 第第5章章 頻域測量與儀器頻域測量與儀器頻域測量儀器包括掃頻儀、頻譜儀等儀器頻域測量儀器包括掃頻儀、頻譜儀等儀器5.1 頻率特性測試儀工作原理頻率特性測試儀工作原理 5.1.1 頻率特性測量方法頻率特性測量方法1.頻率特性曲線頻率特性曲線:被測電路的幅頻特性曲線，被測電路的幅頻特性曲線，2.測量方法測量方法:包括點(diǎn)頻測量法和掃頻測量法。包括點(diǎn)頻測量法和掃頻測量法。 點(diǎn)頻測量法即靜態(tài)測量法點(diǎn)頻測量法即靜態(tài)測量法 掃頻測量法即動態(tài)測量法掃頻測量法即動態(tài)測量法3.如何產(chǎn)生掃頻信號？如何產(chǎn)生掃頻信號？4.如何讀出頻率特性曲線上每點(diǎn)對應(yīng)的頻率？如何讀出頻率特性曲線上每點(diǎn)對

2、應(yīng)的頻率？頻域測量與儀器 第 5 章 2 點(diǎn)頻測量法即靜態(tài)測量法 掃頻測量法即動態(tài)測量法，掃頻掃頻信號源信號源掃描掃描信號源信號源示波器示波器被測電路被測電路峰值檢波探頭峰值檢波探頭u1u2u3u1u4XY圖圖5.1 幅頻特性的掃頻測量原理框圖幅頻特性的掃頻測量原理框圖頻域測量與儀器 第 5 章 35.1.2 掃頻儀工作原理掃頻儀工作原理掃頻儀實(shí)質(zhì)上是掃頻信號源與示波器掃頻儀實(shí)質(zhì)上是掃頻信號源與示波器X-Y方式的結(jié)合。方式的結(jié)合。X放大器放大器掃描信號源掃描信號源掃頻信號源掃頻信號源被測電路被測電路檢波探頭檢波探頭Y放大器放大器頻標(biāo)信號頻標(biāo)信號形成電路形成電路混頻器混頻器晶振晶振u2u1u1u

3、3u4u5tttttu1u2u3u4u5(b)(a)圖圖5.2 掃頻儀組成框圖及工作波形掃頻儀組成框圖及工作波形頻域測量與儀器 第 5 章 4正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)圖圖5.3 掃頻儀掃描正程和掃描逆程的不重合掃頻儀掃描正程和掃描逆程的不重合頻域測量與儀器 第 5 章 55.1.3 產(chǎn)生掃頻信號的方法產(chǎn)生掃頻信號的方法常用的是變?nèi)荻O管組成的壓控振蕩器產(chǎn)生掃頻信號。常用的是變?nèi)荻O管組成的壓控振蕩器產(chǎn)生掃頻信號。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC調(diào)制信號調(diào)制信號掃頻信號掃頻信號圖圖5.4 變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖頻域測量與儀器 第

4、5 章 65.1.4 頻標(biāo)產(chǎn)生電路頻標(biāo)產(chǎn)生電路 掃頻儀采用在幅頻特性曲線上疊加頻標(biāo)的方法進(jìn)掃頻儀采用在幅頻特性曲線上疊加頻標(biāo)的方法進(jìn)行頻率標(biāo)度，包括菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)兩種，一般由差頻電路產(chǎn)生。行頻率標(biāo)度，包括菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)兩種，一般由差頻電路產(chǎn)生。 標(biāo)準(zhǔn)信號源標(biāo)準(zhǔn)信號源諧波信號源諧波信號源掃頻信號源掃頻信號源被測電路被測電路檢波探頭檢波探頭頻標(biāo)頻標(biāo)混頻混頻低通濾波低通濾波Y放放大大器器(b)(a)圖圖5-5 菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理fSfS1、fS2、fS3、fS4、fS5fS1fS2fS3fS4fS5fS1fS2fS3fS4fS5頻域測量與儀器 第 5 章 7 5.1.5 技術(shù)指

5、標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 1. 有效掃頻寬度和中心頻率有效掃頻寬度和中心頻率 有效掃頻寬度是指在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的有效掃頻寬度是指在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大的頻率覆蓋范圍，即前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大的頻率覆蓋范圍，即f=fmaxfmin式中，式中，f為有效掃頻寬度；為有效掃頻寬度；fmax為掃頻最高頻率；為掃頻最高頻率；fmin為掃頻最為掃頻最低頻率。低頻率。 掃頻信號中心頻率掃頻信號中心頻率f0定義為定義為 f0=(fmax+fmin)/2 相對掃頻寬度定義為有效掃頻寬度與中心頻率之比，即相對掃頻寬度定義為有效掃頻寬度與中心頻率之比，即minmaxmi

6、nmax02ffffff頻域測量與儀器 第 5 章 82. 掃頻線性掃頻線性 掃頻線性是指掃頻信號瞬時頻率的變化和調(diào)制電壓瞬時掃頻線性是指掃頻信號瞬時頻率的變化和調(diào)制電壓瞬時值變化之間的吻合程度，吻合程度越高，掃頻線性越好。值變化之間的吻合程度，吻合程度越高，掃頻線性越好。 3. 振幅平穩(wěn)性振幅平穩(wěn)性 在幅頻特性測試中，必須保證掃頻信號的幅度恒定不變。在幅頻特性測試中，必須保證掃頻信號的幅度恒定不變。掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來表示，寄生調(diào)掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來表示，寄生調(diào)幅越小，振幅平穩(wěn)性越好。幅越小，振幅平穩(wěn)性越好。 頻域測量與儀器 第 5 章 95.2 AH

7、1254B型寬頻帶掃頻儀型寬頻帶掃頻儀 由晶體管及集成電路組成，其主要特點(diǎn)是：掃頻寬度由晶體管及集成電路組成，其主要特點(diǎn)是：掃頻寬度和中心頻率均可在和中心頻率均可在1300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸出，以方便對出，以方便對VHF頻段高頻頭的測試；具有點(diǎn)頻信號輸出，可頻段高頻頭的測試；具有點(diǎn)頻信號輸出，可作為一般信號發(fā)生器使用作為一般信號發(fā)生器使用5.2.1 性能指標(biāo)性能指標(biāo)（1）中心頻率：）中心頻率： 1300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。（2）掃頻頻偏）掃頻頻偏Fmin1MHz，F(xiàn)max300MHz。（3）掃頻非線性系數(shù)）掃頻非線性系數(shù)掃頻頻偏在掃頻頻偏在

8、40MHz內(nèi)不大于內(nèi)不大于5%。（4）掃頻信號輸出電壓：）掃頻信號輸出電壓： 不小于不小于250mV。頻域測量與儀器 第 5 章 10（5）掃頻信號輸出阻抗：）掃頻信號輸出阻抗：75（6）寄生調(diào)幅系數(shù)）寄生調(diào)幅系數(shù)頻偏在頻偏在40MHz內(nèi)不大于內(nèi)不大于5%，300MHz內(nèi)不大于內(nèi)不大于10%。（7）輸出衰減：）輸出衰減：10dB6，1dB10步進(jìn)。步進(jìn)。（8）頻標(biāo)）頻標(biāo)1MHz、10MHz（復(fù)合），（復(fù)合），50MHz及外接。及外接。（9）Y軸輸入衰減：分軸輸入衰減：分1、10、100三擋。三擋。（10）Y軸輸入靈敏度軸輸入靈敏度 ：4mV/div。（11）輔助電壓輸出）輔助電壓輸出+12V（

9、0.5A），），AGC時時06V可調(diào)，可調(diào)，AFT時時012V可調(diào)。可調(diào)。（12）38MHz輸出電壓：不小于輸出電壓：不小于100mV。頻域測量與儀器 第 5 章 11定頻定頻振蕩器振蕩器混頻器混頻器掃頻掃頻振蕩器振蕩器穩(wěn)幅穩(wěn)幅放大器放大器寬帶寬帶放大器放大器衰減器衰減器Y軸軸放大器放大器線性頻率線性頻率變換器變換器高頻電壓高頻電壓產(chǎn)生器產(chǎn)生器頻標(biāo)頻標(biāo)發(fā)生器發(fā)生器X軸軸放大器放大器CRT方波、三角波方波、三角波發(fā)生器發(fā)生器電源電源變壓器變壓器穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源電源38MHz信號發(fā)生器信號發(fā)生器掃頻輸出掃頻輸出Y軸輸入軸輸入圖圖5.6 AH1254型寬帶掃頻儀原理框圖型寬帶掃頻儀原理框圖38MHz輸出

10、輸出15V、12V+18V、+24V+40V5.2.2 工作原理工作原理頻域測量與儀器 第 5 章 125.2.3 面板結(jié)構(gòu)圖面板結(jié)構(gòu)圖圖圖5.7為為AH1254B型掃頻儀前面板結(jié)構(gòu)圖型掃頻儀前面板結(jié)構(gòu)圖圖圖5.7 AH1254B5.7 AH1254B型掃頻儀前面板圖型掃頻儀前面板圖1112131415161718頻域測量與儀器 第 5 章 13 5.2.4 掃頻儀的檢查、校正及使用掃頻儀的檢查、校正及使用 1. 掃頻儀的檢查、校正掃頻儀的檢查、校正 儀器使用之前檢查電源電壓，電源亮度旋鈕拉出時接儀器使用之前檢查電源電壓，電源亮度旋鈕拉出時接通電源。通電源。 調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕，以得到足夠的亮

11、度和細(xì)的掃描調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕，以得到足夠的亮度和細(xì)的掃描線，并選擇合適的輸入極性線，并選擇合適的輸入極性“+、”和和AC、DC耦合方式。耦合方式。 檢查儀器內(nèi)部頻標(biāo)部分，選擇頻標(biāo)檢查儀器內(nèi)部頻標(biāo)部分，選擇頻標(biāo)1MHz、10 MHz或或50MHz，此時掃描基線上呈現(xiàn)頻標(biāo)信號，調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕，此時掃描基線上呈現(xiàn)頻標(biāo)信號，調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕可以均勻地調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度?？梢跃鶆虻卣{(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度。檢查掃頻范圍。將檢查掃頻范圍。將“頻標(biāo)選擇頻標(biāo)選擇”置于置于50，頻標(biāo)幅度調(diào)至適，頻標(biāo)幅度調(diào)至適當(dāng)位置，即對應(yīng)于熒光屏的中心位置，旋轉(zhuǎn)當(dāng)位置，即對應(yīng)于熒光屏的中心位置，旋轉(zhuǎn)“中心頻率中心頻率”旋旋鈕時，掃頻信號中心

12、頻率的移動范圍應(yīng)能在鈕時，掃頻信號中心頻率的移動范圍應(yīng)能在1300MHz內(nèi)連內(nèi)連續(xù)變化續(xù)變化。 頻域測量與儀器 第 5 章 14頻偏的檢查。頻偏的檢查?！邦l標(biāo)選擇頻標(biāo)選擇”仍置于仍置于50，“頻率偏移頻率偏移”旋鈕由最小旋至最大，頻偏量應(yīng)能在旋鈕由最小旋至最大，頻偏量應(yīng)能在1300MHz內(nèi)連續(xù)變化。內(nèi)連續(xù)變化。檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)。將連接檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)。將連接“射頻輸出射頻輸出”端端的電纜與連接的電纜與連接“Y軸輸入軸輸入”端的檢波探頭對接，端的檢波探頭對接，“粗衰減粗衰減”及及“細(xì)衰減細(xì)衰減”均置于均置于0，“Y軸衰減軸衰減”置于置于1，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)“Y軸增益軸增益”旋鈕，使熒光

13、屏上顯示出高度適當(dāng)?shù)木匦畏娇?，如圖旋鈕，使熒光屏上顯示出高度適當(dāng)?shù)木匦畏娇?，如圖5.8所示，所示，設(shè)方框最大值為設(shè)方框最大值為A，最小值為，最小值為B，則寄生調(diào)幅系數(shù)為：，則寄生調(diào)幅系數(shù)為： %100BABAm頻域測量與儀器 第 5 章 15對應(yīng)不同的掃頻頻偏，在整個頻段對應(yīng)不同的掃頻頻偏，在整個頻段內(nèi)內(nèi)m應(yīng)滿足技術(shù)性能中規(guī)定的要求。應(yīng)滿足技術(shù)性能中規(guī)定的要求。 檢查掃頻信號的非線性系數(shù)。檢查掃頻信號的非線性系數(shù)。仍按上述連接方法連接，仍按上述連接方法連接，“中心頻中心頻率率”處任意位置，調(diào)節(jié)頻率偏移旋處任意位置，調(diào)節(jié)頻率偏移旋鈕使頻偏在鈕使頻偏在40MHz以內(nèi)，讀出在中以內(nèi)，讀出在中心頻率心

14、頻率f0兩邊頻偏量兩邊頻偏量f相等的水平距相等的水平距離，如圖離，如圖5.9所示，記下偏離所示，記下偏離f0的最的最大距離大距離A、最小距離、最小距離B，則非線性系，則非線性系數(shù)為：數(shù)為： AB圖圖5.8 掃頻信號寄生調(diào)幅掃頻信號寄生調(diào)幅AB圖圖5.9 掃頻信號非線性掃頻信號非線性f0f0ff0+f%100BABA頻域測量與儀器 第 5 章 16檢查掃頻輸出電壓。將后面板上的工作選擇開關(guān)置于檢查掃頻輸出電壓。將后面板上的工作選擇開關(guān)置于“點(diǎn)頻點(diǎn)頻”位置，調(diào)節(jié)頻率偏移旋鈕使頻偏最小，將超高頻毫位置，調(diào)節(jié)頻率偏移旋鈕使頻偏最小，將超高頻毫伏表經(jīng)伏表經(jīng)75電纜接至射頻輸出端，此時整個頻段內(nèi)其輸出電壓

15、電纜接至射頻輸出端，此時整個頻段內(nèi)其輸出電壓應(yīng)不小于應(yīng)不小于250mV。2. 使用方法及注意事項(xiàng)使用方法及注意事項(xiàng) （掃頻儀檢查、校正之后）（掃頻儀檢查、校正之后）測試時注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接線盡測試時注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接線盡量短，探頭探針不應(yīng)再接另外接線。量短，探頭探針不應(yīng)再接另外接線。測試帶有檢波輸出的被測設(shè)備時，可直接用輸入電纜測試帶有檢波輸出的被測設(shè)備時，可直接用輸入電纜連接到連接到Y(jié)軸輸入端。如果被測設(shè)備帶有直流電位，軸輸入端。如果被測設(shè)備帶有直流電位，Y軸輸入應(yīng)軸輸入應(yīng)選擇選擇AC耦合方式，以免損壞儀器。耦合方式，以免損壞儀器。如需要特殊的頻率標(biāo)記，可

16、選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)插如需要特殊的頻率標(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)插座上加上所需的頻率信號，此信號應(yīng)大于座上加上所需的頻率信號，此信號應(yīng)大于50mV有效值。有效值。頻域測量與儀器 第 5 章 175.2.5 掃頻儀的應(yīng)用掃頻儀的應(yīng)用掃頻儀的應(yīng)用很廣泛，尤其在無線電、電視、雷達(dá)及通掃頻儀的應(yīng)用很廣泛，尤其在無線電、電視、雷達(dá)及通信等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用更加普遍。信等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用更加普遍。BT-3C型掃頻儀的應(yīng)用舉例如下：型掃頻儀的應(yīng)用舉例如下：1.電路幅頻特性的測量電路幅頻特性的測量按圖按圖5.10所示連接掃頻儀與被測電路，并根據(jù)被測電路的所示連接掃頻儀與被測電路，并根據(jù)被測電路的工作頻率及測試條件，調(diào)

17、節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)旋鈕，如工作頻率及測試條件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)旋鈕，如“中心頻率中心頻率”、“輸出衰減輸出衰減”等，則可在熒光屏上獲得被測等，則可在熒光屏上獲得被測電路的幅頻特性曲線電路的幅頻特性曲線。 BT-3C型掃頻儀的輸出特性阻抗為型掃頻儀的輸出特性阻抗為75，如果被測電路的，如果被測電路的輸入阻抗也為輸入阻抗也為75，可以用同軸電纜將掃頻信號輸出端連接到，可以用同軸電纜將掃頻信號輸出端連接到被測電路輸入端。否則，應(yīng)在兩者之間加阻抗匹配電路。被測電路輸入端。否則，應(yīng)在兩者之間加阻抗匹配電路。頻域測量與儀器 第 5 章 182.電路參數(shù)的測量電路參數(shù)的測量 根據(jù)顯示的幅頻特性曲

18、線根據(jù)顯示的幅頻特性曲線（1）增益：調(diào)節(jié)好幅頻特性后，用粗、）增益：調(diào)節(jié)好幅頻特性后，用粗、細(xì)調(diào)衰減器控制掃頻信號電壓幅度，細(xì)調(diào)衰減器控制掃頻信號電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號幅度，使其符合電路要求的輸入信號幅度，注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計(jì)的總增益。若顯示器的幅頻高度器設(shè)計(jì)的總增益。若顯示器的幅頻高度為為H，輸出衰減為，輸出衰減為B1（dB），將檢波探頭與掃頻輸出端短接，），將檢波探頭與掃頻輸出端短接，改變改變“輸出衰減輸出衰減”，使幅頻高度仍為，使幅頻高度仍為H，此時輸出衰減的讀數(shù)，此時輸出衰減的讀數(shù)若為若為B2(dB)，則該放大器增益為：，

19、則該放大器增益為： A=(B2B1) (dB) 應(yīng)當(dāng)注意，在得到衰減量應(yīng)當(dāng)注意，在得到衰減量B1讀數(shù)后，應(yīng)保持掃頻儀的讀數(shù)后，應(yīng)保持掃頻儀的“Y軸軸增益增益”旋鈕位置不變，否則，測量結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確。旋鈕位置不變，否則，測量結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確。被測電路圖圖5.10掃頻儀與被測電路的連接掃頻儀與被測電路的連接掃頻輸出Y軸輸入頻域測量與儀器 第 5 章 19（2）帶寬）帶寬 對于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地顯對于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測量，有時也示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測量，有時也使用外頻標(biāo)。使用外頻標(biāo)。對于窄帶調(diào)諧電路

20、，可以由圖形曲線看出諧振頻率對于窄帶調(diào)諧電路，可以由圖形曲線看出諧振頻率f0，如圖，如圖5.11所示。使掃頻儀輸出衰減置于所示。使掃頻儀輸出衰減置于3dB處，調(diào)整處，調(diào)整Y增益，使圖增益，使圖形峰點(diǎn)與屏幕上某一水平刻度線（虛線形峰點(diǎn)與屏幕上某一水平刻度線（虛線AA）相切，然后使掃）相切，然后使掃頻信號輸出電壓增加頻信號輸出電壓增加3dB，則曲線與，則曲線與虛線虛線AA相交，兩交點(diǎn)所對應(yīng)頻率即為相交，兩交點(diǎn)所對應(yīng)頻率即為上下頻率上下頻率fH、fL。則帶寬為：。則帶寬為： BW=fHfL AAfLfHf0圖圖5.11單調(diào)諧回路帶寬的測量單調(diào)諧回路帶寬的測量頻域測量與儀器 第 5 章 20（3）回路）回路Q值值 電路連接如圖電路連接如圖5.10，在用外接頻標(biāo)測出回路的諧振頻率，在用外接頻標(biāo)測出回路的諧振頻率f0和和fH、fL后，回路后，回路Q值的計(jì)算如下：值的計(jì)算如下： Q=f0/BW3.高頻阻抗的測量高頻阻抗的測量 ：（：（1）輸入阻抗和輸出阻抗的測量）輸入阻抗和輸出阻抗的測量按圖按圖5.12(a)所示進(jìn)行連接，圖中所示進(jìn)行連接，圖中RP1、RP2為無感電阻。為無感電阻。測量時，先將測量時，先將RP1短路、短路、RP2斷開，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上的有關(guān)斷開，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上的有關(guān)開關(guān)旋鈕，使屏幕顯示的幅頻特性曲線的高度為開關(guān)旋鈕，使屏幕顯示的幅頻特性曲線的高度為A格，如圖格，如圖5.12所