第5章線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡儀

1、第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀第第 5章章 線性系統(tǒng)頻率特性測量線性系統(tǒng)頻率特性測量 和網(wǎng)絡分析儀和網(wǎng)絡分析儀本章重點本章重點l5.1 概述概述 l5.2 線性系統(tǒng)頻率特性測量儀線性系統(tǒng)頻率特性測量儀 5.2.1 頻率特性測量方法 5.2.2 頻率特性測量儀工作原理 5.2.3 頻率特性測量儀主要技術指標 5.2.4 掃頻儀的應用第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀l5.3 微波網(wǎng)絡分析儀微波網(wǎng)絡分析儀 5.3.1 微波網(wǎng)絡特性參數(shù) 5.3.2 網(wǎng)絡分析的基本概念 5.3.3 網(wǎng)絡分析儀的組成 5.3.4 射頻網(wǎng)絡分析儀8712ETl5.4 實訓實訓 5.4.1 掃頻儀的應用 5

2、.4.2 網(wǎng)絡分析儀的使用l5.5 習題習題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀本章重點本章重點l 線性系統(tǒng)頻率特性的概念l 線性系統(tǒng)頻率特性測量方法l 掃頻儀的組成和測量原理l 微波網(wǎng)絡特性參數(shù)概念l 網(wǎng)絡分析儀組成和測量原理第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 線性系統(tǒng)頻率特性的測量與被測系統(tǒng)的工作頻率密切相關。在低頻和高頻波段，所接觸的參數(shù)都是集總參數(shù)，描述電路工作的參數(shù)只集中在理想的電路元件（如R，L，C)上，而連接元件的導線被認為是無關的，僅起傳輸信號的作用。 只有在電路元件尺寸遠遠小于輸入信號的波長時才成立。實際上導線本身有電阻、電感，導線間有電容。這些參數(shù)均勻分布在導線上

3、，稱為分布參數(shù)。隨著頻率的提高，這些分布參數(shù)的作用將不斷增大到不能忽略的程度。 通常對線性系統(tǒng)頻率特性的測量分為兩個頻段來討論。在高頻（30300MHz)段主要介紹頻率特性測試頻率特性測試儀儀（簡稱掃頻儀）。在微波（300MHz-300GHz)段主要介紹網(wǎng)絡網(wǎng)絡分析儀。分析儀。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.1 概述概述l 線性系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應稱為網(wǎng)絡的頻率響應，頻率響應與正弦輸入信號之比稱為頻率特性頻率特性。頻率特性是頻域數(shù)學模型。 圖5-1 線性網(wǎng)絡的頻率特性 l 圖5-1為線性網(wǎng)絡的頻率特性，一般情況下線性網(wǎng)絡的頻率特性通常是復函數(shù)H（j），它的絕對值表示了頻率特

4、性的幅度隨頻率的變化規(guī)律，稱為幅頻特性。它的相位表明了網(wǎng)絡的相移隨頻率的變化規(guī)律，稱為相頻特性。線性網(wǎng)絡的頻率特性測量包括幅頻特性測量幅頻特性測量和相頻特性測量相頻特性測量。l 圖5-2所示為一個并聯(lián)諧振回路的幅頻特性和相頻特性。 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.2.1 頻率特性測量方法頻率特性測量方法 5.2 線性系統(tǒng)頻率特性測量儀線性系統(tǒng)頻率特性測量儀l 線性系統(tǒng)頻率特性的測量方法有點點頻測量法、掃頻測量法頻測量法、掃頻測量法。 1點頻測量法點頻測量法 點頻測量法屬于靜態(tài)測量法。 點頻測量法測量幅頻特性是將信號發(fā)生器輸出的點頻信號逐一加至被測電路的輸入端，然后測量和計算輸出信號

5、電壓out和輸入端的信號電壓Uin比Au，在坐標軸上描點并連接起來描繪出幅頻特性曲線。測試電路如圖5-3所示。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀掃頻測量法又稱為動態(tài)測量法。掃頻原理采用等幅掃頻信號加到被測電路輸大端，然后用示波器來顯示信號通過被測電路后幅度的變化。基于掃頻原理構成的頻率特性測試儀，簡稱為掃頻儀。 掃頻儀主要由掃描電壓發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、頻標發(fā)生器和示波器等部分組成。其簡化原理框圖如圖5-4(a)所示。 工作波形如圖5-4(b)所示。2掃頻測量法掃頻測量法第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.2.2頻率特性測量儀工作原理頻率特性測量儀工作原理l 頻率特性測試儀是將

6、掃頻信號源及示波器的XY顯示功能結合為一體，并增加了某些附屬電路而構成的一種通用電子儀器，用于測量網(wǎng)絡的幅頻特性，又簡稱掃頻儀。 l掃頻儀的電路組成及工作原理 ：（以國產(chǎn)BT-3C型頻率特性測試儀為例）第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀掃頻儀電路組成方框如圖5-5所示。整個電路可分為三部分：l掃頻信號和頻標信號的產(chǎn)生電路；l掃描信號發(fā)生器及示波器；l電源供給電路。另外，配有帶檢波器的探頭和同軸電纜連線等。各部分工作原理各部分工作原理: 1. 掃頻信號的產(chǎn)生電路掃頻信號的產(chǎn)生電路掃頻信號由掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生。掃頻信號發(fā)生器包括掃頻振蕩器、掃描電壓發(fā)生器、穩(wěn)幅電路、輸出衰減。如圖5-6所示。

7、第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀（1）掃頻振蕩器掃頻振蕩器是掃頻信號發(fā)生器的核心。目前常用參數(shù)式掃頻，它是利用振蕩電路中某元件參數(shù)變化而產(chǎn)生掃頻信號的一種方法。 參數(shù)式掃頻振蕩器主要有三種：磁調(diào)電感掃頻振蕩器 圖5-7 變?nèi)莨軖哳l振蕩器 圖5-8寬帶掃頻 圖5-9 （2）穩(wěn)幅電路（AGC）（3）輸出衰減第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀2. 頻標產(chǎn)生電路頻標產(chǎn)生電路 在顯示的幅頻特性曲線上，需疊加頻率標記，以便讀出各點相應的頻率值。常用的有兩種頻標。（1）菱形頻標菱形頻標常利用差頻法產(chǎn)生。所謂差頻法是指掃頻信號與標準信號及其諧波進行混頻后獲得的一系列“零差頻”信號。如圖5-10所

8、示。菱形頻標適于高頻的測量。如 BT-3C型頻率特性測試儀 。（2）針形頻標在低頻掃頻儀中常用針形頻標。如BT-4型低頻頻率特性測試儀。 4. 電源供給部分電源供給部分3. 掃描信號發(fā)生器和示波器部分掃描信號發(fā)生器和示波器部分圖5-11第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.2.3 頻率特性測量儀的技術性能指標頻率特性測量儀的技術性能指標 （1）頻率范圍：1300MHz；（2）掃頻信號 （3）頻率標記：有1MHz、10MHz、50MHz 及外接頻標四種；（4）掃頻信號輸出電壓：大于0.5Vrms10% (75)；（5）掃頻方式 全掃：中心頻率150MHz； 窄掃：1-300MHz連續(xù)可調(diào)C

9、W（點頻）方式；（6）探頭：第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.2.4 掃頻儀的應用掃頻儀的應用1. BT-3C型頻率特性測試儀面板配置如圖5-12所示。2儀器使用前的性能檢查、校正圖5-13掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)的測量%100BABAm圖5-14掃頻信號非線性系數(shù)的測量%100BABA3注意事項 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.3 微波網(wǎng)絡分析儀微波網(wǎng)絡分析儀 微波一般是指頻率在300MHz300GHz的電磁波。通常將微波劃分為米波（0.33GHz）、厘米波(330GHz)和毫米波（30300GHz)3個波段。微波測量的參數(shù)可分為微波網(wǎng)絡參數(shù)微波網(wǎng)絡參數(shù)和微微波信號特性波信

10、號特性兩大類參數(shù)。 5.3.1微波網(wǎng)絡特性參數(shù)微波網(wǎng)絡特性參數(shù)微波網(wǎng)絡，是對實際的物理實體所進行的數(shù)學抽象。雖然用網(wǎng)絡方法不能研究元件內(nèi)部各點的場強，但微波元件的作用是通過它對微波信號的傳輸特性來表征的，而這一傳輸特性可用網(wǎng)絡表示。 微波網(wǎng)絡特性測試包括單端口和雙端口網(wǎng)絡參數(shù)的測試。 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 網(wǎng)絡分析是對通信、有線電視等較復雜系統(tǒng)中所用元件和電路的電氣性能進行測量的過程。 網(wǎng)絡分析是通過測量網(wǎng)絡輸入端和輸出端對頻率掃描和功率掃描測試信號的幅度與相位的影響，來精確表征線性系統(tǒng)特性的一種方法。 任何通信系統(tǒng)中，都必須考慮信號失真的影響。 如果在某一濾波器中通過相同

11、的方波輸入信號僅造成第3次諧波的相位倒置，而維持諧波幅度不變，則輸出波形將更呈現(xiàn)出脈沖特征。如圖5-24所示。5.3.2 5.3.2 網(wǎng)絡分析的基本概念網(wǎng)絡分析的基本概念第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 非線性網(wǎng)絡，如飽和、串擾、互調(diào)及其他非線性影響都能夠?qū)е滦盘柺д妗?例如，當放大器被過激勵時，非線性器件由于放大器飽和而使輸出信號限幅，輸出信號不再是一個純正的正弦信號，在輸入頻率的各個倍頻位置處存在諧波。無源器件在高功率電平上也可能呈現(xiàn)非線性特性。 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.3.3 網(wǎng)絡分析儀的組成網(wǎng)絡分析儀的組成l 網(wǎng)絡分析儀是通過測定網(wǎng)絡的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)從而

12、對網(wǎng)絡中元器件特性的全部參數(shù)進行描述的測量儀器，用于實現(xiàn)對線性網(wǎng)絡的頻率特性測量。l 網(wǎng)絡分析儀利用合成頻率源來提供大量有關被測器件（DUT）的信息，包括被測器件的幅度、相位和群延時響應。l 網(wǎng)絡分析儀由如圖5-25幾部分組成：l 激勵源l 信號分離器件l 接收機 圖5-26l 處理器顯示電路組成第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.3.4射頻網(wǎng)絡分析儀射頻網(wǎng)絡分析儀8712ET1、8712ET主要技術指標2、8712ET的儀器面板 圖5-27（1）按鍵功能說明（2）基本操作3各種傳輸和反射指標的測量 8712ET主要測量的是帶內(nèi)平坦度、衰減/增益、反射損耗3類指標。（1）測量過程（2）

13、帶內(nèi)平坦度的測量（3）各類衰減和增益的測量 （4）反射損耗的測量4注意事項第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.4 實訓實訓5.4.1 掃頻儀的應用掃頻儀的應用 一、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、實驗內(nèi)容和步驟l 掃頻儀的檢查 圖5-28l 帶通濾波電路頻率特性曲線觀測 l 帶通濾波電路帶寬的測量 圖5-29五.實驗報告要求六. 思考題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.4.2 5.4.2 網(wǎng)絡分析儀的使用網(wǎng)絡分析儀的使用一、實驗目的一、實驗目的二、實驗儀器二、實驗儀器三、實驗內(nèi)容及步驟三、實驗內(nèi)容及步驟 l 熟悉8712ET型網(wǎng)絡分析儀面板上的各個開關、旋鈕l 分支器各項

14、指標的測量（1）插入損失（2）分支損失（3）分支隔離度（4）反向隔離度l 電纜的衰減特性測量四、實驗報告四、實驗報告 五、五、思考題思考題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀5.55.5習題習題作業(yè)：作業(yè)：1、3、7、8、91、什么是線性系統(tǒng)頻率特性？其測量方法有哪兩種？ 2、簡述掃頻測量法的原理。 。3、掃頻儀主要由哪幾部分組成？簡述其工作原理。4、掃頻振蕩器是掃頻信號發(fā)生器的核心，目前常用參數(shù)式掃頻振蕩器主要有哪三種？ 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 5、比較掃頻儀和通用示波器的異同 點。為什么通過被測放大器后的掃頻信號需經(jīng)檢波再加到Y軸電路上去？ 6、常用的頻標有哪兩種？菱

15、形頻標是如何形成的？ 7、微波網(wǎng)絡特性參數(shù)的基本概念。 8、什么是網(wǎng)絡分析？舉例說明網(wǎng)絡分析的應用。 9、簡述網(wǎng)絡分析儀的組成原理。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-2 圖5-2 并聯(lián)諧振回路第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 圖5-3 用點頻測量法測量電路的幅頻特性 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀 圖5-4 掃頻儀簡化原理框圖 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-5(a) BT-3C型頻率特性測試儀第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-5(b) BT-3C型頻率特性測試儀第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-6 掃頻信號發(fā)生器第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-7 磁調(diào)電感掃頻振蕩器第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-8 變?nèi)莨軖哳l振蕩器第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-9 寬帶掃頻原理圖第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-10 菱形頻標產(chǎn)生原理圖第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-11 BT-3C頻率特性測試儀掃描圖形第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-12 BT-3C型頻率特性測試儀的面板配置圖 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡分析儀圖5-13 掃頻信號寄生調(diào)幅圖5-14 掃頻信號非線性第五章 線性系統(tǒng)頻率特性