第5章線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)儀

1、第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀第第 5章章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量 和網(wǎng)絡(luò)分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)l5.1 概述概述 l5.2 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量?jī)x線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量?jī)x 5.2.1 頻率特性測(cè)量方法 5.2.2 頻率特性測(cè)量?jī)x工作原理 5.2.3 頻率特性測(cè)量?jī)x主要技術(shù)指標(biāo) 5.2.4 掃頻儀的應(yīng)用第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀l5.3 微波網(wǎng)絡(luò)分析儀微波網(wǎng)絡(luò)分析儀 5.3.1 微波網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù) 5.3.2 網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念 5.3.3 網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成 5.3.4 射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀8712ETl5.4 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn) 5.4.1 掃頻儀的應(yīng)用 5

2、.4.2 網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用l5.5 習(xí)題習(xí)題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)l 線性系統(tǒng)頻率特性的概念l 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量方法l 掃頻儀的組成和測(cè)量原理l 微波網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)概念l 網(wǎng)絡(luò)分析儀組成和測(cè)量原理第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量與被測(cè)系統(tǒng)的工作頻率密切相關(guān)。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(dǎo)線被認(rèn)為是無關(guān)的，僅起傳輸信號(hào)的作用。 只有在電路元件尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)才成立。實(shí)際上導(dǎo)線本身有電阻、電感，導(dǎo)線間有電容。這些參數(shù)均勻分布在導(dǎo)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(duì)線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量分為兩個(gè)頻段來討論。在高頻（30300MHz)段主要介紹頻率特性測(cè)試頻率特性測(cè)試儀儀（簡(jiǎn)稱掃頻儀）。在微波（300MHz-300GHz)段主要介紹網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)分析儀。分析儀。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.1 概述概述l 線性系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱為網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，頻率響應(yīng)與正弦輸入信號(hào)之比稱為頻率特性頻率特性。頻率特性是頻域數(shù)學(xué)模型。 圖5-1 線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 l 圖5-1為線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，一般情況下線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性通常是復(fù)函數(shù)H（j），它的絕對(duì)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(luò)的相移隨頻率的變化規(guī)律，稱為相頻特性。線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量包括幅頻特性測(cè)量幅頻特性測(cè)量和相頻特性測(cè)量相頻特性測(cè)量。l 圖5-2所示為一個(gè)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.2.1 頻率特性測(cè)量方法頻率特性測(cè)量方法 5.2 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量?jī)x線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量?jī)xl 線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量方法有點(diǎn)點(diǎn)頻測(cè)量法、掃頻測(cè)量法頻測(cè)量法、掃頻測(cè)量法。 1點(diǎn)頻測(cè)量法點(diǎn)頻測(cè)量法 點(diǎn)頻測(cè)量法屬于靜態(tài)測(cè)量法。 點(diǎn)頻測(cè)量法測(cè)量幅頻特性是將信號(hào)發(fā)生器輸出的點(diǎn)頻信號(hào)逐一加至被測(cè)電路的輸入端，然后測(cè)量和計(jì)算輸出信號(hào)

5、電壓out和輸入端的信號(hào)電壓Uin比Au，在坐標(biāo)軸上描點(diǎn)并連接起來描繪出幅頻特性曲線。測(cè)試電路如圖5-3所示。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻測(cè)量法又稱為動(dòng)態(tài)測(cè)量法。掃頻原理采用等幅掃頻信號(hào)加到被測(cè)電路輸大端，然后用示波器來顯示信號(hào)通過被測(cè)電路后幅度的變化。基于掃頻原理構(gòu)成的頻率特性測(cè)試儀，簡(jiǎn)稱為掃頻儀。 掃頻儀主要由掃描電壓發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器和示波器等部分組成。其簡(jiǎn)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(cè)量法掃頻測(cè)量法第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.2.2頻率特性測(cè)量?jī)x工作原理頻率特性測(cè)量?jī)x工作原理l 頻率特性測(cè)試儀是將

6、掃頻信號(hào)源及示波器的XY顯示功能結(jié)合為一體，并增加了某些附屬電路而構(gòu)成的一種通用電子儀器，用于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，又簡(jiǎn)稱掃頻儀。 l掃頻儀的電路組成及工作原理 ：（以國(guó)產(chǎn)BT-3C型頻率特性測(cè)試儀為例）第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻儀電路組成方框如圖5-5所示。整個(gè)電路可分為三部分：l掃頻信號(hào)和頻標(biāo)信號(hào)的產(chǎn)生電路；l掃描信號(hào)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(hào)的產(chǎn)生電路掃頻信號(hào)的產(chǎn)生電路掃頻信號(hào)由掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。掃頻信號(hào)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀（1）掃頻振蕩器掃頻振蕩器是掃頻信號(hào)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(hào)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀2. 頻標(biāo)產(chǎn)生電路頻標(biāo)產(chǎn)生電路 在顯示的幅頻特性曲線上，需疊加頻率標(biāo)記，以便讀出各點(diǎn)相應(yīng)的頻率值。常用的有兩種頻標(biāo)。（1）菱形頻標(biāo)菱形頻標(biāo)常利用差頻法產(chǎn)生。所謂差頻法是指掃頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及其諧波進(jìn)行混頻后獲得的一系列“零差頻”信號(hào)。如圖5-10所

8、示。菱形頻標(biāo)適于高頻的測(cè)量。如 BT-3C型頻率特性測(cè)試儀 。（2）針形頻標(biāo)在低頻掃頻儀中常用針形頻標(biāo)。如BT-4型低頻頻率特性測(cè)試儀。 4. 電源供給部分電源供給部分3. 掃描信號(hào)發(fā)生器和示波器部分掃描信號(hào)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.2.3 頻率特性測(cè)量?jī)x的技術(shù)性能指標(biāo)頻率特性測(cè)量?jī)x的技術(shù)性能指標(biāo) （1）頻率范圍：1300MHz；（2）掃頻信號(hào) （3）頻率標(biāo)記：有1MHz、10MHz、50MHz 及外接頻標(biāo)四種；（4）掃頻信號(hào)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(diǎn)頻）方式；（6）探頭：第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.2.4 掃頻儀的應(yīng)用掃頻儀的應(yīng)用1. BT-3C型頻率特性測(cè)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(hào)寄生調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量%100BABAm圖5-14掃頻信號(hào)非線性系數(shù)的測(cè)量%100BABA3注意事項(xiàng) 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.3 微波網(wǎng)絡(luò)分析儀微波網(wǎng)絡(luò)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(gè)波段。微波測(cè)量的參數(shù)可分為微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和微微波信號(hào)特性波信

10、號(hào)特性兩大類參數(shù)。 5.3.1微波網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)微波網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)微波網(wǎng)絡(luò)，是對(duì)實(shí)際的物理實(shí)體所進(jìn)行的數(shù)學(xué)抽象。雖然用網(wǎng)絡(luò)方法不能研究元件內(nèi)部各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，但微波元件的作用是通過它對(duì)微波信號(hào)的傳輸特性來表征的，而這一傳輸特性可用網(wǎng)絡(luò)表示。 微波網(wǎng)絡(luò)特性測(cè)試包括單端口和雙端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)試。 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 網(wǎng)絡(luò)分析是對(duì)通信、有線電視等較復(fù)雜系統(tǒng)中所用元件和電路的電氣性能進(jìn)行測(cè)量的過程。 網(wǎng)絡(luò)分析是通過測(cè)量網(wǎng)絡(luò)輸入端和輸出端對(duì)頻率掃描和功率掃描測(cè)試信號(hào)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(hào)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(hào)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(luò)分析的基本概念網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 非線性網(wǎng)絡(luò)，如飽和、串?dāng)_、互調(diào)及其他非線性影響都能夠?qū)е滦盘?hào)失真。 例如，當(dāng)放大器被過激勵(lì)時(shí)，非線性器件由于放大器飽和而使輸出信號(hào)限幅，輸出信號(hào)不再是一個(gè)純正的正弦信號(hào)，在輸入頻率的各個(gè)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.3.3 網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成l 網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過測(cè)定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)從而

12、對(duì)網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參數(shù)進(jìn)行描述的測(cè)量?jī)x器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量。l 網(wǎng)絡(luò)分析儀利用合成頻率源來提供大量有關(guān)被測(cè)器件（DUT）的信息，包括被測(cè)器件的幅度、相位和群延時(shí)響應(yīng)。l 網(wǎng)絡(luò)分析儀由如圖5-25幾部分組成：l 激勵(lì)源l 信號(hào)分離器件l 接收機(jī) 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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.3.4射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀8712ET1、8712ET主要技術(shù)指標(biāo)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(biāo)的測(cè)量 8712ET主要測(cè)量的是帶內(nèi)平坦度、衰減/增益、反射損耗3類指標(biāo)。（1）測(cè)量過程（2）

13、帶內(nèi)平坦度的測(cè)量（3）各類衰減和增益的測(cè)量 （4）反射損耗的測(cè)量4注意事項(xiàng)第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.4 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)5.4.1 掃頻儀的應(yīng)用掃頻儀的應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)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(cè) l 帶通濾波電路帶寬的測(cè)量 圖5-29五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六. 思考題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.4.2 5.4.2 網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 l 熟悉8712ET型網(wǎng)絡(luò)分析儀面板上的各個(gè)開關(guān)、旋鈕l 分支器各項(xiàng)

14、指標(biāo)的測(cè)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(cè)量四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五、五、思考題思考題第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀5.55.5習(xí)題習(xí)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(cè)量方法有哪兩種？ 2、簡(jiǎn)述掃頻測(cè)量法的原理。 。3、掃頻儀主要由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述其工作原理。4、掃頻振蕩器是掃頻信號(hào)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 5、比較掃頻儀和通用示波器的異同 點(diǎn)。為什么通過被測(cè)放大器后的掃頻信號(hào)需經(jīng)檢波再加到Y(jié)軸電路上去？ 6、常用的頻標(biāo)有哪兩種？菱

15、形頻標(biāo)是如何形成的？ 7、微波網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)的基本概念。 8、什么是網(wǎng)絡(luò)分析？舉例說明網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)用。 9、簡(jiǎn)述網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成原理。第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 圖5-3 用點(diǎn)頻測(cè)量法測(cè)量電路的幅頻特性 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 圖5-4 掃頻儀簡(jiǎn)化原理框圖 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-5(a) BT-3C型頻率特性測(cè)試儀第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-5(b) BT-3C型頻率特性測(cè)試儀第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-6 掃頻信號(hào)發(fā)生器第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)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(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-10 菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理圖第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-11 BT-3C頻率特性測(cè)試儀掃描圖形第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-12 BT-3C型頻率特性測(cè)試儀的面板配置圖 第五章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀圖5-13 掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅圖5-14 掃頻信號(hào)非線性第五章 線性系統(tǒng)頻率特性