《電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)》模塊8頻域測(cè)量技術(shù)

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

模塊提示：觀察一個(gè)電信號(hào)的普通方法是顯示信號(hào)波形，即以時(shí)間t為水平軸，是在時(shí)間域內(nèi)觀察信號(hào)，稱為信號(hào)的時(shí)域分析。示波器是典型的時(shí)域信號(hào)分析儀。一個(gè)過(guò)程或信號(hào)既可以表示為時(shí)間的函數(shù)，也可表示為頻率或角頻率的函數(shù)，即以頻率f為水平軸，稱為信號(hào)的頻域分析或頻譜分析。頻率特性測(cè)試儀和頻譜分析儀是重要的頻域測(cè)量?jī)x器。前者在頻域內(nèi)對(duì)元器件，電路或系統(tǒng)的特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，顯示頻率特性曲線；后者可對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析，顯示信號(hào)的頻譜分布圖。模塊8頻域測(cè)量技術(shù)測(cè)量任務(wù)：掃頻儀的測(cè)量實(shí)訓(xùn)，頻譜儀的測(cè)量實(shí)訓(xùn)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.1時(shí)域測(cè)量和頻域測(cè)量的比較8.2線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量8.3頻譜分析測(cè)量模塊總結(jié)與歸納模塊學(xué)習(xí)要點(diǎn)：電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.1時(shí)域測(cè)量和頻域測(cè)量的比較時(shí)域和頻域測(cè)量的比較可用圖8.1來(lái)說(shuō)明，圖8.1信號(hào)的時(shí)域和頻域分析電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.2線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量

頻率特性是放大器的一項(xiàng)重要特性，它用來(lái)衡量放大器對(duì)于不同頻率信號(hào)的適應(yīng)程度。線性系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，也稱頻率特性。頻率特性的幅度隨頻率的變化規(guī)律稱幅頻特性，相位隨頻率的變化規(guī)律稱相頻特性。 8.2.1基本測(cè)量方法

從測(cè)量原理上講，網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量主要有點(diǎn)頻測(cè)量法和掃頻測(cè)量法兩種。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)1.點(diǎn)頻測(cè)量法點(diǎn)頻測(cè)量法就是通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)量一系列規(guī)定頻率點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)增益（或衰減）來(lái)確定幅頻特性曲線的方法，其原理如圖8.2所示

圖8.2點(diǎn)頻法測(cè)量幅頻特性

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2.掃頻測(cè)量法掃頻測(cè)量法是在點(diǎn)頻測(cè)量法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是利用一個(gè)掃頻信號(hào)發(fā)生器取代了點(diǎn)頻法中的正弦信號(hào)發(fā)生器，用示波器取代了點(diǎn)頻法中的電壓表來(lái)顯示信號(hào)通過(guò)被測(cè)電路后幅度的變化。圖8.3掃頻法測(cè)量幅頻特性方框圖電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.2.2掃頻儀能夠在示波管屏幕上直接顯示被測(cè)電路幅頻特性曲線的圖示測(cè)量?jī)x器叫頻率特性測(cè)試儀，頻率特性測(cè)試儀在雷達(dá)技術(shù)、調(diào)頻通信、電視廣播和電子教學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用。頻率特性測(cè)試儀最常用的也稱掃頻儀，掃頻儀基于掃頻原理，利用示波管直觀顯示被測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性。它是在靜態(tài)逐點(diǎn)測(cè)量法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多參數(shù)、直觀的測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于電子工程等領(lǐng)域。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)1.基本工作原理掃頻儀是將掃頻信號(hào)源及示波器的X-Y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，測(cè)量方法采用掃頻測(cè)量法。其原理框圖如圖8.4所示，主要電路包括掃頻信號(hào)發(fā)生器、掃描電壓發(fā)生器、頻標(biāo)電路、檢波放大及顯示等幾部分。

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.4掃頻儀的簡(jiǎn)要原理框圖產(chǎn)生一個(gè)頻率在較寬范圍內(nèi)隨時(shí)間按一定規(guī)律重復(fù)、連續(xù)變化的等幅、小失真正弦信號(hào)，主要包括掃頻振蕩器、穩(wěn)幅電路及衰減器。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(hào)發(fā)生器，使掃頻信號(hào)的頻率變化規(guī)律與掃描電壓一致，從而使得每個(gè)掃描點(diǎn)與掃頻信號(hào)輸出的頻率有一一對(duì)應(yīng)的確定關(guān)系。差頻法產(chǎn)生電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)變?nèi)荻O管掃頻振蕩電路

變?nèi)荻?jí)管的壓控特性曲線變?nèi)荻O管掃頻振蕩電路鋸齒電壓電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)磁調(diào)制掃頻振蕩器圖8.6磁調(diào)制掃頻原理圖

所謂磁調(diào)制掃頻，就是用調(diào)制電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)去控制振蕩回路電感量，從而產(chǎn)生頻率隨調(diào)制電流變化的掃頻信號(hào)。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)菱形頻標(biāo)產(chǎn)生電路圖8.7菱形頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路方框圖電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2.主要技術(shù)指標(biāo)掃頻儀的主要技術(shù)指標(biāo)有：有效掃頻寬度、掃頻線性、幅度不平坦性等。（1）有效掃頻寬度和中心頻率

有效掃頻寬度也稱掃頻頻偏，是指在掃頻線性和幅度不平坦性符合要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大頻率范圍，即 Δf=fmax—-fmin

式中,Δf為有效掃頻寬度；fmax、fmin為一次掃頻時(shí)能達(dá)到的最高和最低瞬時(shí)頻率。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)中心頻率定義為

而把Δf/f0稱為相對(duì)掃頻寬度，即

通常把Δf遠(yuǎn)小于信號(hào)瞬時(shí)頻率值的掃頻信號(hào)稱為窄帶掃頻，把Δf可以和信號(hào)瞬時(shí)頻率相比擬的掃頻信號(hào)稱為寬帶掃頻。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

（2）掃頻非線性系數(shù) 掃頻線性表示掃頻信號(hào)頻率與掃描電壓之間線性相關(guān)的程度，常用掃頻非線性系數(shù)來(lái)表示，定義為df——頻率的微小變化量du——掃描電壓的微小變化量k越接近1掃頻線性越好電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

（3）幅度不平坦性 在幅頻特性測(cè)量中，必須保證掃頻信號(hào)的幅度保持不變。掃頻信號(hào)的幅度不平坦性常用它的寄生調(diào)幅系數(shù)m來(lái)表示，定義為：

式中，A、B表示掃頻信號(hào)的最大和最小幅度。

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

在實(shí)際中可采用如圖8.8所示的測(cè)試方法。輸出衰減置為0dB，選擇內(nèi)頻標(biāo)、Y增益適中，在一定頻偏內(nèi)觀察，屏幕上出現(xiàn)方框，則寄生調(diào)幅系數(shù)按上式可求。圖8.8掃頻寄生調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量圖電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)3.掃頻儀的分類（1）按用途劃分按用途劃分，掃頻儀可分為通用掃頻儀、專用掃頻儀、寬帶掃頻儀、阻抗圖示儀、微波綜合測(cè)量?jī)x（2）按頻率劃分按頻率劃分，掃頻儀可分為低頻掃頻儀、高頻掃頻儀、電視掃頻儀等。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)4.掃頻儀的使用

掃頻儀的應(yīng)用范圍十分廣泛，在無(wú)線電通信、廣播電視、雷達(dá)導(dǎo)航、衛(wèi)星地球站等領(lǐng)域內(nèi)，為有關(guān)電路的頻率特性測(cè)量或鑒頻器特性的測(cè)量，以及研究、分析或改善電路性能等提供了方便的條件。除此之外，掃頻儀還能用于傳輸線特性阻抗的測(cè)量。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

（1）BT3C-B頻率特性測(cè)試儀面板和技術(shù)參數(shù)

BT3C-B型頻率特性測(cè)試儀廣泛應(yīng)用于（1-300）MHz范圍內(nèi)各種無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)、接收和發(fā)射設(shè)備的掃頻動(dòng)態(tài)測(cè)試。本儀器功能齊全，既可以在1-300MHz范圍內(nèi)全頻段一次掃頻，滿足寬帶測(cè)試需要，也可窄帶掃頻和給出穩(wěn)定的單頻信號(hào)輸出。如圖8.9是它的面板配置圖。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)BT3C-B頻率特性測(cè)試儀電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)1.屏幕2.電源開(kāi)關(guān)3.亮度4.x位移5.x幅度6.外頻標(biāo)輸入端口7.LED顯示8.細(xì)衰減按鈕9.粗衰減按鈕10.y輸入端口11.y位移12.掃描輸出端口13.y增益14.y方式選擇15.掃頻功能16.頻標(biāo)功能17.掃頻寬度18.頻標(biāo)幅度19.中心頻率圖8.9BT-3C型頻率特性測(cè)試儀的面板配置圖電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)BT-3C掃頻儀的主要技術(shù)參數(shù)中心頻率：1－300MHz范圍任意調(diào)節(jié)；掃頻寬度：最大頻偏≥±20MHz，最小頻偏≤±0.5MHz；掃頻非線性系數(shù)：小于10%（掃頻頻偏在±15MHz內(nèi)）；輸出掃頻信號(hào)電壓：大于0.5V（有效值）；輸出阻抗：75Ω±20%。頻標(biāo)信號(hào)：1MHz/10MHz、50MHz、外接。掃頻信號(hào)衰減：粗衰減，10dB×7步進(jìn)；細(xì)衰減，1×9dB步進(jìn)；寄生調(diào)幅系數(shù)：小于7%（掃頻頻偏在±15MHz內(nèi)）；檢波探測(cè)器性能：輸入電容不大于5pF，最大允許直流電300V；示波部分的垂直輸入靈敏度：大于250mm／V。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)掃頻方式：①全掃：中心頻率150MHz；②窄掃：1-300MHz連續(xù)可調(diào)

CW（點(diǎn)頻）方式：頻偏最小?？勺饕话阈盘?hào)發(fā)生器用。探頭：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。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(2)BT3C-B掃頻儀的基本操作和電氣性能檢查接通電源，通電預(yù)熱10分鐘左右，調(diào)好輝度，掃描線細(xì)且清晰，亮度適中。2)檢查內(nèi)部頻標(biāo)，將“頻標(biāo)選擇”置“10.1MHz”，“頻標(biāo)幅度”旋至適中，“全掃窄掃點(diǎn)掃”置“窄掃”，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)“中心頻率”旋鈕，掃描線上的頻標(biāo)向右平移，當(dāng)旋到底時(shí)屏幕上應(yīng)出現(xiàn)一個(gè)頂端凹陷的頻標(biāo)，如圖8.10所示電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.10掃頻信號(hào)零頻標(biāo)的識(shí)別

將“頻標(biāo)選擇”置“外標(biāo)”，其它頻標(biāo)信號(hào)消失，此標(biāo)記仍然存在，則此標(biāo)記為“零頻”頻標(biāo)。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)3)掃頻范圍檢查：“窄掃”狀態(tài)下頻標(biāo)選擇50MHz，頻標(biāo)幅度調(diào)節(jié)適當(dāng)位置，對(duì)應(yīng)于屏幕中心位置，旋轉(zhuǎn)“中心頻率”旋鈕時(shí)，掃頻信號(hào)中心頻率應(yīng)能在1Hz~300MHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。4)掃頻頻偏的檢查：“全掃”狀態(tài)下，屏幕上應(yīng)有6根50MHz頻標(biāo)標(biāo)志，并可看到左邊的“零頻”標(biāo)?！罢瓛摺睜顟B(tài)下，調(diào)節(jié)“掃頻寬度”旋鈕頻偏量應(yīng)在±1~20MHz內(nèi)連續(xù)可調(diào)，頻標(biāo)選擇10.1MHz時(shí)，屏幕上呈現(xiàn)的頻標(biāo)數(shù)最多為3個(gè)。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)5)寄生調(diào)幅系數(shù)檢查(輸出平坦度檢查)：將連接“RF輸出”的電纜與連接y輸入的檢波探頭對(duì)接，粗細(xì)、調(diào)衰減均置于0dB，y方式選擇開(kāi)關(guān)置×1擋，適當(dāng)調(diào)節(jié)y位移旋鈕和y增益旋鈕，使屏幕上出現(xiàn)如圖8.8所示高度適中的方框，假設(shè)方框最大處的高度為A格，最小處的高度為B格，則寄生調(diào)幅系數(shù)m可按式(8-7)求得。要求在整個(gè)頻率范圍內(nèi)m≤7%。圖8.8掃頻寄生調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量圖(8-7)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)6)掃頻非線性系數(shù)檢查：按上述5)的連接，掃頻方式選“窄掃”，“頻標(biāo)選擇”置10.1MHz擋，調(diào)節(jié)“掃頻寬度”使頻偏在±15MHz以內(nèi)，讀出中心頻率fo兩邊頻偏量相等的水平距離A、B，如圖8.11所示，則掃頻非線性系數(shù)r為：(8-8)圖8.11掃頻信號(hào)非線性系數(shù)檢查要求r≤±10%電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)7)掃頻輸出電壓(功率)檢查：在掃頻輸出口接超高頻毫伏表測(cè)量其電壓值，面板粗細(xì)衰減器置0，掃頻功能置“點(diǎn)掃”處，這時(shí)輸出應(yīng)大于500×（1±10%）mV。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(3)使用注意事項(xiàng)

1)測(cè)試時(shí)，輸出、輸入電纜應(yīng)盡量短，并保證良好接地，切忌在檢波頭上加長(zhǎng)導(dǎo)線。

2)測(cè)試帶有檢波輸出的被測(cè)設(shè)備時(shí)，可直接用輸入電纜連接到y(tǒng)輸入端。

3)如果被測(cè)設(shè)備輸出端有直流電位時(shí)，則y輸入端應(yīng)選擇AC輸入方式，以免損壞儀器。例如測(cè)試電視機(jī)公共通道曲線。

4)如需要特殊的頻率標(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)輸入端加入所需的頻率信號(hào)，此信號(hào)電壓應(yīng)大于500mV有效值。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(4)掃頻儀的應(yīng)用舉例

1)電路幅頻特性的測(cè)量測(cè)量電路如圖8.12所示。圖8.12幅頻特性的測(cè)量電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.13典型濾波器的頻率特性測(cè)量曲線

圖8.13給出了典型濾波器的頻率特性測(cè)量曲線。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2)電路參數(shù)的測(cè)量從上面所測(cè)得的幅頻特性上可以求得各種電路參數(shù)。①增益的測(cè)量。一種方法：在調(diào)好幅頻特性的基礎(chǔ)上，用粗、細(xì)調(diào)衰減器和“y增益”控制掃頻信號(hào)的電壓幅度，使圖形高度便于讀取數(shù)據(jù)，記下此時(shí)屏幕上顯示的圖形高度A，輸出總衰減B1（dB）；再將檢波探頭直接和掃頻輸出端短接，保持“y增益”不變，調(diào)節(jié)“輸出衰減”，使圖形高度仍為A，此時(shí)輸出衰減的讀數(shù)若為B2（dB）,則該放大器的增益為：(8-9)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

另一種方法是：在進(jìn)行增益測(cè)量前先進(jìn)行“0dB”校正，即將掃頻儀的輸出電纜直接與檢波電纜對(duì)接，粗、細(xì)衰減置“0dB”，調(diào)節(jié)“y增益”旋鈕，使屏幕上顯示的兩條水平線占有一定格數(shù)，這個(gè)格數(shù)稱“0dB”校正線，然后接入被測(cè)電路，在保持“y增益”不變情況下，調(diào)節(jié)粗、細(xì)調(diào)衰減，使顯示的幅頻特性曲線高度處于“0dB”校正線高度，此時(shí)為粗調(diào)輸出衰減B1（dB），細(xì)調(diào)輸出衰減為B2（dB），則該放大器的增益為：(8-10)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.14掃頻儀測(cè)量帶寬

②帶寬的測(cè)量測(cè)量帶寬時(shí)，先調(diào)節(jié)掃頻儀輸出衰減和調(diào)整Y增益，使頻率特性曲線的頂部與屏幕上某一水平刻度線相切（如圖8.14（a）中與AB線相切）。

保持Y增益不變，將掃頻儀輸出衰減減小3dB,此時(shí)曲線上移，被測(cè)電路帶寬為：（8-11）電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)③回路Q值的測(cè)量。測(cè)量時(shí)電路連接和測(cè)量方法與測(cè)回路帶寬相同，在用外接頻標(biāo)測(cè)出回路的諧振頻率f0以及上、下截止頻率fH和fL后，按下面的公式即可計(jì)算出回路的Q值。(8-12)電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.3頻譜分析測(cè)量8.3.1頻譜分析概念

1.頻譜分析實(shí)際測(cè)量中，絕對(duì)純的正弦信號(hào)是不存在的。通常將合成信號(hào)的所有正弦波的幅度按頻率的高低依次排列所得到的圖形稱為頻譜。

頻譜分析就是在頻率域內(nèi)，以頻率為變量，對(duì)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)及其特性進(jìn)行描述。

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

測(cè)量信號(hào)所含頻率分量的儀器有兩類，一類稱為諧波分析儀，它利用選頻電路逐一選出信號(hào)所含的頻率成分，每次只能測(cè)量一個(gè)頻率分量的大小，選頻電壓表就屬于這一類。另一類是頻譜分析儀，主要用于分析信號(hào)中所包含的頻率成分，即分析信號(hào)的頻譜分布。能同時(shí)顯示出較寬范圍的頻譜，但只能給出振幅譜或功率譜，不能直接給出相位信息。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2.頻譜分析與示波測(cè)試的區(qū)別

頻譜儀和示波器都可用來(lái)觀察同一物理現(xiàn)象，兩者所得的結(jié)果應(yīng)該是相同的。但由于兩者是從不同角度去觀察同一事物，故所得到的現(xiàn)象只能反映事物的不同側(cè)面。從測(cè)量觀點(diǎn)看，這兩類儀器各有特點(diǎn)。

（1）某些在時(shí)域較復(fù)雜的波形，在頻域的顯示可能較為簡(jiǎn)單。圖8.17信號(hào)在時(shí)域和頻域的顯示情況電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

（2）某些在頻域不能區(qū)分的波形，在時(shí)域能清楚顯示。如圖8.18(a)，(b)。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)t

(a)用示波器易觀察波形的相位不同圖8.18示波器和頻譜儀對(duì)比觀察相位不同的波形A0tA0tA0tA0t①②①②(b)用頻譜儀觀察的頻譜相同電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

（3）當(dāng)信號(hào)中所含的各頻率分量的幅度只是略有不同時(shí)，用示波器很難定量分析失真的程度，如圖8.19(a)，但是頻譜儀對(duì)于信號(hào)的基波和各次諧波含量的大小則一目然，如圖8.19(b)。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(a)用示波器不容易觀察波形的失真A0tA0tA0tA0t

(b)用頻譜儀容易觀察微小的幅度和相位變化圖8.19用示波器和頻譜儀觀察微小失真的波形電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)3．獲取頻譜的基本方案(1)同時(shí)分析（并行濾波）原理圖輸入信號(hào)

BPFnVnAABPF1V1ABPF2V2A優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)時(shí)分析；缺點(diǎn)：需要大量硬件電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(2)順序分析原理圖

電子開(kāi)關(guān)

BPF2

BPF1

BPFn

ACRTA輸入信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省許多濾波器、放大器和顯示器，可在CRT上直接顯示頻譜圖。缺點(diǎn)：各頻譜分量的測(cè)量不是同時(shí)進(jìn)行，不具有實(shí)時(shí)性。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)(3)調(diào)節(jié)濾波器方式輸入信號(hào)

CRT

可調(diào)濾波器A

A優(yōu)點(diǎn)：使順序分析方案達(dá)到極度簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)：可調(diào)濾波器的通帶難以做得很窄，其調(diào)諧范圍也難以做得很寬。濾波特性難恒定。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

克服了可調(diào)濾波器的缺點(diǎn)，用頻率可調(diào)的本地振蕩頻率fo與被測(cè)信號(hào)的某一頻譜分量的頻率fx混頻，所得的差頻（或和頻）恰好等于中頻濾波器通帶的中心頻率，此時(shí)在中頻窄帶濾波器的輸出端就能得到一個(gè)幅度正比于該頻譜分量幅度的信號(hào)。(4)掃頻外差方式成為通信、測(cè)量以及許多其他方面廣泛使用的方案。

電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

8.3.2頻譜分析儀的工作原理通常頻譜儀無(wú)論是對(duì)確定信號(hào)還是周期信號(hào)，所分析的大多是功率譜。前面闡述的濾波法是分析功率譜的方法之一。圖8.21示出了濾波式頻譜儀的基本結(jié)構(gòu)。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器或掃描調(diào)諧式濾波器，選出各個(gè)頻率分量，經(jīng)檢波后進(jìn)行顯示或記錄，完成頻譜分析。圖8.21濾波式頻譜分析法的簡(jiǎn)要原理框圖信號(hào)輸入帶通濾波器或掃描調(diào)諧式濾波

顯示或記錄

檢波器電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.22掃頻外差式頻譜分析儀的原理框圖濾波法——掃頻外差式頻譜儀的原理框圖

外差式頻譜分析儀具有頻率范圍寬、靈敏度高、頻率分辨力可變等優(yōu)點(diǎn)，是頻譜儀中數(shù)量最多的一種，高頻頻譜儀幾乎全部采用外差式。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

8.3.3頻譜儀的主要技術(shù)參數(shù)

1.輸入頻率范圍指頻譜儀能夠正常工作的最大頻率區(qū)間。該范圍上限和下限由掃描本振的頻率范圍決定。

現(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍通?？蓮牡皖l段至射頻段，甚至微波段，如1Hz~300GHz。這里的頻率指中心頻率，即位于顯示頻譜寬度中心的頻率。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2.頻率分辨力

是指能夠分辨的最小譜線間隔，它表征了頻譜儀能夠?qū)㈩l率靠在一起的信號(hào)在屏幕上分開(kāi)顯示的能力。圖8.23分辨力對(duì)頻譜觀測(cè)的影響分辨力取決于窄帶濾波器幅頻特性的帶寬。一般定義窄帶濾波器幅頻特性的3dB帶寬為頻譜儀的分辨力帶寬。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)3.靈敏度靈敏度是指頻譜分析儀顯示最小信號(hào)電平的能力。定義為顯示幅度為滿刻度時(shí)，輸入信號(hào)的最小電平值。許多頻譜分析儀的靈敏度可達(dá)-135dB~-115dB.4.動(dòng)態(tài)范圍頻譜分析儀能以給定精度測(cè)量、分析輸入端同時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)信號(hào)的最大功率比(用dB表示)，實(shí)際上表示頻譜儀顯示大信號(hào)和小信號(hào)的頻譜的能力。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)8.3.4頻譜分析儀的應(yīng)用如圖8.24為兩款頻譜分析儀裝置面板圖圖8.24兩款頻譜分析儀面板圖電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)1.信號(hào)參數(shù)的測(cè)量

（1）信號(hào)失真度的測(cè)量

1)諧波失真度的定義純正弦信號(hào)通過(guò)電路后，如果電路存在非線性，則輸出信號(hào)除包含原基波分量外，還會(huì)含有新產(chǎn)生的其他諧波分量，這就是電路產(chǎn)生的諧波失真（也稱非線性失真）。諧波失真度是用來(lái)描述信號(hào)失真程度的參量。對(duì)于純電阻負(fù)載，諧波失真度定義為全部諧波電壓（或電流）有效值與基波電壓（或電流）有效值之比，即

(8-12)

U1為基波電壓有效值；U2，U3，…,Un為各次諧波電壓有效值；D0可簡(jiǎn)稱為失真系數(shù)或失真度。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)2)諧波失真度的測(cè)量利用頻譜分析儀可測(cè)量信號(hào)失真度。例如，某音頻放大器對(duì)輸入正弦信號(hào)ui=UmsinΩt進(jìn)行放大，輸出信號(hào)為uO，對(duì)uO進(jìn)行頻譜分析觀察到如圖8.25的頻譜，譜線間隔恰為基波頻率Ω，電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)圖8.25輸出信號(hào)頻譜

則按諧波失真度定義式可計(jì)算出輸出信號(hào)失真度。電子測(cè)量實(shí)用技術(shù)

在調(diào)幅波、調(diào)頻波、調(diào)相波中，調(diào)制度是高頻已調(diào)波的一個(gè)重要參數(shù)，這里主要討論如何利用頻譜分析儀測(cè)量調(diào)幅度。例如單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：