電子測(cè)量技術(shù) 課件 ch07頻域測(cè)量

頻域測(cè)量第七章電子測(cè)量技術(shù)（第四版）十二五普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材高等學(xué)校電于信息類精品教材01掃頻儀掃頻儀1掃頻信號(hào)發(fā)生器：一種具有寬帶頻率調(diào)制特性的信號(hào)發(fā)生器。通常使用的調(diào)制波形是低頻鋸齒波，它能表示被測(cè)器件相對(duì)于頻率變化的工作特性，并以x-r圖形顯示被測(cè)器件的頻率特性。掃頻儀：一種具有顯示裝置的掃頻信號(hào)發(fā)生器。有效頻率范圍：掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的載波頻率范圍，載波頻率是連續(xù)的，或分成若干個(gè)頻段，或由一系列間斷的頻率組成，在此頻率范圍內(nèi)掃頻信號(hào)發(fā)生器滿足所有精度要求。常用術(shù)語(yǔ)掃頻儀1掃頻寬度：掃頻所覆蓋的頻率范圍或最高頻率與最低頻率之差。中心頻率可調(diào)的掃描信號(hào)發(fā)生器的掃描寬度等于頻偏的兩倍；起始和終止頻率可調(diào)的掃頻信號(hào)發(fā)生器的掃頻寬度等于這兩個(gè)頻率之差。掃頻中心頻率：窄帶掃頻或?qū)ΨQ掃頻時(shí)，掃頻寬度為0的載波頻率。掃頻方式：由掃頻電壓給定的方式而實(shí)現(xiàn)的掃頻。自動(dòng)掃頻：由周期性掃描電壓實(shí)現(xiàn)的掃頻工作方式。掃描電壓主要是鋸齒波、三角波、正弦波等。常用術(shù)語(yǔ)掃頻儀1手動(dòng)掃頻：由手動(dòng)旋鈕控制掃描電壓而實(shí)現(xiàn)的掃頻工作方式。觸發(fā)掃頻：由觸發(fā)脈沖信號(hào)啟動(dòng)掃描電壓而實(shí)現(xiàn)的掃頻工作方式。單次觸發(fā)掃頻：由單次按鈕啟動(dòng)一次掃描電壓而實(shí)現(xiàn)僅一次的掃頻工作方式。對(duì)數(shù)掃頻：掃頻頻率在線性掃描坐標(biāo)軸上以對(duì)數(shù)刻度表示的掃頻工作方式。起止掃頻：掃頻寬度由起始和終止頻率旋鈕控制的掃頻工作方式。常用術(shù)語(yǔ)掃頻儀1標(biāo)志掃頻：掃頻寬度由兩個(gè)頻率標(biāo)志旋鈕控制的掃頻工作方式。窄帶掃頻：對(duì)稱于中心頻率的窄頻帶的掃頻工作方式。外掃頻：由外部信號(hào)電壓控制掃頻信號(hào)發(fā)生器而實(shí)現(xiàn)的掃頻工作方式。頻率標(biāo)志：簡(jiǎn)稱頻標(biāo)，用以表示掃頻信號(hào)頻率的標(biāo)志信號(hào)，有脈沖標(biāo)志、線狀標(biāo)志、菱形標(biāo)志等多種標(biāo)志形式。常用術(shù)語(yǔ)掃頻儀1分辨率：在規(guī)定的誤差極限內(nèi)，獲得或重復(fù)產(chǎn)生的某一工作特性的最小增量的最大值。掃頻線性誤差：在掃頻時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的相對(duì)于線性掃頻的最大頻率差編。該掃描線性誤差同樣適用于在多頻段工作的誤差。在多頻段工作時(shí)，掃頻覆蓋一個(gè)以上的頻段。同樣的方法也可用來表示頻標(biāo)之間的誤差。掃頻時(shí)間：頻率從一個(gè)規(guī)定值變化到另一個(gè)規(guī)定值的時(shí)間間隔。這兩個(gè)規(guī)定值是掃頻寬度的兩個(gè)極限值。常用術(shù)語(yǔ)掃頻儀2在掃頻儀中釆用的關(guān)鍵器件之一是變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管是指它的結(jié)電容隨外加偏壓而改變，并呈現(xiàn)明顯的非線性特性。變?nèi)荻O管的非線性電容通常釆用PN結(jié)或肖特基結(jié)的結(jié)構(gòu)形式來完成。消特基結(jié)變?nèi)荻O管由于反向擊穿電壓低，反向電流大，功率容量小，故作為可變電抗器（電容器或電感器）一般不釆用。所以通常所指的變?nèi)荻O管都是PN結(jié)二極管。變?nèi)荻O管在VHF.UHF和微波領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，適用于參量放大、變頻和倍頻、電調(diào)諧、調(diào)制限幅和開關(guān)等電路。由于變?nèi)荻O管在正向偏置時(shí)存在少數(shù)載流子的儲(chǔ)存效應(yīng)而形成擴(kuò)散電容，所以用做開關(guān)器件時(shí)，變?nèi)荻O管不如其他器件。掃頻儀中的關(guān)鍵器件02掃頻儀工作原理掃頻儀工作原理1整機(jī)電路原理框圖掃頻儀電路工作原理框圖如圖7.2.1所示。它主要由掃頻信號(hào)源和顯示系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。由圖7.2.1可知，掃頻信號(hào)源由掃頻單元、頻標(biāo)單元和衰減器三部分組成，在控制信號(hào)的作用下要求掃頻信號(hào)源具有以下功能。①能產(chǎn)生頻率做線性變化的掃頻信號(hào)；②這個(gè)掃頻信號(hào)的輸出是等幅的，且具有一定的功率；③掃頻信號(hào)的頻偏應(yīng)盡可能大且中心頻率；④要求掃頻信號(hào)的線性度良好；⑤能產(chǎn)生和掃頻信號(hào)同步的頻率標(biāo)記；⑥輸出阻抗要恒定。掃頻儀工作原理2單元電路工作原理掃頻單元工作原理框圖如圖7.2.2所示。掃頻信號(hào)是由固頻振蕩和掃頻振蕩在混頻器里經(jīng)差頻的方法而獲得的。采用差頻的方法是因?yàn)椴铑l可使中心頻率獲得很大的覆蓋比和有可能實(shí)現(xiàn)全頻段掃頻。掃頻振蕩頻率為500~800MHz，?頻振蕩頻率為500MHz，經(jīng)差頻后可獲得中心頻率為150MHz。03頻標(biāo)單元頻標(biāo)單元04K通道單元K通道單元掃頻儀的y、x通道系統(tǒng)同模擬示波器相似，準(zhǔn)確地說，掃頻儀中的顯示系統(tǒng)就是一臺(tái)低頻示波器。但和示波器相比，掃頻儀中的顯示系統(tǒng)又有許多自身的特點(diǎn)，比如：Y軸所能測(cè)量的頻率比較低，一般在0~500kHz左右；Y軸除對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行線性放大外，對(duì)頻率標(biāo)記也能夠進(jìn)行一定的放大；在水平掃描方面示波器有多種掃速可供選擇，而掃頻儀僅有一種掃描速度。K通道單元通道單元是顯示系統(tǒng)的重要部件，一些重要的技術(shù)指標(biāo)必須通過它才能反映出來。因此對(duì)y通道單元的具體要求為：1.有較高的輸入阻抗。2.有較好的頻率特性。3.要求有較小的漂移。05操作使用操作使用BT—3GDI型頻率特性測(cè)試儀的面板布置(如圖所示)1操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2?前面板部分(1)顯示器：顯示待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線。(2)電源開關(guān)(POWER)：電源開關(guān)為紅色按鍵，按下為接通電源(ON)，指示燈亮；彈出為關(guān)閉電源(OFF)，指示燈滅。(3)水平校準(zhǔn)：當(dāng)掃描線不能和水平刻度線重合時(shí)，可加以調(diào)節(jié)。(4)聚焦：調(diào)節(jié)該旋鈕可使掃描線光滑清晰。(5)亮度：用來調(diào)節(jié)掃描線的亮度，順時(shí)針調(diào)節(jié)亮度最大，反之則最暗。操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2(6)k位移：調(diào)節(jié)該旋鈕左右旋轉(zhuǎn)，可使掃描線上下移動(dòng)。(7)F增益：用于調(diào)節(jié)Y軸輸入信號(hào)幅度的大小，使待測(cè)信號(hào)能直觀地顯示在顯示器上。(8)Y輸入：通常接檢波探頭的輸出端，對(duì)于含有內(nèi)檢波器的四端網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的輸出可直接加到F輸入端。(9)F衰減(10)中心頻率：調(diào)節(jié)該旋鈕，可使需要的中心頻率置于顯示器的中心位置。(11)頻標(biāo)選擇MHz：操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2(12)頻標(biāo)幅度：順時(shí)針調(diào)節(jié)該旋鈕，可使頻標(biāo)幅度增大，反之則減小。(13)掃頻方式：為全掃、窄掃、點(diǎn)頻三擋轉(zhuǎn)換鍵，按下為有效，彈出為無效。(14)掃頻寬度：調(diào)節(jié)該旋鈕能得到適合的掃頻帶寬。(15)輸出衰減dB：輸出衰減共分為7擋，通過不同的組合，可得到不同的衰減量，它的設(shè)置能夠改變掃頻信號(hào)的輸出幅度。(16)掃頻輸出：掃頻信號(hào)的輸出端，通常接待測(cè)四端網(wǎng)絡(luò)的輸入端。(17)外接頻標(biāo)：該插座應(yīng)和“頻標(biāo)選擇MHz”中的“外接”鍵配合使用。操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2?后面板部分左、右兩個(gè)旋鈕分別是X幅度、X位移。(18)X幅度：調(diào)節(jié)該旋鈕，可改變掃描線在水平方向幅度的長(zhǎng)短。(19)X位移：調(diào)節(jié)該旋鈕左右旋轉(zhuǎn)，可使掃描線左右移動(dòng)。操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2?使用方法(1)掃頻儀檢查。接通掃頻儀電源。檢測(cè)自校開關(guān)：置“自校”位置。(2)頻標(biāo)的識(shí)別將頻標(biāo)選擇MHz鍵置“10/1”擋，“中心頻率”旋鈕置于起始處，此時(shí)顯示器上出現(xiàn)不同于菱形頻標(biāo)的特殊標(biāo)識(shí)，稱為零拍。操作使用按鍵、旋鈕的名稱與作用2?使用方法(3)掃頻寬度不同的四端網(wǎng)絡(luò)有著不同的頻帶，預(yù)置掃頻寬度太窄，待測(cè)曲線在水平方向會(huì)很小；預(yù)置掃頻寬度太寬，待測(cè)曲線在水平方向會(huì)很大。因此調(diào)節(jié)掃頻寬度旋鈕會(huì)得到合適的掃頻寬度。(4)中心頻率讀取不同的四端網(wǎng)絡(luò)除了有不同的頻帶之外，還有不同的中心頻率，預(yù)置中心頻率過高，被測(cè)曲線會(huì)在右面，預(yù)置中心頻率過低，被測(cè)曲線會(huì)在左面。06測(cè)試實(shí)例測(cè)試實(shí)例測(cè)量步驟如下：(1)接通掃頻儀電源。(2)掃頻儀各旋鈕預(yù)置如下：①"+/-”鍵：置“+”擋、"AC/DC”鍵：置“DC”擋，Y衰減鍵：置“xl”擋。②輸岀衰減dB鍵：置10dB。③頻標(biāo)選擇dB鍵：置“10/1”MHz擋。④中心頻率旋鈕調(diào)節(jié)在10.7MHz上。⑤調(diào)節(jié)掃頻寬度旋鈕，使頻率范圍在20MHz左右。⑥Y增益旋鈕順時(shí)針調(diào)節(jié)至5大格位置。測(cè)試實(shí)例(3)掃頻儀與雙調(diào)諧回路的連接掃頻儀掃頻輸出端接雙調(diào)諧回路放大器的輸入端，雙調(diào)諧回路放大器的輸出端通過檢波探頭接掃頻儀的K輸入端。(4)檢測(cè)/自校開關(guān)：置“檢測(cè)”位置。注：檢波探頭為低阻檢波器，掃頻輸出為帶鱷魚夾的高頻電纜。(5)合理選擇輸出衰減dB值，調(diào)節(jié)“掃頻寬度”旋鈕，使雙調(diào)諧回路的幅頻特性曲線為5大格。07正確選用掃頻儀依據(jù)正確選用掃頻儀依據(jù)掃頻儀的選型應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求進(jìn)行選擇，主要參照以下幾點(diǎn)：(1)頻率范圍：應(yīng)根據(jù)所使用的頻段參照具體指標(biāo)，如掃頻范圍、掃頻寬度、掃頻時(shí)間、中心頻率等參數(shù)進(jìn)行選擇。(2)輸出功率及動(dòng)態(tài)范圍：應(yīng)根據(jù)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的具體指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)，合理地選擇符合測(cè)試要求的功率電平，以及滿足技術(shù)參數(shù)要求的動(dòng)態(tài)范圍，特別是動(dòng)態(tài)范圍要隨著測(cè)試要求的提高而增加。(3)使用靈活、操作簡(jiǎn)單、直觀、測(cè)試精度高，測(cè)試結(jié)果可直接在顯示器上讀出。(4)掃頻儀面板上的按鍵和旋鈕要齊全配套、按鍵彈出與按下要輕松自如，旋鈕調(diào)節(jié)要靈活、方便、準(zhǔn)確。要有必備的測(cè)試附件，如檢波器、電纜、各種轉(zhuǎn)換接頭等。08頻譜分析儀工作原理頻譜分析儀工作原理時(shí)域和頻域的關(guān)系1對(duì)于一個(gè)電信號(hào)，一種是用它隨時(shí)間的變化特性來表示，如各種電子示波器的測(cè)試波形，一般稱它為時(shí)域分析方法。另一種是用信號(hào)所含的各種頻率分量（頻譜分布）來表示，由頻譜分析儀來測(cè)量，一般稱它為頻域分析方法。這里所說的“譜”，是指按一定規(guī)律列出的圖表或繪制的圖像。而頻譜是指對(duì)信號(hào)按頻率順序排列起來的各種成分，當(dāng)只考慮其幅值時(shí)，稱為幅度頻譜，簡(jiǎn)稱頻譜。對(duì)于任何電信號(hào)的頻譜所進(jìn)行的研究，稱為頻譜分析。頻譜分析儀工作原理頻譜分析儀的分類2頻譜分析儀（簡(jiǎn)稱頻譜儀）一般是用CRT顯示輸入信號(hào)的頻率-功率（或幅度）分布的儀器。這種儀器一般用于分析各種波形的特性，在所研究的頻率范圍內(nèi)重復(fù)掃描，就可以顯示信號(hào)的全部組成。因其具有靈敏度高、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，極方便地獲得時(shí)域測(cè)量中不易得到的獨(dú)特信號(hào)，如頻譜純度、信號(hào)失真、寄生、交調(diào)和噪聲邊帶等各種參數(shù)。頻譜分析儀工作原理信號(hào)頻譜測(cè)量31.調(diào)幅信號(hào)分析(1)掃頻法(2)時(shí)域法(3)FFT頻域法(4)調(diào)幅(AM)信號(hào)測(cè)量方法的選擇2.調(diào)頻信號(hào)分析(1)掃頻頻域法(2)貝塞爾(Bessel)零點(diǎn)法(3)哈伯雷(Haberly)法(4)斜率檢波/解調(diào)法(5)調(diào)頻(FM)信號(hào)測(cè)量方法的選擇頻譜分析儀工作原理技術(shù)性能指標(biāo)4其主要技術(shù)性能指標(biāo)為：(1)頻率分辨率

(2)顯示平均噪聲電平

(3)視頻濾波器和視頻平均(4)動(dòng)態(tài)范圍

(5)檢波器與檢波方式

(6)噪聲邊帶(7)假響應(yīng)

(8)剩余響應(yīng)

(9)多重響應(yīng)(10)交調(diào)失真

(11)增益壓縮

(12)沖擊帶寬(13)預(yù)選器頻譜分析儀工作原理操作使用要點(diǎn)51.選型依據(jù)選型時(shí)要首先考慮頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)(如頻率范圍、靈敏度、分辨率帶寬、噪聲邊帶、動(dòng)態(tài)范圍等)、功能等均能滿足測(cè)試任務(wù)的要求，其次要綜合考慮頻譜儀的價(jià)格、可操作性、顯示方式、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、體積重量與結(jié)構(gòu)、可維護(hù)性、兼容性、接口與控制特性、產(chǎn)品售后服務(wù)與技術(shù)支持等諸多因素。性能指標(biāo)相同時(shí)，建議選用便攜式結(jié)構(gòu)，優(yōu)先選用