1、電子測(cè)量技術(shù),第六章 頻域測(cè)量,電子測(cè)量技術(shù),6.1 掃頻儀,什么是線性系統(tǒng)的頻率特性？,頻域中的兩個(gè)基本測(cè)量問(wèn)題,信號(hào)的頻譜分析：可由頻譜分析儀完成 線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量：可由網(wǎng)絡(luò)分析儀完成,電子測(cè)量技術(shù),6.1 掃頻儀,點(diǎn)頻測(cè)量法線性系統(tǒng)頻率特性的經(jīng)典測(cè)量法 每次只能將加到被測(cè)線性系統(tǒng)的信號(hào)源的頻率調(diào)節(jié)到某一個(gè)頻點(diǎn)。依次設(shè)置調(diào)諧到各指定頻點(diǎn)上，分別測(cè)出各點(diǎn)處的參數(shù)，再將各點(diǎn)數(shù)據(jù)連成完整的曲線，從而得到頻率特性測(cè)量結(jié)果。 所得頻率特性是靜態(tài)的，無(wú)法反映信號(hào)的連續(xù)變化； 測(cè)量頻點(diǎn)的選擇對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，特別對(duì)某些特性曲線的銳變部分以及失常點(diǎn)，可能會(huì)因頻點(diǎn)選擇不當(dāng)或不足而漏掉這些測(cè)量結(jié)果。

2、,幅頻特性測(cè)量,電子測(cè)量技術(shù),6.1 掃頻儀,頻率源的輸出能夠在測(cè)量所需的范圍內(nèi)連續(xù)掃描，因此可以連續(xù)測(cè)出各頻率點(diǎn)上的頻率特性結(jié)果并立即顯示特性曲線。 優(yōu)點(diǎn)：掃頻信號(hào)的頻率連續(xù)變化，掃頻測(cè)量所得的頻率特性是動(dòng)態(tài)頻率特性，也不會(huì)漏掉細(xì)節(jié)。 不足：如果輸入的掃頻信號(hào)頻率變化速度快于系統(tǒng)輸出響應(yīng)時(shí)間，則頻率的響應(yīng)幅度會(huì)出現(xiàn)不足，掃頻測(cè)量所得幅度小于點(diǎn)頻測(cè)量的幅度；電路中LC元件的惰性會(huì)使幅度峰值有所偏差，因此會(huì)產(chǎn)生頻率偏離。,幅頻特性測(cè)量,掃頻測(cè)量法,電子測(cè)量技術(shù),6.1 掃頻儀,兩種幅頻特性測(cè)量法的比較,掃頻測(cè)量所得的動(dòng)態(tài)特性曲線峰值低于點(diǎn)頻測(cè)量所得的靜態(tài)特性曲線。掃頻速度越快，下降越多； 動(dòng)態(tài)特

3、性曲線峰值出現(xiàn)的水平位置（頻率）相對(duì)于靜態(tài)特性曲線有所偏離，并向頻率變化的方向移動(dòng)。掃頻速度越快，偏離越大； 當(dāng)靜態(tài)特性曲線對(duì)稱時(shí)，隨著掃頻速度加快，動(dòng)態(tài)特性曲線明顯出現(xiàn)不對(duì)稱，并向頻率變化的方向一側(cè)傾斜； 動(dòng)態(tài)特性曲線較平緩，其3dB帶寬大于靜態(tài)特性曲線的3dB帶寬；,小結(jié)：測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，必須用掃頻法；為了得到靜態(tài)特性，必須選擇極慢的掃頻速度以得到近似的靜態(tài)特性曲線，或采用點(diǎn)頻法。,電子測(cè)量技術(shù),6.2 掃頻儀工作原理,掃頻源,1 掃頻儀電路工作原理,電子測(cè)量技術(shù),6.2 掃頻儀工作原理,2 掃頻源,典型的掃頻源應(yīng)具備下列三方面功能： 產(chǎn)生掃頻信號(hào)（通常是等幅正弦波）； 產(chǎn)生同步輸出的掃

4、描信號(hào)，可以是三角波、正弦波或鋸齒波等； 產(chǎn)生同步輸出的頻率標(biāo)記，可以是等頻率間隔的通用頻標(biāo)、專用于某項(xiàng)測(cè)試的專用頻標(biāo)及活動(dòng)頻標(biāo)。,電子測(cè)量技術(shù),掃頻單元,6.2 掃頻儀工作原理,電子測(cè)量技術(shù),頻標(biāo)單元,頻率標(biāo)記是掃頻測(cè)量中的頻率定度 。產(chǎn)生頻標(biāo)的基本方法是差頻法，利用差頻方式可產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)頻標(biāo)，頻標(biāo)的數(shù)目取決于和掃頻信號(hào)混頻的基準(zhǔn)頻率的成分。,6.2 掃頻儀工作原理,電子測(cè)量技術(shù),菱形頻標(biāo) 利用差頻法得到，適用于測(cè)量高頻段的頻率特性。對(duì)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行限幅、整形和微分，形成含有很多諧波成分的尖脈沖，再和掃頻信號(hào)混頻。 脈沖頻標(biāo) 由菱形頻標(biāo)變換而來(lái)的。將菱形頻標(biāo)送去觸發(fā)單穩(wěn)電路并產(chǎn)生輸出，整形后

5、形成極窄的矩形脈沖頻標(biāo)，也叫針形頻標(biāo)。寬度較菱形頻標(biāo)窄。 線形頻標(biāo) 狀如一條條極細(xì)的垂直亮線，是光柵增輝式顯示器特有的頻標(biāo)形式。,6.2 掃頻儀工作原理,頻率標(biāo)記的種類,電子測(cè)量技術(shù),6.2 掃頻儀工作原理,單一頻標(biāo)產(chǎn)生的工作原理,電子測(cè)量技術(shù),6.2 掃頻儀工作原理,多個(gè)頻標(biāo)產(chǎn)生的工作原理,電子測(cè)量技術(shù),6.2 掃頻儀工作原理,多個(gè)菱形頻標(biāo)波形圖,電子測(cè)量技術(shù),Y通道單元,6.2 掃頻儀工作原理,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,1 時(shí)域和頻域的關(guān)系,時(shí)域由信號(hào)隨時(shí)間的變化情況表征 頻域由信號(hào)包含的頻率分量，即頻譜分布情況描述,相互間關(guān)系：有確切的內(nèi)部關(guān)系為一傅氏變換對(duì),電子測(cè)量技術(shù)

6、,6.3 頻譜分析儀工作原理,信號(hào)的時(shí)域與頻域描述圖,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,2 頻譜分析儀的分類,非實(shí)時(shí)頻譜分析儀,實(shí)時(shí)頻譜分析儀,工作原理,多通道（信道）濾波式,時(shí)基壓縮式,掃頻超外差式,相關(guān)存儲(chǔ)濾波式,快速傅里葉變換（FFT）式,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,實(shí)時(shí)頻譜儀和非實(shí)時(shí)頻譜儀 實(shí)時(shí)分析應(yīng)達(dá)到的速度與被分析信號(hào)的帶寬及所要求的頻率分辨率有關(guān)。一般認(rèn)為，實(shí)時(shí)分析是指在長(zhǎng)度為T的時(shí)段內(nèi)，完成頻率分辨率達(dá)到1/T的譜分析；或者待分析信號(hào)的帶寬小于儀器能夠同時(shí)分析的最大帶寬。 在一定頻率范圍數(shù)據(jù)分析速度與數(shù)據(jù)采集速度相匹配，不發(fā)生積壓現(xiàn)象，這樣的分析就是實(shí)時(shí)的

7、；如果待分析的信號(hào)帶寬超過(guò)這個(gè)頻率范圍，則是非實(shí)時(shí)分析。,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,基本框圖,3 工作原理,用很多窄帶濾波器把各頻率分量濾出,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,并行濾波法,每個(gè)濾波器之后都有各自的檢波器，無(wú)需電子開(kāi)關(guān)切換及檢波建立時(shí)間，因此速度快，能夠滿足實(shí)時(shí)分析的需要。但是可顯示的頻譜分量數(shù)目取決于濾波器的數(shù)目，所以需要大量的濾波器。,多通道（信道）濾波式,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,順序?yàn)V波法,由多個(gè)通帶互相銜接的帶通濾波器和共用檢波器構(gòu)成。用多個(gè)頻率固定且相鄰的窄帶帶通濾波器陣列來(lái)區(qū)分被測(cè)信號(hào)的各種頻率成分，因此得以全面記錄被測(cè)信號(hào)。

8、,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,特點(diǎn)：順序分析，硬件少。 可調(diào)BPF通常調(diào)諧頻率范圍不寬。 目前只用于窄帶頻譜分析。,掃描濾波法,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,外差掃頻式,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,FFT型實(shí)時(shí)頻譜儀,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,掃頻超外差式頻譜儀,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,5 技術(shù)性能指標(biāo),輸入頻率范圍 頻譜儀能正常工作的最大頻率區(qū)間，由掃描本振的頻率范圍決定?，F(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1KHz4GHz。 頻率掃描寬度（Span） 另有分析譜寬、掃寬、頻率量程、頻譜跨度等不同

9、叫法。通常根據(jù)測(cè)試需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，或人為設(shè)置。掃描寬度表示頻譜儀在一次測(cè)量（也即一次頻率掃描）過(guò)程中所顯示的頻率范圍，可以小于或等于輸入頻率范圍。,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,掃描時(shí)間（Sweep Time，簡(jiǎn)作ST） 即進(jìn)行一次全頻率范圍的掃描、并完成測(cè)量所需的時(shí)間，也叫分析時(shí)間。通常掃描時(shí)間越短越好，但為保證測(cè)量精度，掃描時(shí)間必須適當(dāng)。與掃描時(shí)間相關(guān)的因素主要有頻率掃描范圍、分辨率帶寬、視頻濾波。 現(xiàn)代頻譜儀通常有多檔掃描時(shí)間可選擇，最小掃描時(shí)間由測(cè)量通道的電路響應(yīng)時(shí)間決定。,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,相位噪聲/頻譜純度 相位噪聲簡(jiǎn)稱相噪，是頻率短期穩(wěn)定度的指標(biāo)之一，反映了極短期內(nèi)的頻率變化程度，表現(xiàn)為載波邊帶，所以也稱邊帶噪聲。通常用在源頻率的某一頻偏上相對(duì)于載波幅度下降的dBc數(shù)值表示，如在9KHz頻偏處90dBc。 相噪由本振信號(hào)頻率或相位不穩(wěn)定引起，還與分辨率帶寬有關(guān)：RBW減小，相噪相應(yīng)降低。有效設(shè)置頻譜儀參數(shù)可使相噪達(dá)到最小，但無(wú)法消除。相噪也是影響頻譜儀分辨不等幅信號(hào)的因素之一。,電子測(cè)量技術(shù),6.3 頻譜分析儀工作原理,動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range） 即同時(shí)可測(cè)的最大與最小信號(hào)的幅度比。動(dòng)態(tài)范圍受限于輸入混頻器的