頻率測(cè)量儀器分析課件

6.1頻率特性測(cè)試儀6.2頻譜分析儀器6.3付里葉分析儀6.4掃描式頻譜儀6.5頻譜分析儀在頻域測(cè)試中的應(yīng)用6.6諧波失真度測(cè)量6.7調(diào)制度測(cè)量6.8頻譜儀的使用方法第六章頻域測(cè)量儀器6.1頻率特性測(cè)試儀第六章頻域測(cè)量儀器本章重點(diǎn)掃頻信號(hào)的產(chǎn)生掃頻法測(cè)量電路的幅頻特性曲線掃頻外差式頻譜顯示技術(shù)頻譜儀的工作原理及其應(yīng)用本章難點(diǎn)掃頻測(cè)量技術(shù)外差式頻譜儀工作原理第六章頻域測(cè)量儀器本章重點(diǎn)第六章頻域測(cè)量儀器6.1頻率特性測(cè)試儀掃頻儀主要參數(shù)：

中心頻率f0及可調(diào)范圍；掃頻頻偏：Δf表示調(diào)頻信號(hào)在f0+Δf范圍內(nèi)連續(xù)改變；掃頻線性：指掃頻信號(hào)頻率變化規(guī)律與預(yù)定的掃頻規(guī)律之間的吻合程度；頻率標(biāo)記：在幅頻特性曲線上同時(shí)顯示表示頻率值的標(biāo)記；掃頻信號(hào)幅度：掃頻儀輸出的等幅掃頻信號(hào)的最大值。6.1.1概述6.1頻率特性測(cè)試儀掃頻儀主要參數(shù)：6.1.1概述點(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。6.1.2頻率特性的測(cè)量法點(diǎn)頻測(cè)量法——線性系統(tǒng)頻率特性的經(jīng)典測(cè)量法6.1.2頻率特掃頻測(cè)量法

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。掃頻測(cè)量法頻率源的輸出能夠在測(cè)量所需的范圍內(nèi)連續(xù)掃描6.1.3掃頻測(cè)量技術(shù)幅頻特性的掃頻測(cè)量法u1示波器的水平掃描信號(hào)

u2掃頻信號(hào)，頻率變化與掃描信號(hào)幅度變化同步。u3電路輸出信號(hào)，體現(xiàn)電路幅頻特性u(píng)4檢波器取出的包絡(luò)信號(hào)，其形狀即是被測(cè)電路的幅頻特性曲線.6.1.3掃頻測(cè)量技術(shù)幅頻特性的掃頻測(cè)量法u1示波器的水1.掃頻源的基本工作原理

能產(chǎn)生掃頻輸出信號(hào)的頻率源稱為掃頻信號(hào)發(fā)生器或掃頻信號(hào)源，簡稱掃頻源。它既可作為獨(dú)立的測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器，又可作為頻率特性測(cè)量類儀器的前端。1.掃頻源的基本工作原理能產(chǎn)生掃頻輸出信掃頻源的基本工作原理（續(xù)）

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)志，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)。掃頻源的基本工作原理（續(xù)）典型的掃頻源應(yīng)2.掃頻源的主要特性

對(duì)掃頻源通常的技術(shù)要求：在預(yù)定頻帶內(nèi)有足夠大的輸出功率，且幅度穩(wěn)定，以獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍；調(diào)頻線性好，并有經(jīng)過校正的頻率標(biāo)記，以便確定頻帶寬度和點(diǎn)頻輸出；為使測(cè)量誤差最小，掃頻信號(hào)中的寄生振蕩和諧波均應(yīng)很小；掃頻源輸出的中心頻率穩(wěn)定，并可以任意調(diào)節(jié)；頻率偏移的范圍越寬越好，并可以任意調(diào)節(jié)。2.掃頻源的主要特性對(duì)掃頻源通常的技術(shù)要求：3.

掃頻信號(hào)的主要工作特性有效掃頻寬度

所謂有效掃頻寬度，就是指在掃頻線和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大頻率的覆蓋范圍。一次掃頻時(shí)能獲得的最高fmax和最低fmin的瞬時(shí)頻率之差就是有效掃頻寬度，用表示。

3.掃頻信號(hào)的主要工作特性有效掃頻寬度中心頻率

中心頻率是指在線性掃頻時(shí)，頻率變化是均勻的，稱為頻偏。中心頻率為：中心頻率范圍指f0的變化范圍，也就是掃頻儀的工作頻率范圍。即

稱為相對(duì)掃頻寬度。中心頻率中心頻率是指在線性掃頻時(shí)，頻率變化是均勻的，稱為振幅穩(wěn)定性

所謂振幅穩(wěn)定性，就是指在幅頻特性測(cè)試中，掃頻儀輸出的掃頻信號(hào)的幅度的變化情況。理想情況下，掃頻儀輸出的掃頻信號(hào)的幅度恒定不變。通常用寄生調(diào)幅系數(shù)M來表示掃頻信號(hào)幅度的平穩(wěn)性，寄生調(diào)幅系數(shù)越小，表示振幅平穩(wěn)性越高。振幅穩(wěn)定性振幅穩(wěn)定性

寄生調(diào)幅系數(shù)的檢查，調(diào)節(jié)掃頻寬度，在有效面積內(nèi)，使掃頻寬度為15MHz，旋轉(zhuǎn)中心頻率旋鈕找一掃頻線落差最大的地方，把最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度分別記A、B，如圖所示。那么M為：M=

振幅穩(wěn)定性那么M為：M=掃頻速度（df/dt）：掃頻信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化率。掃頻信號(hào)發(fā)生器被測(cè)電路峰值檢波器掃描發(fā)生器XYv1v2v3v4v5關(guān)鍵環(huán)節(jié)4.掃頻法的原理

掃頻儀的組成：利用示波器的顯示原理，把時(shí)間軸變成頻率軸。主要由四部分組成：掃頻信號(hào)發(fā)生器、放大顯示電路、頻率標(biāo)記發(fā)生器和電源。掃頻速度（df/dt）：掃頻信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化率。

1)磁調(diào)制掃頻它是利用非線性電感的調(diào)頻方法，它具有寄生調(diào)幅小，相對(duì)掃頻寬度大，電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是需要調(diào)制功率大，大多采用電子管電路，并且用市電作為調(diào)制信號(hào)。如BT3（0——300M）磁調(diào)制掃頻振蕩器正是利用鐵磁材料的導(dǎo)磁率隨所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化這一特性來實(shí)現(xiàn)掃頻的。5.獲得掃頻信號(hào)的方法磁調(diào)制掃頻法的原理圖如下圖所示，圖（a）中L2、C調(diào)諧回路的諧振頻率f0為

1)磁調(diào)制掃頻磁調(diào)制掃頻振蕩器正是利用式（6-1）中L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量，若能用時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)改變L2，也就改變了諧振頻率。由電磁學(xué)理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導(dǎo)磁系數(shù)μ0。成正比：

L2=μ0L(6-2)式（6-2）中L為空芯線圈的電感量。由于高頻磁芯MH接在低頻磁芯ML的磁路中，而繞在ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分的掃描電流，如圖(6-8b)所示。當(dāng)掃描電流隨時(shí)間變化時(shí)，使得磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù)也隨著改變，再由式(6-1)、(6-2)可知，掃描電流的變化就導(dǎo)致了L2及諧振頻率f0的變化，實(shí)現(xiàn)了“掃頻”。式（6-1）中L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量，若能用2).變?nèi)荻O管掃頻等效電路如圖V變?nèi)莨茉诹闫珘簳r(shí)的電容。PN結(jié)的內(nèi)建電位差，硅管=0。6v電容指數(shù)，決定于PN結(jié)中雜質(zhì)濃度的分布情況，對(duì)于突變結(jié)變?nèi)莨?，，而超突變結(jié)變?nèi)莨軇?shì)壘電容與外加電壓的關(guān)系：2).變?nèi)荻O管掃頻V變?nèi)莨茉诹闫珘簳r(shí)的電容。PN結(jié)的內(nèi)建電工作原理：基于PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容與偏置電壓有關(guān)這一原理制成的。變?nèi)荻O管構(gòu)成的振蕩回路掃描信號(hào)隔直電容偏置電壓接振蕩器變?nèi)莨軖哳l振蕩器的優(yōu)點(diǎn)：

電路簡單，頻偏寬，對(duì)調(diào)制信號(hào)幾乎不消耗功率。它一般用于晶體管化的掃頻儀中。L工作原理：基于PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容與偏置電壓有關(guān)這一原

變?nèi)荻O管法的基本思想是用變?nèi)荻O管充當(dāng)振蕩回路中的電容，用掃描鋸齒波電壓去控制變?nèi)荻O管兩端的電壓，使其容量隨之發(fā)生變化，從而使振蕩頻率隨掃描鋸齒波的電壓變化而變化，而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。圖6-9(a)為BT—3C頻率特性測(cè)試儀的掃頻振蕩器電路。圖6-9(b)是等效電路。振蕩電路是一個(gè)改進(jìn)型的電容三點(diǎn)式振蕩電路。由于電感L固定，其振蕩頻率主要由變?nèi)荻O管的結(jié)電容決定。圖6-9掃頻法的原理圖

圖6-9掃頻法的原理圖

變?nèi)荻O管法的基本思想是用變?nèi)荻O管充當(dāng)振蕩回掃描鋸齒波電壓加至兩變?nèi)莨躒1與V2的中點(diǎn)，控制結(jié)電容的變化，使掃頻振蕩器的頻率隨鋸齒波電壓的變化而變化。鋸齒波電壓的幅度的大小可以改變掃頻寬度，即改變掃頻振蕩器的頻偏。改變鋸齒波的變化速率可改變掃頻速度。圖6-9掃頻法的原理圖

掃描鋸齒波電壓加至兩變?nèi)莨躒1與V2的中點(diǎn)，控制結(jié)電容的變化變?nèi)莨軖哳l儀的組成及原理變?nèi)莨軖哳l發(fā)生器被測(cè)電路峰值檢波器

三角波掃描發(fā)生器XY變?nèi)莨軖哳l儀的組成及原理變?nèi)莨軖哳l發(fā)生器被3)掃頻信號(hào)的的特性應(yīng)滿足要求有足夠的掃頻范圍，即有效的掃頻寬度；有良好的掃頻線性集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積；掃頻范圍可調(diào)，具有較好的實(shí)用性；掃頻信號(hào)的振幅穩(wěn)定性較好；3)掃頻信號(hào)的的特性應(yīng)滿足要求6.穩(wěn)幅電路6.穩(wěn)幅電路7.輸出衰減器

衰減器由兩組構(gòu)成：一組為粗調(diào)衰減器，采用10dB或20dB的步進(jìn)方式；一組為細(xì)調(diào)衰減器，采用1dB或2dB的步進(jìn)方式。總的衰減量可達(dá)70dB以上，利用衰減顯示屏顯示衰減的分貝數(shù)。7.輸出衰減器衰減器由兩組構(gòu)成：一組為粗調(diào)衰減器，8.頻率標(biāo)記

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。所用的頻率基準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較高頻標(biāo)幅度應(yīng)基本一致、顯示整齊不包含雜頻和泄漏進(jìn)來的掃頻信號(hào)多種頻標(biāo)形式以滿足不同的顯示和測(cè)量需要電路時(shí)延盡可能小以減小頻率定度誤差8.頻率標(biāo)記頻率標(biāo)記是掃頻測(cè)量中的頻率定度。產(chǎn)生頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路

作用是產(chǎn)生具有頻率標(biāo)志的圖形，以便能在屏幕上直接讀出某一點(diǎn)的頻率值或某一段曲線的頻率范圍，頻標(biāo)信號(hào)通常采用差頻法產(chǎn)生。頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路作用是產(chǎn)生具有頻率標(biāo)志的圖形，頻率標(biāo)記：用于頻率值的標(biāo)定，頻率標(biāo)記簡稱頻標(biāo)主要有四種方法（模擬法）：差頻法、電壓比較法、吸收法、選頻法差頻法：形成菱形頻標(biāo)，適用于高頻掃頻儀中。（頻標(biāo)寬度）掃頻信號(hào)發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

發(fā)生器混頻器帶通濾波器放大器諧波發(fā)生器頻率標(biāo)記：用于頻率值的標(biāo)定，頻率標(biāo)記簡稱頻標(biāo)掃頻信號(hào)發(fā)圖6-14菱形頻標(biāo)顯示圖

圖6-14菱形頻標(biāo)顯示圖9.被測(cè)電路被測(cè)電路是掃頻儀所要測(cè)試的對(duì)象，不屬于掃頻儀的組成部分。掃頻信號(hào)加至被測(cè)電路，檢波探頭（如果被測(cè)電路具備檢波功能的，用非檢波探頭，幅頻特性響應(yīng)的信號(hào)直接送Y軸電路。）對(duì)被測(cè)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行峰值檢波，并將檢波所得信號(hào)送往示波器Y軸電路，該信號(hào)的幅度變化正好反映了被測(cè)電路的幅頻特性，因而在屏幕上能直接觀察到被測(cè)電路的幅頻特性曲線。9.被測(cè)電路10.探頭掃頻儀隨機(jī)帶有兩條輸出電纜（即兩個(gè)輸出探頭）和兩條輸入電纜（即兩個(gè)輸入探頭），輸出探頭有開路探頭和匹配探頭，輸入探頭有檢波探頭和非檢波探頭。要根據(jù)被測(cè)電路的輸入阻抗和電路的功能選擇探頭。10.探頭

6.1.3BT-3C頻譜特性測(cè)試儀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≥±15MHz，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。6.1.3BT-3C頻譜特性測(cè)試儀BT-3C掃頻儀的主原理框圖有掃頻信號(hào)產(chǎn)生電路、頻標(biāo)信號(hào)形成電路、掃描顯示電路、衰減顯示電路和電源供電電路五部分組成。原理框圖有掃頻信號(hào)產(chǎn)生電路、頻標(biāo)信號(hào)形成電路、掃描顯示電路、面板控制說明1

電源按鍵2

亮度旋鈕3X位移旋鈕4X幅度旋鈕5

細(xì)衰減按鍵6衰減指示屏7Y輸入端口8Y位移旋鈕9

掃頻輸出端口10Y增益旋鈕11Y軸顯示方式按鍵12掃頻方式按鍵13

頻標(biāo)方式按鍵14

掃頻寬度旋鈕15

頻標(biāo)幅度旋鈕16

粗衰減按鍵17

中心頻率調(diào)節(jié)旋鈕18

外頻標(biāo)輸入接口19

屏幕面板控制說明1電源按鍵BT-3C型掃頻儀的使用方法（1）電氣性能的檢查掃頻范圍的檢查掃頻頻偏的檢查寄生調(diào)幅系數(shù)的檢查掃頻非線性系數(shù)檢查掃頻輸出電壓檢查BT-3C型掃頻儀的使用方法（1）電氣性能的檢查掃頻范圍的檢（2）使用方法①接入電源，按下開關(guān)，預(yù)熱15分鐘，調(diào)節(jié)亮度進(jìn)行電氣性能檢查。②輸出、輸入電纜應(yīng)盡量最短，。③輸出端帶有檢波的被測(cè)電路，不應(yīng)帶有檢波探頭；被測(cè)電路輸出端帶有直流時(shí)，應(yīng)選用AC耦合；當(dāng)被測(cè)電纜輸入端帶有直流電位時(shí)，應(yīng)在輸出電纜上接隔直電容。④需要特殊頻標(biāo)時(shí)，將“頻標(biāo)選擇”置于外接，在“外接輸入”端加入所需信號(hào)電壓（大于50mV）。⑤“掃頻方式”置于“點(diǎn)頻”位置，頻偏最小，掃頻儀可作為一般信號(hào)發(fā)生器使用。（2）使用方法①接入電源，按下開關(guān)，預(yù)熱15分鐘，調(diào)節(jié)亮度6.2頻譜分析儀器6.2.0概述6.2頻譜分析儀器6.2.0概述頻譜儀的工作原理頻譜儀按其原理可分為數(shù)字式頻譜儀及模擬式頻譜議兩大類數(shù)字式頻譜儀頻譜儀的工作原理頻譜儀按其原理可分為數(shù)字式頻譜儀及6.2.1頻譜分析的基本概念廣義上，信號(hào)頻譜是指組成信號(hào)的全部頻率分量的總集；狹義上，一般的頻譜測(cè)量中常將隨頻率變化的幅度譜稱為頻譜。頻譜測(cè)量：在頻域內(nèi)測(cè)量信號(hào)的各頻率分量，以獲得信號(hào)的多種參數(shù)。頻譜測(cè)量的基礎(chǔ)是付里葉變換。頻譜的兩種基本類型離散頻譜（線狀譜），各條譜線分別代表某個(gè)頻率分量的幅度，每兩條譜線之間的間隔相等連續(xù)頻譜，可視為譜線間隔無窮小，如非周期信號(hào)和各種隨機(jī)噪聲的頻譜6.2.1頻譜分析的基本概念廣義上，信號(hào)頻譜是指組成信號(hào)2.周期信號(hào)的頻譜特性離散性：頻譜是離散的，由無窮多個(gè)沖激函數(shù)組成；諧波性：譜線只在基波頻率的整數(shù)倍上出現(xiàn)，即譜線代表的是基波及其高次諧波分量的幅度或相位信息；收斂性：各次諧波的幅度隨著諧波次數(shù)的增大而逐漸減小。2.周期信號(hào)的頻譜特性3非周期信號(hào)的頻譜頻譜函數(shù)F(jω)是ω的連續(xù)函數(shù)，即非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。無論f(t)為實(shí)函數(shù)或虛函數(shù)，幅度譜|F(jω)|關(guān)于縱軸對(duì)稱，相位譜ej(ω)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱。3非周期信號(hào)的頻譜頻譜函數(shù)F(jω)是ω的連續(xù)函數(shù)，即4離散時(shí)域信號(hào)的頻譜離散時(shí)域信號(hào)的付氏變換（DFT）一個(gè)非周期離散時(shí)間序列的付氏變換定義為：頻譜快速付氏變換（FFT）：實(shí)現(xiàn)離散付氏變換、進(jìn)行時(shí)-頻域分析的一種極迅捷有效的算法。離散時(shí)間序列的頻譜是周期性的。如果離散時(shí)間序列是周期性的，在頻域內(nèi)的頻譜一定是離散的；若離散時(shí)間序列是非周期的，在頻域內(nèi)的頻譜一定是連續(xù)的。4離散時(shí)域信號(hào)的頻譜離散時(shí)域信號(hào)的付氏變換（DFT）頻譜5.信號(hào)的頻譜分析技術(shù)

頻譜分析以付里葉分析為理論基礎(chǔ)，可對(duì)不同頻段的信號(hào)進(jìn)行線性或非線性分析。信號(hào)頻譜分析的內(nèi)容：對(duì)信號(hào)本身的頻率特性分析，如對(duì)幅度譜、相位譜、能量譜、功率譜等進(jìn)行測(cè)量，從而獲得信號(hào)不同頻率處的幅度、相位、功率等信息；對(duì)線性系統(tǒng)非線性失真的測(cè)量，如測(cè)量噪聲、失真度、調(diào)制度等。5.信號(hào)的頻譜分析技術(shù)頻譜分析以付里葉分析為理論基6.2.2頻譜分析儀的基本原理

頻譜分析儀是使用不同方法在頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)的電壓、功率、頻率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并顯示的儀器。一般有FFT分析（實(shí)時(shí)分析）法、非實(shí)時(shí)分析法兩種實(shí)現(xiàn)方法。FFT分析法：在特定時(shí)段中對(duì)時(shí)域數(shù)字信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到頻域信息并獲取相對(duì)于頻率的幅度、相位信息?？沙浞掷脭?shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，非常適于非周期信號(hào)和持續(xù)時(shí)間很短的瞬態(tài)信號(hào)的頻譜測(cè)量。6.2.2頻譜分析儀的基本原理頻譜分析儀是非實(shí)時(shí)分析法在任意瞬間只有一個(gè)頻率成分能被測(cè)量，無法得到相位信息。適用于連續(xù)信號(hào)和周期信號(hào)的頻譜測(cè)量。掃頻式分析：使分析濾波器的頻率響應(yīng)在頻率軸上掃描。差頻式分析（外差式分析）：利用超外差接收機(jī)的原理，將頻率可變的掃頻信號(hào)與被分析信號(hào)進(jìn)行差頻，再對(duì)所得的固定頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，由此依次獲得被測(cè)信號(hào)不同頻率成分的幅度信息。這是頻譜儀最常采用的方法。非實(shí)時(shí)分析法頻譜分析儀的分類按分析處理方法分類：模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜儀、模擬/數(shù)字混合式頻譜儀；按基本工作原理分類：掃描式頻譜儀、非掃描式頻譜儀；按處理的實(shí)時(shí)性分類：實(shí)時(shí)頻譜儀、非實(shí)時(shí)頻譜儀；按頻率軸刻度分類：恒帶寬分析式頻譜儀、恒百分比帶寬分析式頻譜儀；按輸入通道數(shù)目分類：單通道、多通道頻譜儀；按工作頻帶分類：高頻、射頻、低頻等頻譜儀。頻譜分析儀的分類按分析處理方法分類：模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜6.3付里葉分析儀

付里葉分析儀將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對(duì)時(shí)域數(shù)字信息進(jìn)行FFT變換以獲得頻域表征，屬于數(shù)字式頻譜儀。由于采用微處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?，速度明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；但它同時(shí)受A/D轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶寬是有限的，工作頻段較低。6.3付里葉分析儀付里葉分析6.3.1FFT分析儀原理FFT分析儀原理及組成輸入信號(hào)首先經(jīng)過可變衰減器以提供不同的幅度測(cè)量范圍，然后經(jīng)低通濾波器除去儀器頻率范圍之外的高頻分量。接下來對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域波形的采樣和量化，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息。最后由微處理器利用FFT計(jì)算波形的頻譜，并將結(jié)果顯示出來。6.3.1FFT分析儀原理FFT分析儀原理及組成FFT分析儀的特點(diǎn)FFT的基本特性

FFT是一種面向記錄的算法。將N個(gè)采樣點(diǎn)作為時(shí)間記錄輸入，得到N個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻譜輸出，輸出記錄的復(fù)數(shù)值同時(shí)包含幅度、相位信息。各節(jié)點(diǎn)之間的頻率間隔fstep由時(shí)間記錄長度N和采樣頻率fS決定：fstep=fS/N，第n個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值為fn=fS×n/N。

FFT形成的頻譜相對(duì)于折疊頻率ff（ff=fS/2）對(duì)稱,只需保留（N/2）+1個(gè)有效節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于頻率從0到fS/2

，故FFT的輸出頻率范圍為0~fS/2，類似于低通濾波。FFT分析儀的特點(diǎn)FFT的基本特性

FFT分析儀中的數(shù)字混頻

FFT實(shí)質(zhì)上是基帶變換，對(duì)窄帶帶通信號(hào)有所限制。通過數(shù)字混頻可實(shí)現(xiàn)頻譜儀分析頻帶的選擇：借助混頻器將ADC的輸出與數(shù)字正弦波在時(shí)域中相乘，則在頻域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。FFT分析儀中的數(shù)字混頻FFT分析儀數(shù)字混頻框圖FFT分析儀數(shù)字混頻框圖頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高

降數(shù)據(jù)率抽取與抗混疊濾波要提高FFT分析儀的頻譜分辨率，可采取降低采樣速率fS，或增加FFT分析點(diǎn)數(shù)的措施。過低的fS會(huì)引起頻譜混疊、減小分析帶寬，還會(huì)導(dǎo)致信噪比下降；FFT的分析點(diǎn)數(shù)也不能無限增大，因?yàn)檫^大的數(shù)據(jù)量使數(shù)字信號(hào)處理器的負(fù)擔(dān)過重，過長的計(jì)算時(shí)間也會(huì)影響顯示刷新速度。

解決方案：在不改變fS和N的前提下對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取，以此降低數(shù)據(jù)率。同時(shí)還需對(duì)抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以免頻譜混疊。使用數(shù)字濾波器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)抽取和濾波。頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。降數(shù)據(jù)率抽取與抗混疊濾波頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT

頻譜泄漏及其處理

FFT在原理上是采用有限長的時(shí)間記錄進(jìn)行付氏變換，并在總體上不斷重復(fù)以代表對(duì)無限長實(shí)際序列的積分。然而在重復(fù)波形時(shí)，某些波形的形狀和相位可能會(huì)有瞬變，這種情況下的FFT頻譜與付氏變換積分的結(jié)果有較大差異，頻譜圖中會(huì)看到譜線的頻率范圍變寬，這就是頻譜泄漏。常用解決辦法是使用窗函數(shù)與時(shí)間記錄相乘，即強(qiáng)迫波形在有限長度的時(shí)間記錄之外變?yōu)榱悖谑遣ㄐ尾辉儆兴沧儸F(xiàn)象。頻譜泄漏及其處理FFT分析儀的性能指標(biāo)FFT分析儀的信號(hào)先在時(shí)、頻域兩個(gè)方向上離散化，再對(duì)離散序列中N個(gè)采樣數(shù)據(jù)（記錄）進(jìn)行分析，所得頻譜與周期信號(hào)理論上的線譜具有不同的意義，因此需要不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

頻率特性

頻率范圍：由采樣頻率fS決定。為防止頻譜混疊，一般采用過采樣：fS>2.56fmax

，其中fmax為待分析信號(hào)的最高頻率。最高fS由ADC的性能決定。

頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。FFT分析儀的性能指標(biāo)FFT分析儀的信號(hào)先在

幅度特性動(dòng)態(tài)范圍：取決于ADC的位數(shù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算的字長或精度。靈敏度：取決于本底噪聲，主要由前置放大器噪聲決定。幅度讀數(shù)精度：幅度譜線的誤差來源包括計(jì)算處理誤差、頻譜混疊誤差、頻譜泄漏誤差以及每次單個(gè)記錄分析所含的統(tǒng)計(jì)誤差等。其中統(tǒng)計(jì)誤差與信號(hào)處理方法、譜估計(jì)方法、統(tǒng)計(jì)平均方法及次數(shù)有關(guān)，往往需要在改變?cè)O(shè)置和多次分析之后才能獲得較好結(jié)果。幅度特性

分析速度

主要取決于N點(diǎn)FFT的運(yùn)算時(shí)間、平均運(yùn)行時(shí)間及結(jié)果處理時(shí)間。若是實(shí)信號(hào)的功率譜計(jì)算，則速度可以提高一倍。

其他特性可選的窗函數(shù)種類；數(shù)據(jù)觸發(fā)方式；顯示方式；結(jié)果存儲(chǔ)、輸入/輸出功能等。分析速度6.3.2FFT分析儀的實(shí)現(xiàn)FFT分析的硬件實(shí)現(xiàn)可選方案：ASIC、FPGA、DSP選擇準(zhǔn)則：可編程性、集成度、開發(fā)周期、性能、功耗6.3.2FFT分析儀的實(shí)現(xiàn)FFT分析的硬件實(shí)現(xiàn)集成電路界ASIC被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。FPGA是ASIC的近親，一般通過原理圖、VHDL對(duì)數(shù)字系統(tǒng)建模，運(yùn)用EDA軟件仿真、綜合，生成基于一些標(biāo)準(zhǔn)庫的網(wǎng)絡(luò)表，配置到芯片即可使用。它與ASIC的區(qū)別是用戶不需要介入芯片的布局布線和工藝問題，而且可以隨時(shí)改變其邏輯功能，使用靈活。集成電路界ASIC被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。FFT的硬件實(shí)現(xiàn)（續(xù)）

選用哪種方案實(shí)現(xiàn)頻譜分析？

ASIC：提供有限的可編程性和集成水平，通?？蔀槟稠?xiàng)固定功能提供最佳解決方案；

FPGA：可為高度并行或涉及線性處理的高速信號(hào)處理提供最佳解決方案，如數(shù)字濾波器等的設(shè)計(jì)；

DSP：可為復(fù)雜決策分析等功能提供最佳可編程解決方案，如FFT這樣具有順序特性的信號(hào)處理。結(jié)論：鑒于頻譜分析通常需要較高的可編程性，因此使用DSP實(shí)現(xiàn)FFT，而使用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、抽取等其他數(shù)字信號(hào)處理。FFT的硬件實(shí)現(xiàn)（續(xù)）選用哪種方案實(shí)現(xiàn)頻譜分析？結(jié)論：鑒于濾波式頻譜分析技術(shù)

濾波式頻譜分析儀原理及分類

基本原理：先用帶通濾波器選出待分析信號(hào)，然后用檢波器將該頻率分量變?yōu)橹绷餍盘?hào)，再送到顯示器將直流信號(hào)的幅度顯示出來。為顯示輸入信號(hào)的各頻率分量，帶通濾波器的中心頻率是多個(gè)或可變的。6.4掃描式頻譜儀濾波式頻譜分析技術(shù)濾波式頻譜分析儀原理及分類6.4掃描檔級(jí)濾波式頻譜儀

也叫順序?yàn)V波頻譜儀，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)。檔級(jí)濾波式頻譜儀也叫順序?yàn)V波頻譜儀，由多個(gè)通帶互相銜并行濾波式頻譜儀

與檔級(jí)濾波式的區(qū)別在于每個(gè)濾波器之后都有各自的檢波器，無需電子開關(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。并行濾波式頻譜儀與檔級(jí)濾波式的區(qū)別在于每個(gè)濾波器之后掃頻濾波式頻譜儀

實(shí)質(zhì)是一個(gè)中心頻率在整個(gè)寬帶頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧的窄帶濾波器。當(dāng)它的諧振頻率改變時(shí)，濾波器就分離出特定的頻率分量。掃頻濾波式頻譜儀實(shí)質(zhì)是一個(gè)中心頻率在整個(gè)寬帶頻率范圍數(shù)字濾波式頻譜儀

數(shù)字濾波式頻譜儀在現(xiàn)代頻譜分析儀中占有重要地位。數(shù)字濾波器提高了頻譜儀的頻率分辨率；具有數(shù)字信號(hào)處理的高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和可編程性等普遍優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波式頻譜儀數(shù)字濾波式頻譜儀在現(xiàn)代頻譜分析儀中占

利用數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)頻分或時(shí)分復(fù)用，因此僅用一個(gè)數(shù)字濾波器就可以實(shí)現(xiàn)與并行濾波式等效的實(shí)時(shí)頻譜儀。用單個(gè)數(shù)字濾波器代替多個(gè)模擬濾波器之后，濾波器的中心頻率由時(shí)基電路控制使之順序改變。利用數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)頻分或時(shí)分復(fù)用，因此僅用一個(gè)數(shù)6.5頻譜分析儀在頻域測(cè)試中的應(yīng)用

除了完成幅度譜、功率譜等一般的測(cè)量功能外，頻譜儀還能夠用于對(duì)如相位噪聲、鄰道功率、非線性失真、調(diào)制度等頻域參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。6.5頻譜分析儀在頻域測(cè)試中的應(yīng)用除了完成幅度6.5.1脈沖信號(hào)測(cè)量

脈沖信號(hào)是雷達(dá)和數(shù)字通信系統(tǒng)中的一類重要信號(hào)，它的測(cè)量比連續(xù)波形困難。如果采用窄分辨帶寬進(jìn)行頻譜測(cè)量，將呈現(xiàn)出離散的譜線；如果采用較寬的分辨帶寬，這些譜線就會(huì)連成一片?？梢?，不同的頻譜儀設(shè)置可能對(duì)同一個(gè)脈沖信號(hào)的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不同影響。6.5.1脈沖信號(hào)測(cè)量脈沖信號(hào)是雷達(dá)和數(shù)字通信脈沖信號(hào)測(cè)量原理

單脈沖的付氏變換具有采樣函數(shù)的曲線形狀：其中τ為脈沖寬度。頻譜的零點(diǎn)發(fā)生在1/τ的整數(shù)倍處，頻譜幅度與脈沖寬度成正比，即脈沖越寬，能量越大。將單個(gè)脈沖周期性復(fù)制形成脈沖串，展開為付氏級(jí)數(shù)：脈沖信號(hào)測(cè)量原理單脈沖的付氏變換具有采樣函數(shù)的曲線形狀：其脈沖信號(hào)測(cè)量原理（續(xù)）

脈沖信號(hào)V(f)的諧波位于波形基頻（即1/T的整數(shù)倍）處，波形頻率稱為脈沖重復(fù)頻率PRF，有PRF=1/T。諧波的總體形狀或包絡(luò)與單脈沖的付氏變換相同，呈現(xiàn)采樣函數(shù)特性，并在1/τ的整數(shù)倍處出現(xiàn)頻譜包絡(luò)的零點(diǎn)。

時(shí)域中的重復(fù)脈沖頻域中的脈沖串頻譜

由于實(shí)時(shí)性的限制，掃描式頻譜分析儀無法完成測(cè)量單脈沖這樣的瞬態(tài)時(shí)間。能夠完成測(cè)量任務(wù)的FFT分析儀的分析帶寬必須能將脈沖信號(hào)包含在內(nèi)。脈沖信號(hào)測(cè)量原理（續(xù)）脈沖信號(hào)V(f)的諧波位于波形6.6.1諧波失真度的定義

非線性失真亦稱諧波失真，簡稱失真。一定頻率的信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)后往往會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量，這種現(xiàn)象被稱為該網(wǎng)絡(luò)的非線性失真；一個(gè)信號(hào)的實(shí)際波形與理想波形有差異，這種差異被稱為信號(hào)的非線性失真。線性電路意味著頻域中的輸出信號(hào)應(yīng)具有與輸入信號(hào)相同的頻率，而由輸入信號(hào)所產(chǎn)生的任何其他頻率都被視為是非線性失真。6.6諧波失真度測(cè)量6.6.1諧波失真度的定義6.6諧波失真度測(cè)失真模型

產(chǎn)生失真的器件大都是線性器件，只表現(xiàn)出輕微的非線性。這種失真可用冪級(jí)數(shù)來模擬：其中k0：系統(tǒng)輸出直流分量；k1：電路增益；k2及以上的其余系數(shù)：電路的非線性特性。如果電路是完全線性的，則除k1之外的所有系數(shù)均應(yīng)為0。由于對(duì)漸變形式的非線性，kn的大小隨n增大而迅速變小，只有二次、三次效應(yīng)起決定作用。故可忽略上式中k3以后的各項(xiàng)，因而得到簡化失真模型：失真模型產(chǎn)生失真的器件大都是線性器件，只表現(xiàn)出輕微的單音、雙音輸入

單音輸入

單音信號(hào)即一個(gè)單一頻率的純正弦波，將它作為輸入信號(hào)并測(cè)量輸出信號(hào)的頻率成分，可進(jìn)行最簡單的系統(tǒng)失真情況的測(cè)試。將單音信號(hào)Vin=Acosωt代入簡化失真模型式中：單音信號(hào)的輸出中包含了直流分量、基波及二次、三次諧波。單音、雙音輸入單音輸入單音、雙音輸入（續(xù)1）

由單音信號(hào)的輸出可以看到：

直流分量受失真模型二次系數(shù)k2的影響，基波幅度受三次系數(shù)k3的影響；基波幅度主要與輸入信號(hào)幅度A成正比，二次諧波的幅度與A2成正比，三次諧波幅度與A3成正比。使用分貝（dB）表示幅度，有意味著輸入信號(hào)電平每變化1dB，基波也將近似變化1dB，二次諧波將改變2dB，三次諧波將改變3dB。單音、雙音輸入（續(xù)1）由單音信號(hào)的輸出可以看到：單音、雙音輸入（續(xù)2）

雙音輸入

雙音信號(hào)如Vin=A1cosω1t+A2cosω2t，將它作為輸入信號(hào)進(jìn)行失真測(cè)量，代入簡化失真模型式中有：

其中c0、c1、……、c12是由k0、k1、k2、k3及A1、A2決定的系數(shù)。

單音、雙音輸入（續(xù)2）雙音輸入失真度定義

失真度被定義為全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。對(duì)于純電阻負(fù)載，則定義為全部諧波電壓（或電流）有效值與基波電壓（或電流）有效值之比的平方根。失真度D0以百分比（％）或分貝（dB）為單位，亦稱失真系數(shù)。失真度定義失真度被定義為全部諧波能量與基波能量之比的6.6.2諧波失真度的測(cè)量方法

諧波失真度的測(cè)量方法有很多，例如：

諧波分析法——用頻譜儀分別將信號(hào)基波和各次諧波的幅值一一測(cè)出，然后按定義計(jì)算，屬于間接測(cè)量法；

基波抑制法——又稱靜態(tài)法，對(duì)被測(cè)器件輸入單音正弦信號(hào)，并通過基波抑制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接測(cè)量；

白噪聲法——又稱動(dòng)態(tài)法，利用白噪聲作為測(cè)試信號(hào)，測(cè)出被測(cè)器件在通帶內(nèi)的各頻率分量產(chǎn)生的諧波。6.6.2諧波失真度的測(cè)量方法諧波失真度的測(cè)量方法基波抑制法

由于基波難以單獨(dú)測(cè)量，當(dāng)失真度較小時(shí)，上述失真定義式可近似為：

按照近似式測(cè)量失真度，所得的是諧波電壓總有效值與被測(cè)信號(hào)總有效值之比。近似的條件：當(dāng)失真度小于9％時(shí)，可用近似失真度測(cè)量值D代替定義值D0，否則需對(duì)D值進(jìn)行換算或修正。換算公式為：基波抑制法由于基波難以單獨(dú)測(cè)量，當(dāng)失真度較小時(shí)，上述基波抑制法（續(xù)）

按照近似式進(jìn)行基波抑制法測(cè)量諧波失真度的電路如下圖。基波抑制網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)陷波濾波器，專門用于濾掉基波信號(hào)而使其余諧波分量通過。用在電路上濾除不需要的頻率的信號(hào)，比如在帶通濾波器通頻帶的邊緣外加陷波器，通常是串聯(lián)一個(gè)并聯(lián)諧振回路，或并聯(lián)一個(gè)串聯(lián)回路，它們的諧振頻率就是要濾除的頻率，在電視機(jī)電路中頻部分很常見?；ㄒ种品ǎɡm(xù)）按照近似式進(jìn)行基波抑制法測(cè)量諧波失真

開關(guān)S先打到1處，測(cè)出被測(cè)信號(hào)的電壓總有效值。適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平使電壓表指示為某一規(guī)定的基準(zhǔn)電平值，該值完全對(duì)應(yīng)于失真度大小，也就是使近似式中的分母為1——這個(gè)過程稱為“校準(zhǔn)”；開關(guān)打到2處，調(diào)整基波抑制網(wǎng)絡(luò)使電壓表指示最小，表明此時(shí)電路對(duì)基波的衰減量最大。由于基波已被抑制，此時(shí)測(cè)出的是被測(cè)信號(hào)的諧波電壓總有效值。由于電壓表已經(jīng)過校準(zhǔn)，故當(dāng)前指示值就是D值。開關(guān)S先打到1處，測(cè)出被測(cè)信號(hào)的電壓總有效值。適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入白噪聲法

白噪聲法是一種廣譜測(cè)量技術(shù)，屬于諧波失真的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。它通過白噪聲發(fā)生器產(chǎn)生均勻頻譜密度分布的白噪聲，相當(dāng)于將一系列不同頻率、不同相位的正弦信號(hào)加到被測(cè)電路上，可以得到被測(cè)電路在通帶內(nèi)的任一頻率分量所產(chǎn)生的諧波。測(cè)量電路框圖如下：白噪聲法白噪聲法是一種廣譜測(cè)量技術(shù)，屬于諧波失真的動(dòng)白噪聲法（續(xù)）

白噪聲發(fā)生器輸出廣譜噪聲信號(hào)UN，經(jīng)過中心頻率為f0的帶阻濾波器后，輸出頻譜產(chǎn)生縫隙。該信號(hào)通過被測(cè)電路時(shí)，如果存在失真，各噪聲分量的互調(diào)會(huì)導(dǎo)致大量組合頻率，使輸出信號(hào)在f0及附近的頻率處有了新的頻率分量。用選頻電壓表選出f0分量，并測(cè)得其電壓幅度Uout。最終的諧波失真度D可按下式計(jì)算：其中，Uout為選頻電壓表在頻率f0處的讀數(shù)，U為同一帶寬下其他頻率處的電壓表讀數(shù)。白噪聲法（續(xù)）白噪聲發(fā)生器輸出廣譜噪聲信號(hào)UN，經(jīng)過6.6.3失真度測(cè)試儀簡介

失真度儀組成原理

測(cè)量失真度或失真系數(shù)的儀器即失真度儀，它們大多工作于200KHz以內(nèi)的頻帶。下圖所示為一種采用基波抑制法測(cè)量失真度的測(cè)試儀簡化框圖。6.6.3失真度測(cè)試儀簡介失真度儀組成原理失真度儀組成原理（續(xù)）

被測(cè)信號(hào)經(jīng)過幅度調(diào)節(jié)之后，一面被送到可調(diào)諧的陷波濾波器中濾掉基波，再進(jìn)入檢波器獲得諧波有效值電壓；同時(shí)通過旁路直接進(jìn)入檢波器，獲得信號(hào)中所有頻率成分的總有效值電壓。兩個(gè)代表不同電壓值的信號(hào)通過除法器進(jìn)行計(jì)算，最后顯示出失真測(cè)量值D。事實(shí)上，許多電路的非線性還會(huì)產(chǎn)生噪聲及電源紋波帶來的其他成分，因此失真度儀所測(cè)的結(jié)果包含了總諧波加噪聲失真，定義式為失真度儀組成原理（續(xù)）被測(cè)信號(hào)經(jīng)過幅度調(diào)節(jié)之后，一面主要技術(shù)指標(biāo)

失真度通常被用來衡量收錄機(jī)、電聲設(shè)備及信號(hào)發(fā)生器等的輸出性能。其典型技術(shù)指標(biāo)如：

頻率范圍：9Hz~600KHz

失真度測(cè)量范圍：0.01~90%

失真度測(cè)量精度：±5~±9%

靈敏度：0.3~30mV主要技術(shù)指標(biāo)失真度通常被用來衡量收錄機(jī)、電聲設(shè)備及信

調(diào)制的基本概念

調(diào)制就是對(duì)信號(hào)的源信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程。一般來說，信號(hào)源信息（即信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)往往不能直接傳輸，必須借助另一種頻率比基帶高得多的信號(hào)（即載波）轉(zhuǎn)換成適于傳輸?shù)男盘?hào)。這種適于傳輸?shù)男盘?hào)稱為已調(diào)信號(hào)，基帶信號(hào)則稱調(diào)制信號(hào)。調(diào)制是通過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其跟隨基帶信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)的。6.7調(diào)制度測(cè)量調(diào)制的基本概念6.7調(diào)制度測(cè)量調(diào)制的基本概念（續(xù)）常見的調(diào)制方式模擬調(diào)制：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM），分別指載波信號(hào)的幅度、頻率或相位隨著基帶信號(hào)的幅度變化而改變，簡稱調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相；數(shù)字調(diào)制：主要有脈寬調(diào)制（PWM）、脈沖編碼調(diào)制（PCM）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）、增量調(diào)制（Δ調(diào)制）等。最常見和最基本的調(diào)制方式是模擬調(diào)制。本章所涉及的調(diào)制度測(cè)量是指對(duì)調(diào)幅、調(diào)頻信號(hào)調(diào)制程度的測(cè)量。調(diào)制的基本概念（續(xù)）常見的調(diào)制方式調(diào)幅度的定義：其中，m上、m下分別稱為上調(diào)幅度和下調(diào)幅度，u0為載波的幅度峰值，U上、U下分別是調(diào)制信號(hào)的正、負(fù)半周幅度峰值。對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行正負(fù)峰值檢波（解調(diào)），即可根據(jù)定義式求出調(diào)幅度大小。調(diào)制度定義

幅度或頻率被調(diào)制的程度通稱為調(diào)制度，在調(diào)幅波、調(diào)頻波中分別用調(diào)幅度（或稱調(diào)幅深度、調(diào)幅系數(shù)）和調(diào)頻度（或稱調(diào)頻指數(shù)、調(diào)頻系數(shù)）表示調(diào)制度。它是已調(diào)波的重要參數(shù)，反映了載波的幅度、頻率或相位受低頻調(diào)制信號(hào)控制的程度。調(diào)幅度的定義：調(diào)制度定義幅度或頻率被調(diào)制的程度通稱為調(diào)頻系數(shù)是指最大頻偏與調(diào)制信號(hào)的頻率之比：mf=Δf/f0其中,Δf為調(diào)制信號(hào)的最大頻偏，f0為調(diào)制信號(hào)頻率。對(duì)調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行鑒頻，獲得與頻偏成正比的低頻信號(hào)電壓，即可測(cè)出最大頻偏；在已知調(diào)制信號(hào)頻率時(shí)，可由定義式求出調(diào)頻系數(shù)。調(diào)頻系數(shù)是指最大頻偏與調(diào)制信號(hào)的頻率之比：

6.8頻譜儀的使用方法頻譜儀的應(yīng)用范圍測(cè)量正弦信號(hào)的絕對(duì)幅值和相對(duì)幅值；測(cè)量頻率、寄生頻率分量的絕對(duì)頻率和相對(duì)頻率、噪聲和頻率穩(wěn)定度等參數(shù)；測(cè)試調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)幅等調(diào)制信號(hào)的特性；測(cè)試脈沖噪聲；測(cè)試瞬變信號(hào)；測(cè)試線性網(wǎng)絡(luò)和非線性網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性、非線性失真度、增益或衰減等參數(shù)；進(jìn)行電磁兼容性（EMC）的測(cè)試。

6.8頻譜儀的使用方法頻譜儀的應(yīng)用范圍頻譜儀的主要工作特性掃頻寬度（分析譜寬）頻率分辨力靈敏度動(dòng)態(tài)范圍頻譜儀的主要工作特性掃頻寬度（分析譜寬）頻譜儀的正確使用頻譜儀型號(hào)的選擇，根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量目的來選擇儀器的型號(hào)。掃頻寬度的選擇，應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻譜寬度來選擇。分辨力的選擇，掃頻寬度的選擇應(yīng)與靜態(tài)分辨力Bq相適應(yīng)。掃頻速度的選擇，當(dāng)掃頻寬度與靜態(tài)分辨力Bq選定后，掃頻速度vs的選擇以獲得較高的動(dòng)態(tài)分辨力Bd為準(zhǔn)則。頻譜儀的正確使用頻譜儀型號(hào)的選擇，根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量目的來選6.1頻率特性測(cè)試儀6.2頻譜分析儀器6.3付里葉分析儀6.4掃描式頻譜儀6.5頻譜分析儀在頻域測(cè)試中的應(yīng)用6.6諧波失真度測(cè)量6.7調(diào)制度測(cè)量6.8頻譜儀的使用方法第六章頻域測(cè)量儀器6.1頻率特性測(cè)試儀第六章頻域測(cè)量儀器本章重點(diǎn)掃頻信號(hào)的產(chǎn)生掃頻法測(cè)量電路的幅頻特性曲線掃頻外差式頻譜顯示技術(shù)頻譜儀的工作原理及其應(yīng)用本章難點(diǎn)掃頻測(cè)量技術(shù)外差式頻譜儀工作原理第六章頻域測(cè)量儀器本章重點(diǎn)第六章頻域測(cè)量儀器6.1頻率特性測(cè)試儀掃頻儀主要參數(shù)：

中心頻率f0及可調(diào)范圍；掃頻頻偏：Δf表示調(diào)頻信號(hào)在f0+Δf范圍內(nèi)連續(xù)改變；掃頻線性：指掃頻信號(hào)頻率變化規(guī)律與預(yù)定的掃頻規(guī)律之間的吻合程度；頻率標(biāo)記：在幅頻特性曲線上同時(shí)顯示表示頻率值的標(biāo)記；掃頻信號(hào)幅度：掃頻儀輸出的等幅掃頻信號(hào)的最大值。6.1.1概述6.1頻率特性測(cè)試儀掃頻儀主要參數(shù)：6.1.1概述點(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。6.1.2頻率特性的測(cè)量法點(diǎn)頻測(cè)量法——線性系統(tǒng)頻率特性的經(jīng)典測(cè)量法6.1.2頻率特掃頻測(cè)量法

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。掃頻測(cè)量法頻率源的輸出能夠在測(cè)量所需的范圍內(nèi)連續(xù)掃描6.1.3掃頻測(cè)量技術(shù)幅頻特性的掃頻測(cè)量法u1示波器的水平掃描信號(hào)

u2掃頻信號(hào)，頻率變化與掃描信號(hào)幅度變化同步。u3電路輸出信號(hào)，體現(xiàn)電路幅頻特性u(píng)4檢波器取出的包絡(luò)信號(hào)，其形狀即是被測(cè)電路的幅頻特性曲線.6.1.3掃頻測(cè)量技術(shù)幅頻特性的掃頻測(cè)量法u1示波器的水1.掃頻源的基本工作原理

能產(chǎn)生掃頻輸出信號(hào)的頻率源稱為掃頻信號(hào)發(fā)生器或掃頻信號(hào)源，簡稱掃頻源。它既可作為獨(dú)立的測(cè)量用信號(hào)發(fā)生器，又可作為頻率特性測(cè)量類儀器的前端。1.掃頻源的基本工作原理能產(chǎn)生掃頻輸出信掃頻源的基本工作原理（續(xù)）

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)志，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)。掃頻源的基本工作原理（續(xù)）典型的掃頻源應(yīng)2.掃頻源的主要特性

對(duì)掃頻源通常的技術(shù)要求：在預(yù)定頻帶內(nèi)有足夠大的輸出功率，且幅度穩(wěn)定，以獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍；調(diào)頻線性好，并有經(jīng)過校正的頻率標(biāo)記，以便確定頻帶寬度和點(diǎn)頻輸出；為使測(cè)量誤差最小，掃頻信號(hào)中的寄生振蕩和諧波均應(yīng)很小；掃頻源輸出的中心頻率穩(wěn)定，并可以任意調(diào)節(jié)；頻率偏移的范圍越寬越好，并可以任意調(diào)節(jié)。2.掃頻源的主要特性對(duì)掃頻源通常的技術(shù)要求：3.

掃頻信號(hào)的主要工作特性有效掃頻寬度

所謂有效掃頻寬度，就是指在掃頻線和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大頻率的覆蓋范圍。一次掃頻時(shí)能獲得的最高fmax和最低fmin的瞬時(shí)頻率之差就是有效掃頻寬度，用表示。

3.掃頻信號(hào)的主要工作特性有效掃頻寬度中心頻率

中心頻率是指在線性掃頻時(shí)，頻率變化是均勻的，稱為頻偏。中心頻率為：中心頻率范圍指f0的變化范圍，也就是掃頻儀的工作頻率范圍。即

稱為相對(duì)掃頻寬度。中心頻率中心頻率是指在線性掃頻時(shí)，頻率變化是均勻的，稱為振幅穩(wěn)定性

所謂振幅穩(wěn)定性，就是指在幅頻特性測(cè)試中，掃頻儀輸出的掃頻信號(hào)的幅度的變化情況。理想情況下，掃頻儀輸出的掃頻信號(hào)的幅度恒定不變。通常用寄生調(diào)幅系數(shù)M來表示掃頻信號(hào)幅度的平穩(wěn)性，寄生調(diào)幅系數(shù)越小，表示振幅平穩(wěn)性越高。振幅穩(wěn)定性振幅穩(wěn)定性

寄生調(diào)幅系數(shù)的檢查，調(diào)節(jié)掃頻寬度，在有效面積內(nèi)，使掃頻寬度為15MHz，旋轉(zhuǎn)中心頻率旋鈕找一掃頻線落差最大的地方，把最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度分別記A、B，如圖所示。那么M為：M=

振幅穩(wěn)定性那么M為：M=掃頻速度（df/dt）：掃頻信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化率。掃頻信號(hào)發(fā)生器被測(cè)電路峰值檢波器掃描發(fā)生器XYv1v2v3v4v5關(guān)鍵環(huán)節(jié)4.掃頻法的原理

掃頻儀的組成：利用示波器的顯示原理，把時(shí)間軸變成頻率軸。主要由四部分組成：掃頻信號(hào)發(fā)生器、放大顯示電路、頻率標(biāo)記發(fā)生器和電源。掃頻速度（df/dt）：掃頻信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化率。

1)磁調(diào)制掃頻它是利用非線性電感的調(diào)頻方法，它具有寄生調(diào)幅小，相對(duì)掃頻寬度大，電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是需要調(diào)制功率大，大多采用電子管電路，并且用市電作為調(diào)制信號(hào)。如BT3（0——300M）磁調(diào)制掃頻振蕩器正是利用鐵磁材料的導(dǎo)磁率隨所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化這一特性來實(shí)現(xiàn)掃頻的。5.獲得掃頻信號(hào)的方法磁調(diào)制掃頻法的原理圖如下圖所示，圖（a）中L2、C調(diào)諧回路的諧振頻率f0為

1)磁調(diào)制掃頻磁調(diào)制掃頻振蕩器正是利用式（6-1）中L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量，若能用時(shí)基系統(tǒng)產(chǎn)生的掃描信號(hào)改變L2，也就改變了諧振頻率。由電磁學(xué)理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導(dǎo)磁系數(shù)μ0。成正比：

L2=μ0L(6-2)式（6-2）中L為空芯線圈的電感量。由于高頻磁芯MH接在低頻磁芯ML的磁路中，而繞在ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分的掃描電流，如圖(6-8b)所示。當(dāng)掃描電流隨時(shí)間變化時(shí)，使得磁芯的有效導(dǎo)磁系數(shù)也隨著改變，再由式(6-1)、(6-2)可知，掃描電流的變化就導(dǎo)致了L2及諧振頻率f0的變化，實(shí)現(xiàn)了“掃頻”。式（6-1）中L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量，若能用2).變?nèi)荻O管掃頻等效電路如圖V變?nèi)莨茉诹闫珘簳r(shí)的電容。PN結(jié)的內(nèi)建電位差，硅管=0。6v電容指數(shù)，決定于PN結(jié)中雜質(zhì)濃度的分布情況，對(duì)于突變結(jié)變?nèi)莨?，，而超突變結(jié)變?nèi)莨軇?shì)壘電容與外加電壓的關(guān)系：2).變?nèi)荻O管掃頻V變?nèi)莨茉诹闫珘簳r(shí)的電容。PN結(jié)的內(nèi)建電工作原理：基于PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容與偏置電壓有關(guān)這一原理制成的。變?nèi)荻O管構(gòu)成的振蕩回路掃描信號(hào)隔直電容偏置電壓接振蕩器變?nèi)莨軖哳l振蕩器的優(yōu)點(diǎn)：

電路簡單，頻偏寬，對(duì)調(diào)制信號(hào)幾乎不消耗功率。它一般用于晶體管化的掃頻儀中。L工作原理：基于PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容與偏置電壓有關(guān)這一原

變?nèi)荻O管法的基本思想是用變?nèi)荻O管充當(dāng)振蕩回路中的電容，用掃描鋸齒波電壓去控制變?nèi)荻O管兩端的電壓，使其容量隨之發(fā)生變化，從而使振蕩頻率隨掃描鋸齒波的電壓變化而變化，而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。圖6-9(a)為BT—3C頻率特性測(cè)試儀的掃頻振蕩器電路。圖6-9(b)是等效電路。振蕩電路是一個(gè)改進(jìn)型的電容三點(diǎn)式振蕩電路。由于電感L固定，其振蕩頻率主要由變?nèi)荻O管的結(jié)電容決定。圖6-9掃頻法的原理圖

圖6-9掃頻法的原理圖

變?nèi)荻O管法的基本思想是用變?nèi)荻O管充當(dāng)振蕩回掃描鋸齒波電壓加至兩變?nèi)莨躒1與V2的中點(diǎn)，控制結(jié)電容的變化，使掃頻振蕩器的頻率隨鋸齒波電壓的變化而變化。鋸齒波電壓的幅度的大小可以改變掃頻寬度，即改變掃頻振蕩器的頻偏。改變鋸齒波的變化速率可改變掃頻速度。圖6-9掃頻法的原理圖

掃描鋸齒波電壓加至兩變?nèi)莨躒1與V2的中點(diǎn)，控制結(jié)電容的變化變?nèi)莨軖哳l儀的組成及原理變?nèi)莨軖哳l發(fā)生器被測(cè)電路峰值檢波器

三角波掃描發(fā)生器XY變?nèi)莨軖哳l儀的組成及原理變?nèi)莨軖哳l發(fā)生器被3)掃頻信號(hào)的的特性應(yīng)滿足要求有足夠的掃頻范圍，即有效的掃頻寬度；有良好的掃頻線性集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積；掃頻范圍可調(diào)，具有較好的實(shí)用性；掃頻信號(hào)的振幅穩(wěn)定性較好；3)掃頻信號(hào)的的特性應(yīng)滿足要求6.穩(wěn)幅電路6.穩(wěn)幅電路7.輸出衰減器

衰減器由兩組構(gòu)成：一組為粗調(diào)衰減器，采用10dB或20dB的步進(jìn)方式；一組為細(xì)調(diào)衰減器，采用1dB或2dB的步進(jìn)方式?？偟乃p量可達(dá)70dB以上，利用衰減顯示屏顯示衰減的分貝數(shù)。7.輸出衰減器衰減器由兩組構(gòu)成：一組為粗調(diào)衰減器，8.頻率標(biāo)記

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。所用的頻率基準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度較高頻標(biāo)幅度應(yīng)基本一致、顯示整齊不包含雜頻和泄漏進(jìn)來的掃頻信號(hào)多種頻標(biāo)形式以滿足不同的顯示和測(cè)量需要電路時(shí)延盡可能小以減小頻率定度誤差8.頻率標(biāo)記頻率標(biāo)記是掃頻測(cè)量中的頻率定度。產(chǎn)生頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路

作用是產(chǎn)生具有頻率標(biāo)志的圖形，以便能在屏幕上直接讀出某一點(diǎn)的頻率值或某一段曲線的頻率范圍，頻標(biāo)信號(hào)通常采用差頻法產(chǎn)生。頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路作用是產(chǎn)生具有頻率標(biāo)志的圖形，頻率標(biāo)記：用于頻率值的標(biāo)定，頻率標(biāo)記簡稱頻標(biāo)主要有四種方法（模擬法）：差頻法、電壓比較法、吸收法、選頻法差頻法：形成菱形頻標(biāo)，適用于高頻掃頻儀中。（頻標(biāo)寬度）掃頻信號(hào)發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

發(fā)生器混頻器帶通濾波器放大器諧波發(fā)生器頻率標(biāo)記：用于頻率值的標(biāo)定，頻率標(biāo)記簡稱頻標(biāo)掃頻信號(hào)發(fā)圖6-14菱形頻標(biāo)顯示圖

圖6-14菱形頻標(biāo)顯示圖9.被測(cè)電路被測(cè)電路是掃頻儀所要測(cè)試的對(duì)象，不屬于掃頻儀的組成部分。掃頻信號(hào)加至被測(cè)電路，檢波探頭（如果被測(cè)電路具備檢波功能的，用非檢波探頭，幅頻特性響應(yīng)的信號(hào)直接送Y軸電路。）對(duì)被測(cè)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行峰值檢波，并將檢波所得信號(hào)送往示波器Y軸電路，該信號(hào)的幅度變化正好反映了被測(cè)電路的幅頻特性，因而在屏幕上能直接觀察到被測(cè)電路的幅頻特性曲線。9.被測(cè)電路10.探頭掃頻儀隨機(jī)帶有兩條輸出電纜（即兩個(gè)輸出探頭）和兩條輸入電纜（即兩個(gè)輸入探頭），輸出探頭有開路探頭和匹配探頭，輸入探頭有檢波探頭和非檢波探頭。要根據(jù)被測(cè)電路的輸入阻抗和電路的功能選擇探頭。10.探頭

6.1.3BT-3C頻譜特性測(cè)試儀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≥±15MHz，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。6.1.3BT-3C頻譜特性測(cè)試儀BT-3C掃頻儀的主原理框圖有掃頻信號(hào)產(chǎn)生電路、頻標(biāo)信號(hào)形成電路、掃描顯示電路、衰減顯示電路和電源供電電路五部分組成。原理框圖有掃頻信號(hào)產(chǎn)生電路、頻標(biāo)信號(hào)形成電路、掃描顯示電路、面板控制說明1

電源按鍵2

亮度旋鈕3X位移旋鈕4X幅度旋鈕5

細(xì)衰減按鍵6衰減指示屏7Y輸入端口8Y位移旋鈕9

掃頻輸出端口10Y增益旋鈕11Y軸顯示方式按鍵12掃頻方式按鍵13

頻標(biāo)方式按鍵14

掃頻寬度旋鈕15

頻標(biāo)幅度旋鈕16

粗衰減按鍵17

中心頻率調(diào)節(jié)旋鈕18

外頻標(biāo)輸入接口19

屏幕面板控制說明1電源按鍵BT-3C型掃頻儀的使用方法（1）電氣性能的檢查掃頻范圍的檢查掃頻頻偏的檢查寄生調(diào)幅系數(shù)的檢查掃頻非線性系數(shù)檢查掃頻輸出電壓檢查BT-3C型掃頻儀的使用方法（1）電氣性能的檢查掃頻范圍的檢（2）使用方法①接入電源，按下開關(guān)，預(yù)熱15分鐘，調(diào)節(jié)亮度進(jìn)行電氣性能檢查。②輸出、輸入電纜應(yīng)盡量最短，。③輸出端帶有檢波的被測(cè)電路，不應(yīng)帶有檢波探頭；被測(cè)電路輸出端帶有直流時(shí)，應(yīng)選用AC耦合；當(dāng)被測(cè)電纜輸入端帶有直流電位時(shí)，應(yīng)在輸出電纜上接隔直電容。④需要特殊頻標(biāo)時(shí)，將“頻標(biāo)選擇”置于外接，在“外接輸入”端加入所需信號(hào)電壓（大于50mV）。⑤“掃頻方式”置于“點(diǎn)頻”位置，頻偏最小，掃頻儀可作為一般信號(hào)發(fā)生器使用。（2）使用方法①接入電源，按下開關(guān)，預(yù)熱15分鐘，調(diào)節(jié)亮度6.2頻譜分析儀器6.2.0概述6.2頻譜分析儀器6.2.0概述頻譜儀的工作原理頻譜儀按其原理可分為數(shù)字式頻譜儀及模擬式頻譜議兩大類數(shù)字式頻譜儀頻譜儀的工作原理頻譜儀按其原理可分為數(shù)字式頻譜儀及6.2.1頻譜分析的基本概念廣義上，信號(hào)頻譜是指組成信號(hào)的全部頻率分量的總集；狹義上，一般的頻譜測(cè)量中常將隨頻率變化的幅度譜稱為頻譜。頻譜測(cè)量：在頻域內(nèi)測(cè)量信號(hào)的各頻率分量，以獲得信號(hào)的多種參數(shù)。頻譜測(cè)量的基礎(chǔ)是付里葉變換。頻譜的兩種基本類型離散頻譜（線狀譜），各條譜線分別代表某個(gè)頻率分量的幅度，每兩條譜線之間的間隔相等連續(xù)頻譜，可視為譜線間隔無窮小，如非周期信號(hào)和各種隨機(jī)噪聲的頻譜6.2.1頻譜分析的基本概念廣義上，信號(hào)頻譜是指組成信號(hào)2.周期信號(hào)的頻譜特性離散性：頻譜是離散的，由無窮多個(gè)沖激函數(shù)組成；諧波性：譜線只在基波頻率的整數(shù)倍上出現(xiàn)，即譜線代表的是基波及其高次諧波分量的幅度或相位信息；收斂性：各次諧波的幅度隨著諧波次數(shù)的增大而逐漸減小。2.周期信號(hào)的頻譜特性3非周期信號(hào)的頻譜頻譜函數(shù)F(jω)是ω的連續(xù)函數(shù)，即非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。無論f(t)為實(shí)函數(shù)或虛函數(shù)，幅度譜|F(jω)|關(guān)于縱軸對(duì)稱，相位譜ej(ω)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱。3非周期信號(hào)的頻譜頻譜函數(shù)F(jω)是ω的連續(xù)函數(shù)，即4離散時(shí)域信號(hào)的頻譜離散時(shí)域信號(hào)的付氏變換（DFT）一個(gè)非周期離散時(shí)間序列的付氏變換定義為：頻譜快速付氏變換（FFT）：實(shí)現(xiàn)離散付氏變換、進(jìn)行時(shí)-頻域分析的一種極迅捷有效的算法。離散時(shí)間序列的頻譜是周期性的。如果離散時(shí)間序列是周期性的，在頻域內(nèi)的頻譜一定是離散的；若離散時(shí)間序列是非周期的，在頻域內(nèi)的頻譜一定是連續(xù)的。4離散時(shí)域信號(hào)的頻譜離散時(shí)域信號(hào)的付氏變換（DFT）頻譜5.信號(hào)的頻譜分析技術(shù)

頻譜分析以付里葉分析為理論基礎(chǔ)，可對(duì)不同頻段的信號(hào)進(jìn)行線性或非線性分析。信號(hào)頻譜分析的內(nèi)容：對(duì)信號(hào)本身的頻率特性分析，如對(duì)幅度譜、相位譜、能量譜、功率譜等進(jìn)行測(cè)量，從而獲得信號(hào)不同頻率處的幅度、相位、功率等信息；對(duì)線性系統(tǒng)非線性失真的測(cè)量，如測(cè)量噪聲、失真度、調(diào)制度等。5.信號(hào)的頻譜分析技術(shù)頻譜分析以付里葉分析為理論基6.2.2頻譜分析儀的基本原理

頻譜分析儀是使用不同方法在頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)的電壓、功率、頻率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并顯示的儀器。一般有FFT分析（實(shí)時(shí)分析）法、非實(shí)時(shí)分析法兩種實(shí)現(xiàn)方法。FFT分析法：在特定時(shí)段中對(duì)時(shí)域數(shù)字信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到頻域信息并獲取相對(duì)于頻率的幅度、相位信息?？沙浞掷脭?shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，非常適于非周期信號(hào)和持續(xù)時(shí)間很短的瞬態(tài)信號(hào)的頻譜測(cè)量。6.2.2頻譜分析儀的基本原理頻譜分析儀是非實(shí)時(shí)分析法在任意瞬間只有一個(gè)頻率成分能被測(cè)量，無法得到相位信息。適用于連續(xù)信號(hào)和周期信號(hào)的頻譜測(cè)量。掃頻式分析：使分析濾波器的頻率響應(yīng)在頻率軸上掃描。差頻式分析（外差式分析）：利用超外差接收機(jī)的原理，將頻率可變的掃頻信號(hào)與被分析信號(hào)進(jìn)行差頻，再對(duì)所得的固定頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，由此依次獲得被測(cè)信號(hào)不同頻率成分的幅度信息。這是頻譜儀最常采用的方法。非實(shí)時(shí)分析法頻譜分析儀的分類按分析處理方法分類：模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜儀、模擬/數(shù)字混合式頻譜儀；按基本工作原理分類：掃描式頻譜儀、非掃描式頻譜儀；按處理的實(shí)時(shí)性分類：實(shí)時(shí)頻譜儀、非實(shí)時(shí)頻譜儀；按頻率軸刻度分類：恒帶寬分析式頻譜儀、恒百分比帶寬分析式頻譜儀；按輸入通道數(shù)目分類：單通道、多通道頻譜儀；按工作頻帶分類：高頻、射頻、低頻等頻譜儀。頻譜分析儀的分類按分析處理方法分類：模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜6.3付里葉分析儀

付里葉分析儀將輸入信號(hào)數(shù)字化，再對(duì)時(shí)域數(shù)字信息進(jìn)行FFT變換以獲得頻域表征，屬于數(shù)字式頻譜儀。由于采用微處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?，速度明顯超過傳統(tǒng)的模擬式掃描頻譜儀，能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；但它同時(shí)受A/D轉(zhuǎn)換器件的指標(biāo)限制，通常帶寬是有限的，工作頻段較低。6.3付里葉分析儀付里葉分析6.3.1FFT分析儀原理FFT分析儀原理及組成輸入信號(hào)首先經(jīng)過可變衰減器以提供不同的幅度測(cè)量范圍，然后經(jīng)低通濾波器除去儀器頻率范圍之外的高頻分量。接下來對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域波形的采樣和量化，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息。最后由微處理器利用FFT計(jì)算波形的頻譜，并將結(jié)果顯示出來。6.3.1FFT分析儀原理FFT分析儀原理及組成FFT分析儀的特點(diǎn)FFT的基本特性

FFT是一種面向記錄的算法。將N個(gè)采樣點(diǎn)作為時(shí)間記錄輸入，得到N個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻譜輸出，輸出記錄的復(fù)數(shù)值同時(shí)包含幅度、相位信息。各節(jié)點(diǎn)之間的頻率間隔fstep由時(shí)間記錄長度N和采樣頻率fS決定：fstep=fS/N，第n個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值為fn=fS×n/N。

FFT形成的頻譜相對(duì)于折疊頻率ff（ff=fS/2）對(duì)稱,只需保留（N/2）+1個(gè)有效節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于頻率從0到fS/2

，故FFT的輸出頻率范圍為0~fS/2，類似于低通濾波。FFT分析儀的特點(diǎn)FFT的基本特性

FFT分析儀中的數(shù)字混頻

FFT實(shí)質(zhì)上是基帶變換，對(duì)窄帶帶通信號(hào)有所限制。通過數(shù)字混頻可實(shí)現(xiàn)頻譜儀分析頻帶的選擇：借助混頻器將ADC的輸出與數(shù)字正弦波在時(shí)域中相乘，則在頻域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。FFT分析儀中的數(shù)字混頻FFT分析儀數(shù)字混頻框圖FFT分析儀數(shù)字混頻框圖頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高

降數(shù)據(jù)率抽取與抗混疊濾波要提高FFT分析儀的頻譜分辨率，可采取降低采樣速率fS，或增加FFT分析點(diǎn)數(shù)的措施。過低的fS會(huì)引起頻譜混疊、減小分析帶寬，還會(huì)導(dǎo)致信噪比下降；FFT的分析點(diǎn)數(shù)也不能無限增大，因?yàn)檫^大的數(shù)據(jù)量使數(shù)字信號(hào)處理器的負(fù)擔(dān)過重，過長的計(jì)算時(shí)間也會(huì)影響顯示刷新速度。

解決方案：在不改變fS和N的前提下對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取，以此降低數(shù)據(jù)率。同時(shí)還需對(duì)抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以免頻譜混疊。使用數(shù)字濾波器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)抽取和濾波。頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。降數(shù)據(jù)率抽取與抗混疊濾波頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT

頻譜泄漏及其處理

FFT在原理上是采用有限長的時(shí)間記錄進(jìn)行付氏變換，并在總體上不斷重復(fù)以代表對(duì)無限長實(shí)際序列的積分。然而在重復(fù)波形時(shí)，某些波形的形狀和相位可能會(huì)有瞬變，這種情況下的FFT頻譜與付氏變換積分的結(jié)果有較大差異，頻譜圖中會(huì)看到譜線的頻率范圍變寬，這就是頻譜泄漏。常用解決辦法是使用窗函數(shù)與時(shí)間記錄相乘，即強(qiáng)迫波形在有限長度的時(shí)間記錄之外變?yōu)榱?，于是波形不再有瞬變現(xiàn)象。頻譜泄漏及其處理FFT分析儀的性能指標(biāo)FFT分析儀的信號(hào)先在時(shí)、頻域兩個(gè)方向上離散化，再對(duì)離散序列中N個(gè)采樣數(shù)據(jù)（記錄）進(jìn)行分析，所得頻譜與周期信號(hào)理論上的線譜具有不同的意義，因此需要不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

頻率特性

頻率范圍：由采樣頻率fS決定。為防止頻譜混疊，一般采用過采樣：fS>2.56fmax

，其中fmax為待分析信號(hào)的最高頻率。最高fS由ADC的性能決定。

頻率分辨率：采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)越多，頻率分辨率越高。頻率分辨率Δf、采樣頻率fS和分析點(diǎn)數(shù)N三者之間的關(guān)系為Δf=fS/N。FFT分析儀的性能指標(biāo)FFT分析儀的信號(hào)先在

幅度特性動(dòng)態(tài)范圍：取決于ADC的位數(shù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算的字長或精度。靈敏度：取決于本底噪聲，主要由前置放大器噪聲決定。幅度讀數(shù)精度：幅度譜線的誤差來源包括計(jì)算處理誤差、頻譜混疊誤差、頻譜泄漏誤差以及每次單個(gè)記錄分析所含的統(tǒng)計(jì)誤差等。其中統(tǒng)計(jì)誤差與信號(hào)處理方法、譜估計(jì)方法、統(tǒng)計(jì)平均方法及次數(shù)有關(guān)，往往需要在改變?cè)O(shè)置和多次分析之后才能獲得較好結(jié)果。幅度特性

分析速度

主要取決于N點(diǎn)FFT的運(yùn)算時(shí)間、平均運(yùn)行時(shí)間及結(jié)果處理時(shí)間。若是實(shí)信號(hào)的功率譜計(jì)算，則速度可以提高一倍。

其他特性可選的窗函數(shù)種類；數(shù)據(jù)觸發(fā)方式；顯示方式；結(jié)果存儲(chǔ)、輸入/輸出功能等。分析速度6.3.2FFT分析儀的實(shí)現(xiàn)FFT分析的硬件實(shí)現(xiàn)可選方案：ASIC、FPGA、DSP選擇準(zhǔn)則：可編程性、集成度、開發(fā)周期、性能、功耗6.3.2FFT分析儀的實(shí)現(xiàn)FFT分析的硬件實(shí)現(xiàn)集成電路界ASIC被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。FPGA是ASIC的近親，一般通過原理圖、VHDL對(duì)數(shù)字系統(tǒng)建模，運(yùn)用EDA軟