第10章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡(luò)分析(新)

第九章線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡(luò)分析

10.1線性系統(tǒng)頻率特性測量

10.2網(wǎng)絡(luò)分析儀10.1.3相頻特性測量10.1線性系統(tǒng)頻率特性測量

10.1.1幅頻特性測量什么是線性系統(tǒng)的頻率特性？線性網(wǎng)絡(luò)正弦信號穩(wěn)態(tài)響應(yīng)H(jω)：頻率響應(yīng)或頻率特性幅度|H(jω)|：幅頻特性相位φ(ω)：相頻特性頻域中的兩個基本測量問題信號的頻譜分析：可由頻譜分析儀完成線性系統(tǒng)頻率特性的測量：可由網(wǎng)絡(luò)分析儀完成10.1.1幅頻特性測量點頻測量法——線性系統(tǒng)頻率特性的經(jīng)典測量法所得頻率特性是靜態(tài)的，無法反映信號的連續(xù)變化；幅頻特性掃頻測量法

頻率源的輸出頻率在測量所需的范圍內(nèi)隨時間線性變化，因此可以連續(xù)測出各頻率點上的頻率特性結(jié)果并立即顯示特性曲線。優(yōu)點：掃頻信號的頻率連續(xù)變化，掃頻測量所得的頻率特性是動態(tài)頻率特性，也不會漏掉細節(jié)。兩種幅頻特性測量法的比較掃頻測量所得的動態(tài)特性曲線峰值低于點頻測量所得的靜態(tài)特性曲線。掃頻速度越快，下降越多；動態(tài)特性曲線峰值出現(xiàn)的水平位置（頻率）相對于靜態(tài)特性曲線有所偏離，并向頻率變化的方向移動。掃頻速度越快，偏離越大；當靜態(tài)特性曲線對稱時，隨著掃頻速度加快，動態(tài)特性曲線明顯出現(xiàn)不對稱，并向頻率變化的方向一側(cè)傾斜；動態(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)：測量系統(tǒng)動態(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，或采用點頻法。兩種幅頻特性測量法的比較（續(xù)）10.1.2相頻特性測量

測量線性系統(tǒng)的相頻特性時，常以被測電路輸入端的信號作為參考信號，輸出端信號作為被測信號，所測的輸入/輸出相位差就是電路的相頻特性點。相位測量同樣可采用點頻或掃頻法以獲得相頻特性曲線：掃頻法所得的相頻特性主要是被測網(wǎng)絡(luò)的相位和時延特性的動態(tài)測量；雙穩(wěn)型鑒相器

也稱雙穩(wěn)型鑒相器，是模擬式相位計。采用“過零時間法”實現(xiàn)相位差測量，即測量兩個同頻信號波形的同向過零點之間的時間間隔并與被測信號周期相比，從而得到相位差值。數(shù)字式相位計有兩種：相位-時間變換型將兩個信號的相位差轉(zhuǎn)換成時間差，再用計數(shù)器測量該時間間隔；相位-電壓變換型將相位差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，然后用數(shù)字電壓表完成測量。瞬時值型數(shù)字相位計屬于相位-時間變換型。由于被測信號在傳輸過程中的干擾會直接影響計數(shù)門的開啟和關(guān)閉時間，因此瞬時值型相位計的測量結(jié)果較不穩(wěn)定?？梢圆捎枚啻螠y量求平均的辦法以提高測量精度。瞬時值型數(shù)字相位計

u1作為參考的信號在通道1中，用作計數(shù)門的啟動信號。u1、u2間的相位差首先被處理成兩個過零脈沖的時間間隔ΔT，其中由u1產(chǎn)生的過零脈沖啟動主計數(shù)門，由u2產(chǎn)生的過零脈沖負責關(guān)閉計數(shù)門。

若計數(shù)門的計數(shù)值為N，則相位差的計算式為:矢量電壓表矢量電壓表是一種能同時測量信號幅度和相位的測量儀器。矢量電壓表（續(xù)）矢量電壓表較多采用的相頻特性測量方法是脈沖觸發(fā)式。上圖是一種寬頻帶雙通道矢量電壓表，其相位差測量范圍為-180o~+180o。高頻信號u1、u2分別加到兩個取樣頭變換為固定的中頻信號，同時保持了高頻輸入原有的波形、幅度及信號間的相位關(guān)系。取樣后的中頻信號經(jīng)過帶通濾波器進行電壓幅度測量，同時被整形為方波，然后進入雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)型相位計中實現(xiàn)相位測量。固定的中頻信號單獨輸出還可用于調(diào)幅度及波形失真等參數(shù)的測量。10.2網(wǎng)絡(luò)分析儀10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念10.2.2網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)10.2.3反射參數(shù)測量10.2.4傳輸參數(shù)測量10.2.5S參數(shù)的全面測量及誤差修正10.2.1網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念網(wǎng)絡(luò)——對實際物理電路和元件進行的數(shù)學抽象，主要研究外部特性。網(wǎng)絡(luò)分析——在感興趣的頻率范圍內(nèi)，通過線性激勵-響應(yīng)測試確定元件的幅頻特性和相頻特性的過程。網(wǎng)絡(luò)分析儀——通過正弦掃頻測量獲得線性網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)以及阻抗函數(shù)的儀器。1.網(wǎng)絡(luò)分析概述線性網(wǎng)絡(luò)與非線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）：僅改變輸入信號的幅度和（或）相位，不會產(chǎn)生新的頻率信號；非線性網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）：改變輸信號的頻率，或產(chǎn)生其他頻率成分。網(wǎng)絡(luò)分析總是假定被分析網(wǎng)絡(luò)是線性的，因而可以基于正弦掃頻法進行頻率特性的定量分析。微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)微波網(wǎng)絡(luò)常用散射參數(shù)（S參數(shù)）表示。任何網(wǎng)絡(luò)都可用多個S參數(shù)表征其端口特性，對n端口網(wǎng)絡(luò)需要n2個S參數(shù)。S11、S21、S12、S22：表示雙端口網(wǎng)絡(luò)的四個S參數(shù)，即散射參量。微波網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)（續(xù)）散射方程

S參數(shù)的物理意義b1、b2:端口1、2上的所有出射波a1、a2:端口1、2上的入射波S10:端口2匹配時端口1的反射系數(shù)S21:端口2匹配時的正向傳輸系數(shù)S22:端口1匹配時端口