第5章 頻域測(cè)量與

第5章頻域測(cè)量與儀器知識(shí)要點(diǎn)：掃頻儀、頻譜儀的基本構(gòu)成、工作原理、性能指標(biāo)及應(yīng)用。15.1掃頻儀的工作原理與主要性能指標(biāo)5.1.1頻率特性測(cè)量方法頻率特性測(cè)試儀可在熒光屏上直接觀測(cè)各種電路頻率特性曲線，并可以測(cè)算出被測(cè)電路頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、電壓增益、輸入輸出阻抗及傳輸線特性阻抗等參數(shù)。25.1.1頻率特性測(cè)量方法幅頻特性曲線測(cè)量方法：點(diǎn)頻測(cè)量法：掃頻測(cè)量法：利用掃頻儀對(duì)頻率特性曲線進(jìn)行測(cè)量的方法。fAu/Auo10.7070.1fLfOfHBW0.7BW0.135.1.2掃頻儀工作原理X放大器掃描信號(hào)源掃頻信號(hào)源被測(cè)電路峰值檢波Y放大器頻標(biāo)信號(hào)形成電路混頻器晶振u2u1u1u3u4u545.1.3掃頻信號(hào)掃頻信號(hào)源是掃頻儀的心臟作用：專門用來檢測(cè)電路的頻率特性，并在其頻率范圍內(nèi)按一定規(guī)律不斷變化其頻率頻率范圍：必須與被測(cè)電路的工作頻率一致頻率特性曲線的顯示：55.1.3掃頻信號(hào)源方法：磁調(diào)電感法、YIG（釔鐵石榴石）諧振法、變?nèi)荻O管法等。變?nèi)荻O管6tttu1u2u37L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3V1+EC調(diào)制信號(hào)掃頻信號(hào)圖5.3變?nèi)荻O管法掃頻振蕩器原理圖85.1.4頻標(biāo)產(chǎn)生電路頻標(biāo)分類：菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)。頻標(biāo)的作用：用頻標(biāo)來選擇掃頻信號(hào)的頻率范圍用頻標(biāo)對(duì)曲線進(jìn)行分析頻標(biāo)對(duì)調(diào)試電路起指示作用9標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源諧波信號(hào)源掃頻信號(hào)源被測(cè)電路檢波探頭頻標(biāo)混頻低通濾波Y放大器fsfs1、fs2、fs3、fs4、fs5fs1fs2fs3fs4fs5fs1fs2fs3fs4fs5

適合于高頻測(cè)量

菱形頻標(biāo)102.針形頻標(biāo)工作原理：利用菱形差頻信號(hào)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，使之輸出一窄脈沖，窄脈沖經(jīng)整形后再與幅頻特性曲線在Y放大器中疊加，最后出現(xiàn)在幅頻特性曲線上。適應(yīng)：低頻測(cè)量。115.1.5回掃圖形的消隱BT3型掃頻儀中，用50Hz正弦波作為掃頻振蕩器的調(diào)制信號(hào)和示波管的水平掃描信號(hào)由于磁滯材料特有的“磁滯回線”實(shí)用掃頻儀都采用令回掃期掃頻振蕩器停振的辦法：來自電源變壓器次級(jí)，未經(jīng)移相的電壓加到負(fù)脈沖形成電路，形成的負(fù)脈沖加到掃頻振蕩器，使其在回掃期無掃頻信號(hào)輸出

正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)12（b）tttttu1u2u3u4u5135.1.6掃頻儀的主要性能指標(biāo)1.有效掃頻寬度和中心頻率有效掃頻寬度：在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大頻率覆蓋范圍，即△f=fmax–fmin掃頻信號(hào)中心頻率：掃頻信號(hào)從低頻到高頻之間中心位置的頻率，定義式為：f0=(fmax+fmin)/2相對(duì)掃頻寬度：有效掃頻寬度與中心頻率之比。通常把△f遠(yuǎn)小于信號(hào)中心頻率的掃頻信號(hào)稱為窄帶掃頻，△f和中心頻率可以相比擬的稱為寬帶掃頻。142.掃頻線性掃頻線性：掃頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率和調(diào)制信號(hào)電壓瞬時(shí)值之間的線性關(guān)系。3.振幅平穩(wěn)性掃頻信號(hào)的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來表示，寄生調(diào)幅越小，振幅平穩(wěn)性越好。5.1.6掃頻儀的主要性能指標(biāo)15165.2AH1254B型寬頻帶掃頻儀主要特點(diǎn)：掃頻寬度和中心頻率均可在1MHz～300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸出，以方便對(duì)VHF頻段高頻頭的測(cè)試；具有點(diǎn)頻信號(hào)輸出，可作為一般信號(hào)發(fā)生器使用。5.2.1性能指標(biāo)中心頻率掃頻頻偏掃頻非線性系數(shù)掃頻信號(hào)輸出電壓掃頻信號(hào)輸出阻抗寄生調(diào)幅系數(shù)17輸出衰減頻標(biāo)Y軸輸入衰減Y軸輸入靈敏度輔助電壓輸出

38MHz輸出電壓5.2.2工作原理組成：掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器、38MHz信號(hào)發(fā)生器及電源。111218圖5.5AH1254型寬帶掃頻儀組成框圖定頻振蕩器混頻器掃頻振蕩器穩(wěn)幅放大器寬帶放大器衰減器Y軸放大器線性頻率變換器高頻電壓產(chǎn)生器頻標(biāo)發(fā)生器X軸放大器CRT方波、三角波發(fā)生器電源變壓器穩(wěn)壓電源38MHz信號(hào)發(fā)生器掃頻輸出Y軸輸入38MHz輸出±15V、12V+18V、+24V+40V檢波器掃頻信號(hào)發(fā)生器195.2.3面板結(jié)構(gòu)圖圖5.6AH1254B型掃頻儀前面板圖1234567891011121314151617182021電源亮度旋鈕Y軸位移旋鈕影像極性開關(guān)中心頻率旋鈕頻率偏移旋鈕輸出衰減旋鈕Y軸衰減開關(guān)頻標(biāo)增益旋鈕外接輸入插座射頻輸出

AGC旋鈕

38MHz輸出插座911121322“、AFT、AGC、+12V”插孔頻標(biāo)選擇（MHz）開關(guān)AFT旋鈕Y軸輸入插座Y軸增益旋鈕掃頻儀后面板上的開關(guān)旋鈕及插座：X軸增益電位器X軸位移電位器工作選擇開關(guān)1415161718235.2.4檢查、校正與使用方法1.檢查、校正儀器使用之前檢查電源電壓。調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕。檢查儀器內(nèi)部頻標(biāo)部分。檢查掃頻范圍。頻偏的檢查。檢查掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅系數(shù)。檢查掃頻信號(hào)的非線性系數(shù)。檢查掃頻輸出電壓。242.使用方法與注意事項(xiàng)測(cè)試時(shí)注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接線盡量短，探頭探針不應(yīng)再接另外接線。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(jié)軸輸入端。如果被測(cè)設(shè)備帶有直流電位，Y軸輸入應(yīng)選擇AC耦合方式，以免損壞儀器。如需要特殊的頻率標(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)插座上加上所需的頻率信號(hào)，此信號(hào)應(yīng)大于50mV有效值。255.3掃頻儀的應(yīng)用5.3.1電路幅頻特性的測(cè)量連接掃頻儀與被測(cè)電路，并根據(jù)被測(cè)電路的工作頻率及測(cè)試條件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)旋鈕，如“中心頻率”、“輸出衰減”等獲得幅頻特性曲線。BT–3C型掃頻儀的輸出特性阻抗為75Ω，如被測(cè)電路輸入阻抗也為75Ω，可用同軸電纜將掃頻信號(hào)輸出端連到被測(cè)電路輸入端。否則，應(yīng)加阻抗匹配電路。被測(cè)電路圖5.9掃頻儀與被測(cè)電路的連接掃頻輸出Y軸輸入265.3.2電路參數(shù)的測(cè)量1.增益調(diào)節(jié)好幅頻特性后，用粗、細(xì)調(diào)衰減器控制掃頻信號(hào)電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號(hào)幅度，注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計(jì)的總增益。若顯示器的幅頻高度為H，輸出衰減為B1(dB)，將檢波探頭與掃頻輸出端短接，改變“輸出衰減”，使幅頻高度仍為H，此時(shí)輸出衰減的讀數(shù)若為B2(dB)，則該放大器增益為：A=(B2–B1)(dB)注意，在得到衰減量B1讀數(shù)后，應(yīng)保持掃頻儀的“Y軸增益”旋鈕位置不變；否則，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。272.帶寬對(duì)于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測(cè)量，有時(shí)也使用外頻標(biāo)。對(duì)于窄帶調(diào)諧電路，由圖形曲線看出諧振頻率f0。使掃頻儀輸出衰減置于3dB處，調(diào)整Y增益，使圖形峰點(diǎn)與熒光屏上某一水平刻度線（虛線AA‘）相切，然后使掃頻信號(hào)輸出電壓增加3dB，曲線與虛線AA’相交，兩交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率即為上下限頻率fH、fL。則帶寬為BW=fH–fL。AA′fLfHf0圖5.10單調(diào)諧回路帶寬的測(cè)量283.回路Q值在用外接頻標(biāo)測(cè)出回路的諧振頻率f0和fH、fL后，回路Q值的計(jì)算：Q=f0/BW5.3.3高頻阻抗的測(cè)量1.輸入阻抗和輸出阻抗的測(cè)量Y軸輸入掃頻輸出RP1RP2被測(cè)網(wǎng)絡(luò)圖5.11測(cè)量輸入、輸出電阻的連接示意圖AA/2（b）（a）29先將RP1短路、RP2斷開，調(diào)節(jié)有關(guān)開關(guān)旋鈕，使顯示幅頻特性曲線高度為A格。撤去RP1上的短路線，調(diào)節(jié)RP1直至顯示曲線高度為A/2格，則RP1的電阻即為被測(cè)電路的輸入電阻。將RP1重新短路，使曲線高度仍為A格，接通RP2并調(diào)節(jié)其值直至曲線高度為A/2格，則RP2的電阻值即為被測(cè)電路的輸出阻抗。2.傳輸線特性阻抗的測(cè)量

Y軸輸入掃頻輸出RP被測(cè)傳輸線圖5.12測(cè)量傳輸線特性阻抗的連接示意圖305.4頻譜儀的工作原理1傅里葉級(jí)數(shù)

周期性信號(hào)：

復(fù)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)形式：其中：

傅里葉級(jí)數(shù)后得直流分量和無窮多正弦分量的和。各分量的振幅和相位用圖表示即頻譜圖。頻譜圖中諧波分量的振幅A隨頻率變化的關(guān)系為振幅譜，相位隨頻率變化的關(guān)系為相位譜。習(xí)慣將振幅頻譜稱為頻譜圖。31322.傅里葉變換非周期性信號(hào)，其級(jí)數(shù)T趨近無窮大，ω趨近無窮小即傅里葉變換式。F(ω)叫做f(t)的頻譜密度函數(shù)，簡(jiǎn)稱頻譜。f(t)與F(ω)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。f(t)給定后，F(xiàn)(ω)便是確定的；反之亦然。由f(t)求F(ω)的過程叫做傅里葉（正）變換，而由F(ω)求f(t)的過程稱為傅里葉反變換33345.4頻譜儀的工作原理作用：主要用于射頻和微波信號(hào)的頻域分析(信號(hào)頻譜分析)，包括測(cè)量信號(hào)的功率，頻率，失真產(chǎn)物等等。更先進(jìn)的頻譜儀可以對(duì)射頻和微波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)分析，也稱為信號(hào)分析儀。

分類：數(shù)字式：主要用于低頻段和超低頻段。模擬式：主要用于射頻段和微波頻段。順序?yàn)V波式掃頻外差式355.4.1工作原理1.順序?yàn)V波式窄帶濾波器窄帶濾波器門電路峰值檢波器………………Y放大器掃描電路窄帶濾波器門電路門電路……X放大器uxfx362.掃頻外差式（b）（a）混頻器中頻放大器Y放大器掃頻振蕩器鋸齒波掃描電路X放大器uifx對(duì)數(shù)放大器中頻濾波器檢波器視頻濾波器衰減器特點(diǎn)：與順序?yàn)V波式頻譜儀相比，掃頻外差式頻譜儀只需一個(gè)窄帶濾波器，而中頻放大器即起到窄帶濾波器的作用。375.4.2組成實(shí)例（BP–28型）輸入衰減器前置放大器低通濾波器混頻器選頻放大器中頻衰減器中頻放大器線性放大器對(duì)數(shù)放大器數(shù)字頻率計(jì)掃頻振蕩器校準(zhǔn)信號(hào)電壓表