第8章频域测量PPT讲稿.ppt

第8章 频域测量第1页，共129页，编辑于2022年，星期二6.1.2 扫频仪中的关键器件扫频仪中的关键器件1、变容二极管、变容二极管第2页，共129页，编辑于2022年，星期二变容二极管等效电路图表变容二极管等效电路图表变容特性曲线变容特性曲线第3页，共129页，编辑于2022年，星期二2、电协调变容二极管、电协调变容二极管 变容二极管有三种类型：参数变容二极管、功率变容二极管有三种类型：参数变容二极管、功率变容二极管、电调谐变容二极管。在扫频仪中使用的变容二极管、电调谐变容二极管。在扫频仪中使用的是电调谐变容二极管。是电调谐变容二极管。第4页，共129页，编辑于2022年，星期二6.2 扫频仪工作原理扫频仪工作原理6.2.1整机电路原理框图整机电路原理框图 它主要由扫频信号源和显示系统两大部分构成。它主要由扫频信号源和显示系统两大部分构成。第5页，共129页，编辑于2022年，星期二1、扫频信号源的构成及功能、扫频信号源的构成及功能 扫频信号源由扫频单元、频标单元和衰减扫频信号源由扫频单元、频标单元和衰减器三部分组成，在控制信号的作用下要求扫频器三部分组成，在控制信号的作用下要求扫频信号源具有以下功能信号源具有以下功能:能产生频率做线性变化的扫频信号；能产生频率做线性变化的扫频信号；这个扫频信号的输出是等幅的，且具有一定的功率；这个扫频信号的输出是等幅的，且具有一定的功率；扫频信号的频偏应尽可能大且中心频率可调；扫频信号的频偏应尽可能大且中心频率可调；要求扫频信号的线性度良好；要求扫频信号的线性度良好；能产生和扫频信号同步的频率标记；能产生和扫频信号同步的频率标记；输出阻抗要恒定。输出阻抗要恒定。第6页，共129页，编辑于2022年，星期二2、显示系统的构成及功能、显示系统的构成及功能 对于显示系统而言，主要的要求有两点：轨对于显示系统而言，主要的要求有两点：轨迹明亮而清晰，在不失真的前提下要有足够高的迹明亮而清晰，在不失真的前提下要有足够高的增益。增益。显示系统主要由斜波电压发生器，显示系统主要由斜波电压发生器，x，y 轴通轴通道放大器及示波管等电路构成。道放大器及示波管等电路构成。第7页，共129页，编辑于2022年，星期二6.2.2 单元电路工作原理单元电路工作原理1.扫频单元扫频单元第8页，共129页，编辑于2022年，星期二2、固定振荡器、固定振荡器第9页，共129页，编辑于2022年，星期二3、扫频振荡器、扫频振荡器第10页，共129页，编辑于2022年，星期二4、混频器和低通滤波器、混频器和低通滤波器第11页，共129页，编辑于2022年，星期二6.3 频标单元频标单元第12页，共129页，编辑于2022年，星期二1、单一频标产生的工作原理、单一频标产生的工作原理第13页，共129页，编辑于2022年，星期二2、产生多个频标的工作原理、产生多个频标的工作原理 以以10MHz通用频标为例来说明获得多个频标的通用频标为例来说明获得多个频标的工作原理工作原理：第14页，共129页，编辑于2022年，星期二10MHz频标频标第15页，共129页，编辑于2022年，星期二第16页，共129页，编辑于2022年，星期二3、频标单元电路分析、频标单元电路分析 本电路包括四个部分：本电路包括四个部分：10MHz晶振、隔离放大晶振、隔离放大器、波发生器及混频滤波电路。器、波发生器及混频滤波电路。第17页，共129页，编辑于2022年，星期二6.4 Y通道单元通道单元第18页，共129页，编辑于2022年，星期二Y通道单元的具体要求为：通道单元的具体要求为：有较高的输入阻抗有较高的输入阻抗;有较好的频率特性有较好的频率特性;要求有较小的漂移要求有较小的漂移;第19页，共129页，编辑于2022年，星期二6.5 操作使用操作使用 以以BT-3GIII型频率特性测试仪为例来详细介绍扫型频率特性测试仪为例来详细介绍扫频仪的使用方法频仪的使用方法1、BT-3GIII型频率特性测试仪的面板布置型频率特性测试仪的面板布置第20页，共129页，编辑于2022年，星期二2、旋钮的名称与作用、旋钮的名称与作用（1）显示器的旋钮与作用）显示器的旋钮与作用亮度：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度最大，亮度：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度最大，反之则扫描线最暗。反之则扫描线最暗。聚焦：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。聚焦：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调整。整。Y输入：通常接检波探头的输出端。对于含有内检波的四输入：通常接检波探头的输出端。对于含有内检波的四端网络，该网络的输出可直接加到端网络，该网络的输出可直接加到Y输入。输入。Y增益：用于调节输入信号的大小，以使得被测信号增益：用于调节输入信号的大小，以使得被测信号能直观地显示在屏幕上。能直观地显示在屏幕上。第21页，共129页，编辑于2022年，星期二位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。移动。Y轴衰减选择挡：共分为轴衰减选择挡：共分为*1、*10、*100三挡，应和三挡，应和Y 增益增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个Y轴的增益与扫轴的增益与扫描曲线的高度。描曲线的高度。第22页，共129页，编辑于2022年，星期二（2）扫频信号源的旋钮与作用）扫频信号源的旋钮与作用中心频率：调节该旋钮，可使需要的中心频率置于屏中心频率：调节该旋钮，可使需要的中心频率置于屏幕的中心位置。幕的中心位置。扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组合，可输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输出幅度。出幅度。扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测四端网扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测四端网络的输入端。络的输入端。第23页，共129页，编辑于2022年，星期二（3）频标信号发生器的旋钮与作用）频标信号发生器的旋钮与作用频标选择频标选择频标幅度频标幅度外接频标外接频标第24页，共129页，编辑于2022年，星期二3.使用方法使用方法（1）使用前的准备工作）使用前的准备工作将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头 接接扫频输出插座，检波输出插头接扫频输出插座，检波输出插头接Y输入。如图输入。如图6.5.2所示所示:第25页，共129页，编辑于2022年，星期二（2）频标识别）频标识别将频标选择旋钮置于将频标选择旋钮置于10/1位置，中心频率置于位置，中心频率置于起始处，此时屏幕中出现不同于菱形频标的起始处，此时屏幕中出现不同于菱形频标的特殊标识，称作零拍。特殊标识，称作零拍。顺时针转动中心频率旋钮，会发现顺时针转动中心频率旋钮，会发现0拍及右拍及右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大的为面的大小频标逐渐左移。其中幅度大的为10MHz频标，幅度小的为频标，幅度小的为1MHz频标，如频标，如图图6.5.3（a）所示。）所示。第26页，共129页，编辑于2022年，星期二将频标选择旋钮置于将频标选择旋钮置于50位置，扫频特性曲线如图位置，扫频特性曲线如图6.5.3（b）所示，在零拍右面的第一个频标为）所示，在零拍右面的第一个频标为50MHz，第二个频标为第二个频标为100MHz，其余依次类推。，其余依次类推。第27页，共129页，编辑于2022年，星期二（3）扫频宽度）扫频宽度 不同的四端网络有着不同的频带，预置扫不同的四端网络有着不同的频带，预置扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；预置频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会很大。因扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的扫频宽度。此调节扫频宽度旋钮会得到合适的扫频宽度。第28页，共129页，编辑于2022年，星期二（4）中心频率读取）中心频率读取 不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不同不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右面，的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右面，预置中心频率过低，被测曲线会在左面。预置中心频率过低，被测曲线会在左面。调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，就可调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，就可以对称地观察被测曲线。图以对称地观察被测曲线。图6.5.4示出了中心频率为示出了中心频率为20MHz扫频宽度为扫频宽度为24MHz的校准曲线。需要说明的是，的校准曲线。需要说明的是，中心频率中心频率20MHz是在是在0拍右面的第拍右面的第2个大频标。个大频标。第29页，共129页，编辑于2022年，星期二6.6 测试实例测试实例1、单调谐回路的扫频测量、单调谐回路的扫频测量（1）单调谐回路的电路原理图）单调谐回路的电路原理图第30页，共129页，编辑于2022年，星期二（2）扫频仪各旋钮预置如下：）扫频仪各旋钮预置如下：将将-/+置于置于+，AC/DC置于置于DC，Y衰减置于衰减置于1;扫频输出衰减旋钮置于扫频输出衰减旋钮置于0dB;频标选择旋钮置于频标选择旋钮置于10/1MHz;扫频宽度旋钮置于扫频宽度旋钮置于5MHz；将将低低阻阻检检波波器器和和自自校校准准插插座座分分别别接接Y输输入入和和扫扫频频输输出出插插座座，调整调整Y增益使得扫描曲线为增益使得扫描曲线为5大格，并记下此值大格，并记下此值第31页，共129页，编辑于2022年，星期二（3）扫频仪与单协调回路的连接方法：）扫频仪与单协调回路的连接方法：注意：检波器为高阻检波器，扫频输出为带鳄鱼夹的高注意：检波器为高阻检波器，扫频输出为带鳄鱼夹的高频电缆。频电缆。第32页，共129页，编辑于2022年，星期二（3）调节输出衰减为）调节输出衰减为47dB，单调谐回路的幅频特性曲线，单调谐回路的幅频特性曲线:该单调谐回路的增益为该单调谐回路的增益为47dB，即放大量为，即放大量为100余倍。余倍。第33页，共129页，编辑于2022年，星期二2、双谐调回路的扫频测量双谐调回路的扫频测量步骤如下：步骤如下：双谐调回路原理图：双谐调回路原理图：第34页，共129页，编辑于2022年，星期二扫频仪各旋钮预置如实例扫频仪各旋钮预置如实例1；扫频仪与双谐调回路的连接方法与实例扫频仪与双谐调回路的连接方法与实例1相同；相同；调整输出衰减为调整输出衰减为50dB，被测双谐调回路的幅频特性，被测双谐调回路的幅频特性曲线如图：曲线如图：第35页，共129页，编辑于2022年，星期二3、相位鉴频器的扫频测量、相位鉴频器的扫频测量第36页，共129页，编辑于2022年，星期二相位鉴频器的特性曲线相位鉴频器的特性曲线第37页，共129页，编辑于2022年，星期二4、利用扫频仪测量振荡器的振荡频率、利用扫频仪测量振荡器的振荡频率5、用扫频仪测量无源的高通滤波器、用扫频仪测量无源的高通滤波器高通滤波器电路原理图高通滤波器电路原理图第38页，共129页，编辑于2022年，星期二1频道高通滤波器特性曲线频道高通滤波器特性曲线第39页，共129页，编辑于2022年，星期二6、主要技术指标、主要技术指标扫频范围：扫频范围：1300MHz；扫频宽度：扫频宽度：100MHz;扫频非线性：扫频非线性：+-5%；输出电压：输出电压：0.5V(3.33mW)+-10%;输出平坦度：输出平坦度：+-0.25dB;输出衰减：输出衰减：070dB,1dB步进；步进；输出阻抗：输出阻抗：75欧；欧；频率标记：频率标记：50MHz、10MHz/1MHz复合及外接三种，复合及外接三种，外接频标灵敏度优于外接频标灵敏度优于300mV；显示部分垂直灵敏度：优于显示部分垂直灵敏度：优于20mV(峰峰-峰）峰）/cm;显示屏幕有效尺寸：显示屏幕有效尺寸：100mm*80mm。第40页，共129页，编辑于2022年，星期二6.7 频谱分析仪工作原理频谱分析仪工作原理6.7.1 时域和频域的关系时域和频域的关系第41页，共129页，编辑于2022年，星期二常见电信号波形图与频谱图的对应关系常见电信号波形图与频谱图的对应关系第42页，共129页，编辑于2022年，星期二 表中纯正弦波，只显示一条谱线，表中纯正弦波，只显示一条谱线，f0=1/T，线，线高等于正弦波的幅值；方波含有高等于正弦波的幅值；方波含有1,3,5.奇次谐波；奇次谐波；三角波与梯形波也含有三角波与梯形波也含有1,3,5.奇次谐波，但各分量奇次谐波，但各分量的幅值与方波不同；而锯齿波含有的幅值与方波不同；而锯齿波含有1,2,3.各次谐波，各次谐波，按自然数排列。这些均可通过傅里叶级数求出。按自然数排列。这些均可通过傅里叶级数求出。第43页，共129页，编辑于2022年，星期二6.7.2频谱分析仪的分类频谱分析仪的分类 频谱分析仪按其工作原理分为实时频谱分析仪频谱分析仪按其工作原理分为实时频谱分析仪和非实时频谱分析仪两大类。和非实时频谱分析仪两大类。实时频谱分析仪按工作原理又可分为多通道（信道）实时频谱分析仪按工作原理又可分为多通道（信道）滤波式、时基压缩式、扫频超外差滤波式、时基压缩式、扫频超外差式、相关存储滤波式、快速傅里叶变换（式、相关存储滤波式、快速傅里叶变换（FFT）式等。）式等。第44页，共129页，编辑于2022年，星期二1、FFT型实时频谱仪型实时频谱仪第45页，共129页，编辑于2022年，星期二2、扫频超外差式频谱仪、扫频超外差式频谱仪第46页，共129页，编辑于2022年，星期二6.7.3 信号频谱测量信号频谱测量1、调幅信号分析、调幅信号分析（1）扫频法）扫频法第47页，共129页，编辑于2022年，星期二（2）时域法时域法第48页，共129页，编辑于2022年，星期二（3）FFT频域法频域法第49页，共129页，编辑于2022年，星期二（4）调幅（调幅（AM）信号测量方法的选择）信号测量方法的选择第50页，共129页，编辑于2022年，星期二2、调频信号分析、调频信号分析 调频信号的频谱是由无限边带组成的，然而在调频信号的频谱是由无限边带组成的，然而在窄带调频情况下，只有两个主要的边带，它们的幅窄带调频情况下，只有两个主要的边带，它们的幅度相对于载波幅度为度相对于载波幅度为:第51页，共129页，编辑于2022年，星期二(1)扫频频域法扫频频域法 (2)贝塞尔贝塞尔(Bessel)零点法零点法第52页，共129页，编辑于2022年，星期二(3)哈伯雷哈伯雷(Haberly)法法第53页，共129页，编辑于2022年，星期二(4)斜率检波解调法斜率检波解调法 斜率检波解调法是将频谱仪设置在零扫宽的位置斜率检波解调法是将频谱仪设置在零扫宽的位置上上(SPAN=0Hz)，利用中频滤波器的斜率来解调信号的。，利用中频滤波器的斜率来解调信号的。如果信号正好处于频谱仪中心频率处，即中频信号位于如果信号正好处于频谱仪中心频率处，即中频信号位于中频滤波器中心处，显示信号就变成一根直线，幅度上中频滤波器中心处，显示信号就变成一根直线，幅度上没有变化。如果调节频谱仪中心频率，使得信号位于中没有变化。如果调节频谱仪中心频率，使得信号位于中频滤波器的斜边上，任何频率变化就变为幅度变化，因频滤波器的斜边上，任何频率变化就变为幅度变化，因此得到解调波形。这种方法对测量非正弦调制此得到解调波形。这种方法对测量非正弦调制(如噪声、如噪声、音频、数字调制音频、数字调制)的峰值频偏是非常重要的。的峰值频偏是非常重要的。第54页，共129页，编辑于2022年，星期二(5)调频调频(FM)信号测量方法的选择信号测量方法的选择第55页，共129页，编辑于2022年，星期二3、脉冲调制信号分析、脉冲调制信号分析(1)窄带测量窄带测量第56页，共129页，编辑于2022年，星期二(2)宽带测量宽带测量第57页，共129页，编辑于2022年，星期二4、复合信号频谱分析、复合信号频谱分析第58页，共129页，编辑于2022年，星期二6.7.4 技术性能指标技术性能指标(1)频率分辨率频率分辨率(2)显示平均噪声电平显示平均噪声电平(3)视频滤波器和视频平均视频滤波器和视频平均(4)动态范围动态范围(5)检波器与检波方式检波器与检波方式(6)噪声边带噪声边带(7)假响应假响应(8)剩余响应剩余响应(9)多重响应多重响应(10)交调失真交调失真(11)增益压缩增益压缩(12)冲击带宽冲击带宽(13)预选器预选器第59页，共129页，编辑于2022年，星期二6.7.5 操作使用要点操作使用要点1、选型依据、选型依据2、使用要点、使用要点(1)电源要求电源要求(2)静电防护静电防护(3)对输入信号的要求对输入信号的要求(4)更换电池更换电池(5)地址设置地址设置(6)其他说明其他说明第60页，共129页，编辑于2022年，星期二第八章第八章 频域测量频域测量本章要点：本章要点：扫频仪扫频仪(频率特性分析仪频率特性分析仪)的原理与应用的原理与应用频谱仪频谱仪(频谱分析仪频谱分析仪)的用途、原理与分类的用途、原理与分类第61页，共129页，编辑于2022年，星期二本课主要介绍本课主要介绍扫频仪扫频仪(频率特性分析仪频率特性分析仪)的原理与应用的原理与应用 微波网络特性和微波网络特性和网络分析仪网络分析仪的工作原理的工作原理线性系统频率特性线性系统频率特性 频谱仪频谱仪(频谱分析仪频谱分析仪)的用途、原理与分类的用途、原理与分类 扫频外差式频谱仪扫频外差式频谱仪的原理、特性和应用的原理、特性和应用信号的频谱分析信号的频谱分析 在微波（在微波（300MHz300GHz）主要用）主要用网络分析仪，本课不讲网络分析仪，本课不讲。但这种划分不是绝对的，实际上有些扫频仪可能工作到更高的但这种划分不是绝对的，实际上有些扫频仪可能工作到更高的频率，而有些网络分析仪可能工作到更低的工作频率。应当指频率，而有些网络分析仪可能工作到更低的工作频率。应当指出，这里讲的出，这里讲的“网络网络”是指由器件、元件组成的电子网络。当年是指由器件、元件组成的电子网络。当年提出提出“网络分析仪网络分析仪”这一名字时，还没有计算机网络等现代网络这一名字时，还没有计算机网络等现代网络的概念。的概念。第62页，共129页，编辑于2022年，星期二8.1 线性系统幅频特性的测量线性系统幅频特性的测量 正弦稳态下的正弦稳态下的系统函数系统函数或或传输函数传输函数 就反映了该系统激励就反映了该系统激励与响应的关系与响应的关系 式中，式中，也可写成也可写成，就是下面要测量的，就是下面要测量的幅频特性幅频特性。是相频特性本节不讨论。是相频特性本节不讨论。第63页，共129页，编辑于2022年，星期二8.1.1 静态频率特性测量静态频率特性测量-点频法点频法 点频法就是点频法就是“逐点逐点”测量幅频特性的方法，注意测量幅频特性的方法，注意明确被测电路和明确被测电路和选用相应仪器选用相应仪器。f0K(f)f特点特点：所测出的幅频特性是我们需要的：所测出的幅频特性是我们需要的电路系统在稳态情况下电路系统在稳态情况下的静态特性曲线的静态特性曲线。但由于要逐点测量，操作繁琐费时，并且由。但由于要逐点测量，操作繁琐费时，并且由于频率离散而不连续，可能遗漏掉某些特性突变点。这种方法于频率离散而不连续，可能遗漏掉某些特性突变点。这种方法一般只用于实验室测试研究；若用于生产线则效率太低了。一般只用于实验室测试研究；若用于生产线则效率太低了。如果能够在测试过程中，使信号源输出信号频率能自动地从低如果能够在测试过程中，使信号源输出信号频率能自动地从低到高连续变化并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到高连续变化并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，就可自动地描绘出幅频特性曲线。到示波器上显示，就可自动地描绘出幅频特性曲线。第64页，共129页，编辑于2022年，星期二8.1.2 动态频率特性测量动态频率特性测量扫频法扫频法 1.扫频法的工作原理扫频法的工作原理 扫频法扫频法可以实现频率特性的可以实现频率特性的自动测绘自动测绘，而且不会像点频法那样，而且不会像点频法那样遗漏掉某些细节的问题。更值得注意的是，扫频法是在一定扫遗漏掉某些细节的问题。更值得注意的是，扫频法是在一定扫描速度下获得被测电路的描速度下获得被测电路的动态频率特性动态频率特性，这比较符合被测电路，这比较符合被测电路的实际应用情况。的实际应用情况。扫频仪扫频仪=扫源扫源+示波器示波器第65页，共129页，编辑于2022年，星期二2.动态频率特性动态频率特性 随着扫描速度的提高，频率特性将扫频方向偏移，如图随着扫描速度的提高，频率特性将扫频方向偏移，如图8.3所示。所示。图中图中为静态特性，为静态特性，、为依次提高扫速时的动态特性曲线。为依次提高扫速时的动态特性曲线。可以看出可以看出动态频率特性动态频率特性有以下特点：有以下特点：(1)顶部最大值下降顶部最大值下降；(2)特性曲线被展宽特性曲线被展宽；(3)扫速愈高，偏移愈严重扫速愈高，偏移愈严重。图图8.3 8.3 动态特性曲线动态特性曲线 其原因是由于通常与频率特性其原因是由于通常与频率特性有关的电路，实际上是由动态有关的电路，实际上是由动态元件元件L、C等元件组成的等元件组成的(如调如调谐电路谐电路)，信号在其上建立或消，信号在其上建立或消失都需要一定的时间，扫频速失都需要一定的时间，扫频速度太快时，信号在其上来不及度太快时，信号在其上来不及建立或消失，故谐振曲线出现建立或消失，故谐振曲线出现滞后且展宽，出现了滞后且展宽，出现了“失敏失敏”或或“钝化钝化”现象。现象。第66页，共129页，编辑于2022年，星期二3.扫频信号源1)扫频信号的扫频信号的产生方法产生方法 磁调电感磁调电感：通过改变低频磁心的导磁系数改变振荡回路中高频：通过改变低频磁心的导磁系数改变振荡回路中高频线圈的电感量线圈的电感量，适用于几十到几百，适用于几十到几百MHz的频段。的频段。变容二极管电调扫频变容二极管电调扫频：变容二极管是：变容二极管是PN结电容随外加偏置电结电容随外加偏置电压高低变化，压高低变化，PN结电容结电容Cd与反向偏置电压与反向偏置电压U成反比。成反比。合成扫频源合成扫频源：通过软件使扫频源按照一定的频率间隔和停留时间，：通过软件使扫频源按照一定的频率间隔和停留时间，将输出频率依次锁定在一定范围内的一系列频点上，达到扫频效果。将输出频率依次锁定在一定范围内的一系列频点上，达到扫频效果。常用于微波频段常用于微波频段，覆盖高达，覆盖高达10倍频程、扫频线性好倍频程、扫频线性好 YIG电调扫频电调扫频：YIG是一种是一种单晶铁氧体材料钇铁石榴石单晶铁氧体材料钇铁石榴石的的简称，具有铁磁谐振特性将简称，具有铁磁谐振特性将YIG做成小球，置于直流磁场做成小球，置于直流磁场H0内，产生铁磁谐振，谐振频率内，产生铁磁谐振，谐振频率（单位（单位MHz）为）为=0.0112 H0第67页，共129页，编辑于2022年，星期二2)扫频信号的技术特性扫频信号的技术特性有效扫频宽度：即扫频源输出的扫频线性和振幅平稳性均符合有效扫频宽度：即扫频源输出的扫频线性和振幅平稳性均符合要求的最大频率覆盖范围，要求的最大频率覆盖范围，0时，称为窄带扫频；时，称为窄带扫频；0时，称为宽带扫频时，称为宽带扫频 扫频线性：表示扫频振荡器的压控振荡器的压控特性曲线的非线性扫频线性：表示扫频振荡器的压控振荡器的压控特性曲线的非线性（或线性）程度，可以用线性系数表征（或线性）程度，可以用线性系数表征 振荡平稳性：通常用扫频信号的寄生调幅表示。调幅系振荡平稳性：通常用扫频信号的寄生调幅表示。调幅系数为数为A212A A1 1第68页，共129页，编辑于2022年，星期二8.1.3 扫频仪举例扫频仪举例BT-3型频率特性测试仪型频率特性测试仪 BT-3型扫频仪主要用来测试宽带放大器、雷达接收机的中频放型扫频仪主要用来测试宽带放大器、雷达接收机的中频放大器、电视接收机的视频率特性及鉴频器特性，是一种较为典大器、电视接收机的视频率特性及鉴频器特性，是一种较为典型的频率特性测试仪，其框图如图型的频率特性测试仪，其框图如图8.4所示。所示。1.BT-3扫频仪的主要技术性能：扫频仪的主要技术性能：(1)中心频率：在中心频率：在1MHz300MHz内可任意调节，分内可任意调节，分1MHz75 MHz、75MHz150MHz、150MHz300MHz三个波段三个波段；(2)扫频频偏：扫频频偏：最大频偏最大频偏7.5MHz；(3)扫频信号输出：输出电压扫频信号输出：输出电压0.1V（有效值），输出阻抗（有效值），输出阻抗75；(4)寄生调幅系数：最大频偏时寄生调幅系数：最大频偏时7.5%；(5)调频非线系数：最大频偏时调频非线系数：最大频偏时20%；(6)频标信号：频标信号：1MHz、10MHz和外接频标三种。和外接频标三种。第69页，共129页，编辑于2022年，星期二BT3C-A型型频率特性测试仪频率特性测试仪扫频信号输出端检波探头第70页，共129页，编辑于2022年，星期二第71页，共129页，编辑于2022年，星期二2.中心频率和扫频范围中心频率和扫频范围 本扫频仪工作时是以本扫频仪工作时是以某中心频率某中心频率为中心进行为中心进行扫频扫频的。的。现以第现以第波段为例说其工作情况，中心频率是人工手调振荡回波段为例说其工作情况，中心频率是人工手调振荡回路中的可变电容路中的可变电容C，例如图中调到，例如图中调到100MHz。扫频是扫描电流。扫频是扫描电流IM作用于调制线圈作用于调制线圈LC使振荡频率在使振荡频率在100MHz中心频率的基础上产中心频率的基础上产生生7.5MHz 的频偏的频偏，即扫频范围最大只有，即扫频范围最大只有15MHz。100MHz100MHz75MHz75MHz150MHz150MHzf fo o f fL LC CI IMMI IMMC C92.5MHz92.5MHz107.5MHz107.5MHz第72页，共129页，编辑于2022年，星期二3.频标产生的原理频标产生的原理 图图8.4框图右侧给出了频标产生电路的组成，现以框图右侧给出了频标产生电路的组成，现以1MHz频标为频标为例进行说明。例进行说明。图图8.6 8.6 频标的形成过程频标的形成过程100.02MHz100.02MHz99.98MHz99.98MHz1MHz1MHz振荡信号振荡信号的的100100次谐波次谐波100MHz100MHz图图8.7 8.7 加有频标的波形加有频标的波形(b)(b)(a)(a)第73页，共129页，编辑于2022年，星期二4.扫描信号与回扫处理扫描信号与回扫处理 本仪器为简化设计，节约成本，是本仪器为简化设计，节约成本，是利用利用50Hz市电降压后用来做市电降压后用来做扫描信号的扫描信号的。本仪器是采用在回扫期间令振荡停振的办法（原。本仪器是采用在回扫期间令振荡停振的办法（原理框图中的理框图中的“截止脉冲形成电路截止脉冲形成电路”即是加扫频振荡器的停振信号）即是加扫频振荡器的停振信号）第74页，共129页，编辑于2022年，星期二8.1.4 扫频仪举例扫频仪举例2-SA1030数字式频率特性测试仪数字式频率特性测试仪 石家庄市无线电四厂研制的产品石家庄市无线电四厂研制的产品 1.SA1030全数字频率特性测试仪主要技术指标全数字频率特性测试仪主要技术指标频率范围：频率范围：20Hz30MHz（幅频），（幅频），5kHz30MHz（相频）（相频）扫频方式：线性扫描、对数扫描、点频扫频方式：线性扫描、对数扫描、点频扫频输出平坦度：小于扫频输出平坦度：小于0.5dB扫频非线性：小于扫频非线性：小于10%带宽：带宽：250Hz30MHz 2.组成原理组成原理扫频信号源扫频信号源：合成扫频源是通过软件使扫频合成扫频源是通过软件使扫频源按照一定的频率间隔和停留时间，将输出频率依源按照一定的频率间隔和停留时间，将输出频率依次步进锁定在一定范围内的一系列频点上，达到扫次步进锁定在一定范围内的一系列频点上，达到扫频效果频效果检测单元检测单元：幅度幅度检测载波信号经二极管峰值检检测载波信号经二极管峰值检波转换成电压信号；波转换成电压信号；相位相位检测采用乘法型，能实现精检测采用乘法型，能实现精确的相位平衡确的相位平衡 显示单元显示单元：TFT彩色液晶屏显示，显示分辨彩色液晶屏显示，显示分辨率：率：250200点。点。第75页，共129页，编辑于2022年，星期二应用举例应用举例 用该仪器测试一个比较典型用该仪器测试一个比较典型双双T型四端型型四端型RC选频网络频选频网络频率特性的实例。网络带阻滤率特性的实例。网络带阻滤波器，在波器，在 处的增益处的增益 ，且相位移，且相位移为为0。第76页，共129页，编辑于2022年，星期二介绍几种典型介绍几种典型扫频仪的技术参数扫频仪的技术参数供参考供参考(见表见表8.1)。表表8.1 几种典型扫频仪的技术参数几种典型扫频仪的技术参数 公司型号频率范围扫频范围不平坦度石家庄无线电四厂（数英电子）SA1051300全数字式频率特性测试仪20Hz5、30、50、100、140、300 MHz20Hz300MH内幅频、相频特性全程扫，相位范围180 0.5dB徐州隆宇LY126111000MHz2600 MHz 0.25dB徐州隆宇BT3-3S1300MHz1100MHz 0.5dB徐州隆宇LY1230B20Hz 2MHz宽扫：全景、窄扫：0.01max5%南京涌新11000MHz5600 MHz1dB上海群尚BT-3SE天水庆华11000MHz全景、宽扫、窄扫、点扫 0.5dB第77页，共129页，编辑于2022年，星期二 8.28.2 微波网络分析仪（简介）微波网络分析仪（简介）微波网络，是对实际的微波网络，是对实际的物理实体物理实体所进行的所进行的数学抽象数学抽象。虽然不能。虽然不能研究元件内部各点的场强，但微波元件的作用是通过它对研究元件内部各点的场强，但微波元件的作用是通过它对微波微波信号的传输特性来表征的信号的传输特性来表征的，而这一传输特性可用网络来表示，而这一传输特性可用网络来表示（见图）。因此，当网络输入端的电压、电流及输出端的电压、（见图）。因此，当网络输入端的电压、电流及输出端的电压、电流之间的相互关系已知时，微波元件的特性也就完全确定了。电流之间的相互关系已知时，微波元件的特性也就完全确定了。双端口网络双端口网络外部特性参数外部特性参数有多种，应用最多的是有多种，应用最多的是散射参数散射参数S。微波网络分析仪微波网络分析仪主要用来测试网络的主要用来测试网络的S参数。参数。分为分为：标量网络分析仪标量网络分析仪：只对：只对S参数的幅值进行测量。参数的幅值进行测量。矢量网络分析仪矢量网络分析仪：具有定量测试矢量（幅值、相位）的能力。：具有定量测试矢量（幅值、相位）的能力。第78页，共129页，编辑于2022年，星期二8.3 频谱分析仪的概述频谱分析仪的概述8.3.1 信号的时域与频域分析信号的时域与频域分析 信号的时域和频域特性在数学上可表示为一对傅里叶变换关系：信号的时域和频域特性在数学上可表示为一对傅里叶变换关系：图图8.25 8.25 时域与频域观测之间的关系时域与频域观测之间的关系（8.11）（8.12）第79页，共129页，编辑于2022年，星期二示波器和频谱仪是从不同角度观测同一个电信号，各有不同的示波器和频谱仪是从不同角度观测同一个电信号，各有不同的特点。特点。示波器从时域上容易区分电信号的相位关系示波器从时域上容易区分电信号的相位关系，如图，如图8.26中中(a)是基波与二次谐波起始峰值对齐的合成波形（线性相加）；是基波与二次谐波起始峰值对齐的合成波形（线性相加）；(b)是基波与二次谐波起始相位相同合成的波形，两者合成波形是基波与二次谐波起始相位相同合成的波形，两者合成波形相差很大，在示波器上可以明显地看出来。而在频谱仪上仍是相差很大，在示波器上可以明显地看出来。而在频谱仪上仍是两个频率分量，看不出差异。但是，如果合成电路（如放大器）两个频率分量，看不出差异。但是，如果合成电路（如放大器）有非线性失真，即基波和二次谐波信号不能线性相加，两者则有非线性失真，即基波和二次谐波信号不能线性相加，两者则有交互作用，像混频器一样会产生新的频率分量，这在示波器有交互作用，像混频器一样会产生新的频率分量，这在示波器上难以觉察到，而在上难以觉察到，而在频谱仪上则会明显看到由于非线性失真带频谱仪上则会明显看到由于非线性失真带来的新的频谱分量来的新的频谱分量。可见，示波器和频谱仪有各自的特点，并。可见，示波器和频谱仪有各自的特点，并起到互为补充的作用。起到互为补充的作用。图图8.26 8.26 不同相位合成的波形不同相位合成的波形(a)(b)第80页，共129页，编辑于2022年，星期二8.3.2 频谱仪的主要用途频谱仪的主要用途现代频谱仪有着极宽的测量范围，观测信号频率可高达几十现代频谱仪有着极宽的测量范围，观测信号频率可高达几十GHz，幅度跨度超过，幅度跨度超过140dB。故使频谱仪有着相当广泛的应用场合，以至被称为故使频谱仪有着相当广泛的应用场合，以至被称为射频万用表射频万用表，成为一种基本的测量工具。目前，频谱仪的主要应用于如下一成为一种基本的测量工具。目前，频谱仪的主要应用于如下一些方面：些方面：1.正弦信号的频谱纯度正弦信号的频谱纯度 2.调制信号的频谱调制信号的频谱 3.非正弦波（如脉冲信号、音频、视频信号）的频谱非正弦波（如脉冲信号、音频、视频信号）的频谱 4.通信系统的发射机质量通信系统的发射机质量 5.激励源响应的测量激励源响应的测量 6.放大器的性能测试放大器的性能测试 7.噪声频谱的分析噪声频谱的分析 8.电磁干扰的测量电磁干扰的测量 第81页，共129页，编辑于2022年，星期二音频信号与频谱示教音频信号与频谱示教第82页，共129页，编辑于2022年，星期二8.3.3 频谱仪的分类频谱仪的分类 频谱仪从工作原理上可分为模拟式与数字式两大类。模拟式频频谱仪从工作原理上可分为模拟式与数字式两大类。模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础的；数字式频谱仪是以数字滤波器谱仪是以模拟滤波器为基础的；数字式频谱仪是以数字滤波器或快速傅里叶变换为基础的。分类如下：或快速傅里叶变换为基础的。分类如下：模拟式模拟式 实时实时-并行滤波法并行滤波法 顺序滤波法顺序滤波法 非实时非实时 可调滤波法可调滤波法 扫频外差法扫频外差法数字式数字式数字滤波法数字滤波法快速傅里叶变换（快速傅里叶变换（FFTFFT）计算法）计算法 第83页，共129页，编辑于2022年，星期二8.3.4 频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理 1.模拟式频谱仪模拟式频谱仪 思路思路：我们一起来设计频谱仪我们一起来设计频谱仪 f0f0+Fff0+Ffff移动滤波器移动滤波器滤波器不动滤波器不动上面移动频谱上面移动频谱方案一：并联滤波法方案一：并联滤波法方案二：移动滤波法方案二：移动滤波法方案三：扫频外差法方案三：扫频外差法逆向思维设计思想成功的典范逆向思维设计思想成功的典范：改变滤波器来找频谱是以改变滤波器来找频谱是以百变对应万变百变对应万变，难度自然大，而，难度自然大，而扫频扫频外差法外差法是将频谱逐个移进不变的滤波器是以是将频谱逐个移进不变的滤波器是以不变对应万变不变对应万变。第84页，共129页，编辑于2022年，星期二电路：电路：图图8.27 8.27 并行滤波频谱仪方案并行滤波频谱仪方案 图图8.28 8.28 顺序滤波频谱仪方案顺序滤波频谱仪方案图