《频域测量》课件.ppt

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1、第第6章章 频域测量频域测量6.1 扫频仪概述扫频仪概述 扫频仪，又称频率特性测试仪，用来测定各扫频仪，又称频率特性测试仪，用来测定各种有源、无源二端口和四端口网络（如调频放大种有源、无源二端口和四端口网络（如调频放大器、宽频放大器、各种滤波器、鉴频器、雷达等）器、宽频放大器、各种滤波器、鉴频器、雷达等）的传输特性、阻抗特性和反射特性等。的传输特性、阻抗特性和反射特性等。点频测量法点频测量法线性系统频率特性的经典测量法线性系统频率特性的经典测量法 每每次次只只能能将将加加到到被被测测线线性性系系统统的的信信号号源源的的频频率率调调节节到到某某一一个个频频点点。依依次次设设置置调调谐谐到到各各指

2、指定定频频点点上上，分分别别测测出出各各点点处处的的参参数数，再再将将各各点点数数据据连连成成完完整整的的曲线，从而得到频率特性测量结果。曲线，从而得到频率特性测量结果。所所得得频频率率特特性性是是静静态态的的，无无法法反反映映信信号号的的连连续续变化；变化；测测量量频频点点的的选选择择对对测测量量结结果果有有很很大大影影响响，特特别别对对某某些些特特性性曲曲线线的的锐锐变变部部分分以以及及失失常常点点，可可能能会会因因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。幅频特性扫频测量法幅频特性扫频测量法 频频率率源源的的输输出出能能够够在在测测量量所所需需的的范范围

3、围内内连连续续扫扫描描，因因此此可可以以连连续续测测出出各各频频率率点点上上的的频频率率特特性性结结果并立即显示特性曲线。果并立即显示特性曲线。优优点点：扫扫频频信信号号的的频频率率连连续续变变化化，扫扫频频测测量量所所得的频率特性是得的频率特性是动态动态频率特性，也不会漏掉细节。频率特性，也不会漏掉细节。不不足足：如如果果输输入入的的扫扫频频信信号号频频率率变变化化速速度度快快于于系系统统输输出出响响应应时时间间，则则频频率率的的响响应应幅幅度度会会出出现现不不足足，扫扫频频测测量量所所得得幅幅度度小小于于点点频频测测量量的的幅幅度度；电电路路中中LC元元件件的的惰惰性性会会使使幅幅度度峰峰

4、值值有有所所偏偏差差，因因此此会产生频率偏离。会产生频率偏离。两种幅频特性测量法的比较扫频测量所得的动态特性曲线峰值低于点频测量所得的静态特性曲线。扫频速度越快，下降越多；动态特性曲线峰值出现的水平位置（频率）相对于静态特性曲线有所偏离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；当当静静态态特特性性曲曲线线对对称称时时，随随着着扫扫频频速速度度加加快快，动动态态特特性性曲曲线线明明显显出出现现不不对对称称，并并向向频频率率变变化化的的方方向一侧倾斜；向一侧倾斜；动动态态特特性性曲曲线线较较平平缓缓，其其3dB带带宽宽大大于于静静态态特特性性曲线的曲线的3dB带宽；带宽；小小结结：测测量量

5、系系统统动动态态特特性性，必必须须用用扫扫频频法法；为为了了得得到到静静态态特特性性，必必须须选选择择极极慢慢的的扫扫频频速速度度以以得得到到近似的静态特性曲线，或采用点频法。近似的静态特性曲线，或采用点频法。两种幅频特性测量法的比较（续）两种幅频特性测量法的比较（续）2常用频域测试仪器n（1）频率特性测试仪（2）频谱分析仪6.1.1 常用术语常用术语1.扫频信号发生器扫频信号发生器 2.扫频仪扫频仪 3.有效频率范围有效频率范围4.扫频宽度扫频宽度 5.扫频中心频率扫频中心频率 6.扫频方式扫频方式7.自动扫频自动扫频 8.手动扫频手动扫频 9.触发扫频触发扫频10.单次触发扫频单次触发扫频

6、 11.对数扫频对数扫频 12.起止扫频起止扫频13.标志扫频标志扫频 14.窄带扫频外扫频窄带扫频外扫频 15.频率标志频率标志16.分辨率分辨率 17.扫频线性误差扫频线性误差 18.扫频时间扫频时间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2.变容二极管扫频变容二极管扫频 等效电路如图等效电路如图 V变容管在零偏压时的电容。变容管在零偏压时的电容。PN结的内建电位差，硅管结的内建电位差，硅管=0。6v电容指数，决定于电容指数，决定于PN结中杂质结中杂质浓度的分布情况，对于突变结浓度的分布情况，对于突变结变容管，变容管，而超突变结变，而超突变结变容管容管势垒

7、电容与外加电压的关系：势垒电容与外加电压的关系：工作原理：基于工作原理：基于PN结反向偏置时，结电容与偏结反向偏置时，结电容与偏 置电压有关这一原理置电压有关这一原理 制成的。制成的。变容二极管构成的振荡回路变容二极管构成的振荡回路扫描信号隔直电容偏置电压接振荡器变容管扫频振荡器的优点：变容管扫频振荡器的优点：电路简单，频偏宽，对调制信号几乎不消耗功率电路简单，频偏宽，对调制信号几乎不消耗功率。它一般用。它一般用 于晶体管化的扫频仪中。于晶体管化的扫频仪中。L变容管扫频仪的组成及原理变容管扫 频发生器被测电路峰 值检 波 器 三 角 波扫描发生器XY变容二极管等效电路图表变容二极管等效电路图表

8、变容特性曲线变容特性曲线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、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。在扫频功率变容二极管、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。仪中使用的是电调谐变容二极管。6.2 扫频仪工作原理扫频仪工作原理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。扫频源的基本工作原理扫频源的基本工作原理 能能产产生生扫扫频频输输出出信信号号的的频频率率源源称称为为扫扫频频信信号号发发生生器器或或扫扫频频信信号号源源，简简称称扫

9、扫频频源源。它它既既可可作作为为独独立立的的测测量量用用信信号号发发生生器器，又又可可作作为为频频率率特特性性测测量量类类仪仪器器的的前端。前端。典型的扫频源应具备下列三方面功能：典型的扫频源应具备下列三方面功能：产生产生扫频信号扫频信号（通常是等幅正弦波）；（通常是等幅正弦波）；产生同步输出的产生同步输出的扫描信号扫描信号，可以是三角波、，可以是三角波、正弦波或锯齿波等；正弦波或锯齿波等；产生同步输出的产生同步输出的频率标志频率标志，可以是等频率，可以是等频率间隔的通用频标、专用于某项测试的专用间隔的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频标。频标及活动频标。扫频源的基本工作原理（续）扫频

10、源的主要特性 对扫频源通常的对扫频源通常的技术要求技术要求：在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳定，以获得最大的动态范围；定，以获得最大的动态范围；调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便确定频带宽度和点频输出；确定频带宽度和点频输出；为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和谐波均应很小；谐波均应很小；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。有效扫频

11、宽度扫频线性输出振幅平稳性扫频源的主要特性（续）f0：扫频输出中心频率：扫频输出中心频率f1：扫频起点；：扫频起点；f2：扫频终点：扫频终点k0：压控特性：压控特性f-V曲线的斜率曲线的斜率A1：寄生调幅最大幅度：寄生调幅最大幅度A2：寄生调幅最小幅度：寄生调幅最小幅度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

12、的，且具有一定的这个扫频信号的输出是等幅的，且具有一定的功率；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。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：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轨迹明亮而清晰，在不失真的前提下要有足够高的增益。高的增益。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 轴轴通道放大器及

13、示波管等电路构成。通道放大器及示波管等电路构成。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2、固定振荡器、固定振荡器3、扫频振荡器、扫频振荡器4、混频器和低通滤波器、混频器和低通滤波器6.3 频标单元频标单元1、单一频标产生的工作原理、单一频标产生的工作原理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：频率标记 频频率率标标记记是是扫扫频频测测量量中中的的频频率率定定度度 。产产生生频频标标的的基基本本方方法法是是差差频频法法，利利用用差差频频方方式式可可产产生生一一个

14、个或或多多个个频频标标，频频标标的的数数目目取取决决于于和和扫扫频频信信号号混混频频的的基基准频率的成分。准频率的成分。所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高 频标幅度应基本一致、显示整齐频标幅度应基本一致、显示整齐 不包含杂频和泄漏进来的扫频信号不包含杂频和泄漏进来的扫频信号 多种频标形式以满足不同的显示和测量需要多种频标形式以满足不同的显示和测量需要 电路时延尽可能小以减小频率定度误差电路时延尽可能小以减小频率定度误差频率标记（续）菱形菱形频标频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准频率进

15、行限幅、整形和微分，形成含有很对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。脉冲脉冲频标频标 由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。时分辨力更高。线形线形频标频标 状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的频标形式。器特有的频

16、标形式。频率标记：用于频率值的标定，频率标记简称频标频率标记：用于频率值的标定，频率标记简称频标主要有四种方法（模拟法）：主要有四种方法（模拟法）：差频法、电压比较法、吸收法、选频法差频法、电压比较法、吸收法、选频法差频法：形成菱形频标，适用于高频扫频仪中。（频标宽差频法：形成菱形频标，适用于高频扫频仪中。（频标宽度）度）扫 频 信 号发 生 器标 准 信 号 发 生 器混 频 器带通滤波器放大器谐波发生器 频率标记频率标记4.98MHz5MHz5.02MHz扫频信号1MHz振荡信号的五次谐波5MHz20kHz20kHz混频输出通过窄带通滤波器并放大10MHz频标频标3、频标单元电路分析、频标

17、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。6.4 Y通道单元通道单元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;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

18、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。最大，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，可水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调整。加以调整。Y输入：通常接检波探头的输出端。对于含有内检输入：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波的四端网络，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

19、示在屏幕上。号能直观地显示在屏幕上。1.位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。上下移动。Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。上下移动。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 增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个Y轴的增益与扫描曲线的高度。轴的增益与扫描曲线的高度。（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中心频率：调节该旋钮，可使需要的

20、中心频率置于屏幕的中心位置。置于屏幕的中心位置。扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。宽。输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输出幅度。扫频信号的输出幅度。扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测四端网络的输入端。四端网络的输入端。（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3.使用方法使用方法（1）使用前的准备工

21、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 接扫频输出插座，检波输出插头接接扫频输出插座，检波输出插头接Y输入。如输入。如图图所示所示:（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，中心频率位置，中心频率置于起始处，此时屏幕中出现不同于菱置于起始处，此时屏幕中出现不同于菱形频标的特殊标识，称作零拍。形频标的特殊标识，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拍及拍及右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大的为的为10MHz频标，幅度小的为频标，幅度小的

22、为1MHz频标，频标，如图如图（a）所示。）所示。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（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。（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；扫频宽度太窄，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预置扫频宽度太宽，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很大。因此调节扫频宽度旋钮会得

23、到合适的扫频宽度。扫频宽度。（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，被测曲线会在右同的中心频率，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。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，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。图示出了中心频率为就可以对称地观察被测曲线。图示出了中心频率为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2

24、0MHz是在是在0拍右面的第拍右面的第2个大频标。个大频标。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（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，调调整整Y增增益益使使得得扫扫描描曲曲线线为为5大大格格，并

25、并记下此值记下此值（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。鱼夹的高频电缆。（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，单调谐回路的幅频特性曲线性曲线: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。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：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

26、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，被测双谐调回路的幅频特性曲线如图：特性曲线如图：3、相位鉴频器的扫频测量、相位鉴频器的扫频测量相位鉴频器的特性曲线相位鉴频器的特性曲线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1频道高通滤波器特性曲线频道高通滤波器特性曲线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

27、)+-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复合及外接复合及外接三种，外接频标灵敏度优于三种，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。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频域和时域的关系频域和时域的关系 通常一个过程或信号通常一个过程或信号可以表示为时间可以表示为时间t的函

28、的函数数f(t)，示波器常用来，示波器常用来观测信号电压随时间的观测信号电压随时间的变化，是典型的时域分变化，是典型的时域分析仪器。析仪器。过程或信号还可以表示过程或信号还可以表示为频率为频率f 或角频率的函或角频率的函数数s()，频率特性测频率特性测试仪、频谱分析仪都是试仪、频谱分析仪都是以频率为自变量，以各以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因频率分量的信号值为因变量进行分析的仪器。变量进行分析的仪器。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 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，线高等于正弦波的幅值；方波含有线高等于正弦波

29、的幅值；方波含有1,3,5.奇次谐奇次谐波；三角波与梯形波也含有波；三角波与梯形波也含有1,3,5.奇次谐波，但奇次谐波，但各分量的幅值与方波不同；而锯齿波含有各分量的幅值与方波不同；而锯齿波含有1,2,3.各次谐波，按自然数排列。这些均可通过傅里叶各次谐波，按自然数排列。这些均可通过傅里叶级数求出。级数求出。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。仪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（信道）

30、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）式等。等。1、FFT型实时频谱仪型实时频谱仪付里叶分析仪付里叶分析仪 付付里里叶叶分分析析仪仪将将输输入入信信号号数数字字化化，再再对对时时域域数数字字信信息息进进行行FFT变变换换以以获获得得频频域域表表征征，属属于于数数字字式式频频谱谱仪仪。由由于于采采用用微微处处理理器器或或专专用用集集成成电电路路，速速度度明明显显超超过过传传统统的的模模拟拟式式扫扫描描频频谱谱仪仪，能能进进行行实实时时分分析析；但但它它同同时时受受A/D转转换换器器件件的的指指标标限限制制，通通常常带带宽

31、宽是有限的，工作频段较低。是有限的，工作频段较低。FFT分析仪原理 FFTFFT分析仪原理及组成分析仪原理及组成 输输入入信信号号首首先先经经过过可可变变衰衰减减器器以以提提供供不不同同的的幅幅度度测测量量范范围围，然然后后经经低低通通滤滤波波器器除除去去仪仪器器频频率率范范围围之之外外的的高高频频分分量量。接接下下来来对对信信号号进进行行时时域域波波形形的的采采样样和和量量化化，转转变变为为数数字字信信息息。最最后后由由微微处处理理器器利利用用FFTFFT计算波形的频谱，并将结果显示出来。计算波形的频谱，并将结果显示出来。FFT分析仪的特点 FFTFFT的基本特性的基本特性 FFTFFT是是

32、一一种种面面向向记记录录的的算算法法。将将N N个个采采样样点点作作为为时时间间记记录录输输入入，得得到到N N个个节节点点的的频频谱谱输输出出，输输出出记记录录的的复复数数值值同同时时包包含含幅幅度度、相相位位信信息息。各各节节点点之之间间的的频频率率间间隔隔fstep由由时时间间记记录录长长度度N N和和采采样样频频率率f fS S决决定定：fstep=fS/N，第，第n n个节点对应的频率值为个节点对应的频率值为fn=fSn/N。FFTFFT形形成成的的频频谱谱相相对对于于折折叠叠频频率率f ff f（f ff f=f fS S /2/2）对对称称，因因此此输输出出频频率率的的前前半半部

33、部分分是是多多余余的的，只只需需保保留留（N N/2/2）+1+1个个有有效效节节点点，对对应应于于频频率率从从0 0到到f fS S /2/2 ，故故FFTFFT的的输输出出频频率率范范围围为为00f fS S/2/2，类类似似于于低低通通滤波。滤波。FFT分析仪的特点（续4）频谱泄漏及其处理频谱泄漏及其处理 FFTFFT在在原原理理上上是是采采用用有有限限长长的的时时间间记记录录进进行行付付氏氏变变换换，并并在在总总体体上上不不断断重重复复以以代代表表对对无无限限长长实实际际序序列列的的积积分分。然然而而在在重重复复波波形形时时，某某些些波波形形的的形形状状和和相相位位可可能能会会有有瞬瞬

34、变变，这这种种情情况况下下的的FFTFFT频频谱谱与与付付氏氏变变换换积积分分的的结结果果有有较较大大差差异异，频频谱谱图图中中会会看看到到谱谱线线的的频频率率范范围变宽，这就是频谱泄漏。围变宽，这就是频谱泄漏。常常用用解解决决办办法法是是使使用用窗窗函函数数与与时时间间记记录录相相乘乘，即即强强迫迫波波形形在在有有限限长长度度的的时时间间记记录录之之外外变变为为零零，于于是是波波形不再有瞬变现象。形不再有瞬变现象。2、扫频超外差式频谱仪、扫频超外差式频谱仪外差式频谱分析仪外差式频谱分析仪核心部分如同一台外差式接收机，其框图如下图所示。外差式频谱分析仪具有频率范围宽、灵敏度高、频率分辨力可变等

35、优点，是频谱仪中数量最多的一种，高频频谱仪几乎全部采用外差式。图 外差式频谱分析仪的构成框图外差式频谱仪的组成 主要包括输入通道、混频电路、中频处理电路、检波和视频滤波等部分。外外外外差差差差式式式式频频频频谱谱谱谱分分分分析析析析仪仪仪仪频频频频率率率率范范范范围围围围宽宽宽宽、灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高、频频频频率率率率分分分分辨辨辨辨率率率率可可可可变变变变，是是是是目目目目前前前前频频频频谱谱谱谱仪仪仪仪中中中中数数数数量量量量最最最最大大大大的的的的一一一一种种种种。由由由由于于于于被被被被分分分分析析析析的的的的频频频频谱谱谱谱依依依依次次次次被被被被顺顺顺顺序序序序采采采采

36、样样样样，因因因因而而而而不不不不能能能能进进进进行行行行实实实实时时时时分分分分析析析析。这这这这种种种种分分分分析析析析仪仪仪仪只只只只能能能能提提提提供供供供幅幅幅幅度度度度谱谱谱谱，不不不不能能能能提提提提供供供供相位谱。相位谱。相位谱。相位谱。输入通道（续3）多级混频 高高中中频频很很难难实实现现窄窄带带带带通通滤滤波波和和性性能能良良好好的的检检波波，需需要要进进行行多多级级变变频频（混混频频）处处理理。第第一一混混频频实实现现高高中中频频频频率率变变换换，再再由由第第二二、三三级级甚甚至至第第四四级级混混频频将将固固定定的的中中频频逐逐渐渐降降低低。每每级级混混频频之之后后有有相

37、相应应的的带通滤波器抑制高次谐波交调分量。带通滤波器抑制高次谐波交调分量。FFT分析仪与外差式频谱分析仪 FFTFFT分分析析仪仪比比外外差差式式频频谱谱仪仪测测量量速速度度快快。外外差差式式频频谱谱仪仪的的测测量量速速度度受受限限于于分分辨辨率率带带宽宽，在在较较低低频频段段区区分分紧紧邻邻的的谱谱线线需需要要很很窄窄的的RBWRBW，因因此此导导致致扫扫描描时时间间可可能能会会长长到到无无法法忍忍受受。而而FFTFFT分分析析仪仪的的速速度度仅仅取取决决于于量量化化和和FFTFFT计计算算所所需需的的时时间间，在在相相等等的的频频率率分辨率下，分辨率下，FFTFFT分析仪较外差式频谱仪快得

38、多。分析仪较外差式频谱仪快得多。由由于于FFTFFT分分析析仪仪需需使使用用高高速速ADCADC进进行行过过采采样样，可可分分析析的的频频率率范范围围受受限限于于A/DA/D器器件件的的速速度度，因因而而在在频频率覆盖范围上率覆盖范围上FFTFFT分析仪不及外差式频谱仪分析仪不及外差式频谱仪。FFT分析仪与外差式频谱分析仪（续）现现代代频频谱谱仪仪将将外外差差式式扫扫描描频频谱谱分分析析技技术术与与FFTFFT数数字字信信号号处处理理技技术术相相结结合合，兼兼有有两两种种技技术术的的优优点点：前前端端仍仍采采用用传传统统的的外外差差式式结结构构，而而在在中中频频处处理理部部分分采采用用数数字字

39、结结构构，中中频频信信号号由由ADCADC量量化化，FFTFFT则则由由通通用用微微处处理理器器或或专专用用数数字字逻逻辑辑实实现现。这这种种方方案案充充分分利利用用了了外外差差式式频频谱谱仪仪的的频频率率范范围围和和FFTFFT优优秀秀的的频频率率分分辨辨率率，使使得得在在很很高高的的频频率率上上进进行行极极窄窄带带宽宽的的频频谱谱分分析析成为可能，整机性能大大提高。成为可能，整机性能大大提高。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（2）时域法时域法（3）FFT频域法频域法（4）调幅（调幅（AM）信号测量方法的选择）信号测量方法的选择2、调频信

40、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，它们在窄带调频情况下，只有两个主要的边带，它们的幅度相对于载波幅度为的幅度相对于载波幅度为:(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(3)哈伯雷哈伯雷(Haberly)法法(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斜率检波解调法是将频谱仪设置在零扫宽的位置上位置上(SPAN=0Hz)，利用中频滤波器的斜率来解调，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，即信号的。如果信

41、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，幅度上没有变化。如果调节频谱仪中心一根直线，幅度上没有变化。如果调节频谱仪中心频率，使得信号位于中频滤波器的斜边上，任何频频率，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，因此得到解调波形。这种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方法对测量非正弦调制(如噪声、音频、数字调制如噪声、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。(5)调频调频(FM)信号测量方法的选择信号测量方法的选择3、脉冲调制信号分析、脉

42、冲调制信号分析(1)窄带测量窄带测量(2)宽带测量宽带测量4、复合信号频谱分析、复合信号频谱分析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