电子测量第9章.ppt

第9章频域测试技术 9 1概述 1 频域和时域的关系通常一个过程或信号可以表示为时间t的函数f t 还可以表示为频率f或角频率的函数s 在时域分析中 就以时间为自变量 以被观测信号 电压 电流 功率 为变量进行的分析 例如示波器就常用来观测信号电压随时间的变化 它是典型的时域分析仪器 在频域分析中 以频率为自变量 以各频率分量的信号值为因变量进行分析的 频谱分析仪则可对信号本身分析和对线性系统非线性失真系数的测量 通过频谱测量确定信号的谐波分量 了解信号的频谱占用情况 2 常用频域测试仪器 1 频率特性测试仪 2 频谱分析仪 3 选频电压表 4 调制域分析仪 5 相位噪声分析仪 6 数字信号处理机 9 2频率特性测试仪 频率特性测试仪简称扫频仪 是一种根据扫频测量法原理组成的分析电路频率特性的电子测量仪器 主要用于电路频率特性的测试 扫频仪能够直接在示波管的荧光屏上显示被测电路频率特性 与示波器不同的是 它的横坐标为频率轴 纵坐标为电平值 而且在显示图形上叠加有频率标志 可对电路幅频特性 带宽等进行定量测试 9 2 1频率特性基本测量方法 1 点频测试法2 扫频测试法3 多频测量法4 广谱快速测量法 9 2 2频率特性测试仪的工作原理 1 扫频信号发生电路 2 频标信号产生电路 9 2 3频率特性测试仪的主要技术指标 1 扫频非线性系数k2 扫频宽度3 扫频信号的寄生调幅系数4 稳定性5 扫频信号电压6 频率标记7 输出阻抗 9 2 4频率特性测试仪的主要应用 1 使用前的检查 1 通电预热10分钟左右 调好辉度和聚焦 扫描线应明亮平滑 2 极性开关 和AC DC设定 3 将频标选择开关置于合适档位 通过调节频标幅度旋钮 使其大小合适 4 进行零频标点的调试 5 进行0dB校正 2 频率特性测试仪面板和主要控键示意图 3 使用注意事项 1 扫频仪与被测电路连接时 必须考虑阻抗匹配问题 2 在显示幅频特性曲线时 如发现图形有异常曲折 则表明电路有寄生振荡 这时应先采取措施消除自激 如降低放大器增益 改善接地线或加强电源退耦滤波等 3 测试时 输出电缆与检波头的地线应尽量短 切忌在检波头上加长导线 4 频率特性仪测试实例 频率特性测试仪可用于可测定无线电设备 如宽带放大器 雷达接收机的中频放大器 高频放大器 电视机的公共通道 伴音通道 视频通道以及滤波器等有源和无源四端网络 的频率特性 1 电路幅频特性的测试 2 电路参数的测量 电路幅频特性的测试连线图 9 3频谱分析仪 频谱分析仪主要用于分析信号中所包含的频率成分 即分析信号的频谱分布 频谱仪采用滤波 跟踪锁相或快速傅立叶变换等技术 利用一个或多个微处理器进行控制 误差修正和数据处理 是一种工作频率范围极宽 分辩力极高 用途极广的一大类仪器 有高频 万用表 之称 9 3 1频谱分析的基本概念 1 频谱分析通常将合成信号的所有正弦波的幅度按频率的高低依次排列所得到的图形称为频谱 频谱分析就是在频率域内对信号及特性进行描述 傅立叶变换把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加 完成信号由时间域转换到频率域的过程 变换的结果即为幅度频谱或相位频谱 2 示波测试与频谱分析的特点 示波器和频谱仪都可用来观察同一物理现象 两者所得的结果应该是相同的 但由于两者是从不同角度去观察同一事物 故所得到的现象只能反映事物的不同侧面 因此 从测量的观点看 这两类仪器各有特点 使用时应注意选择 3 获取频谱的基本方案 最基本的方法是用一系列带宽极窄的滤波器滤出被测信号在各个频率点的频谱分量 这种同时并行作业的测量方式 称为同时分析 还可由电子开关轮流把各个滤波器的输出接到一个公用的检波 放大 显示去 这是顺序分析的方法 用一个可调的窄带滤波器来代替上述的一系列滤波器 使得顺序分析方案简化 使用扫频外差接收机 9 3 2频谱分析仪的工作原理 1 滤波式频谱分析 2 计算法频谱分析 9 3 3常用频谱分析仪介绍 1 并行滤波实时频谱仪 2 档级滤波器式频谱分析仪 3 扫描式频谱分析仪 4 外差式频谱分析仪 5 数字滤波式实时频谱仪 6 时间压缩式实时分析仪 又称为模拟数字混合式频谱分析仪 时间压缩法先将信号记录后 以高倍率速度重放 这时整个信号的频谱也随之移向高频段 并展宽了同样的倍数 增大滤波器的带宽 自然提高了扫描速度 但这种分析方法是在一个时间区段内对信号进行谱分析 存在信号被截断而带来频谱泄漏 7 FFT分析仪 通过FFT方法计算DFT 即可得到信号的离散频谱 再经平方获得功率谱 它已成为低频频谱分析的主要方法 采用FFT作谱分析的仪器 一般都具有众多的功能 远远超出了频谱分析的范围 8 采用数字中频的外差式频谱分析仪 融合了外差扫描与数字信号处理 实时分析技术 频谱仪的中频部分 采用全数字技术 通过数字滤波和FFT的方法 使分辨力和分析速度都大为提高 另外 由于中频采用了数字技术 其输出亦为数字量 仪器的末级部分也采用数字功率测量来代替传统的各种方式的检波 从而使频谱分析仪的性能得到很大提高 9 3 4频谱分析仪的主要技术指标 1 频率范围2 扫频宽度3 扫描时间4 测量范围5 灵敏度6 分辨率7 动态范围 9 3 5频谱分析仪的应用 1 频谱分析仪的特性 1 覆盖频带宽 30Hz 325GHz 2 幅值范围宽 156dBm 30dBm 3 有供标量测量用的跟踪发生器 4 对小信号检测的灵敏度极高 5 极好的频率稳定性 6 频率和幅值分辨率高 7 具有数字解调能力 2 频谱分析仪的应用范围 1 测量正弦信号的绝对幅值和相对幅值 2 频率 寄生频率分量的绝对频率和相对频率 噪声和频率稳定度等参数 2 测试调幅 调频 脉冲调幅等调制信号 3 测试脉冲噪声 4 测试瞬变信号 5 测试线性网络和非线性网络的幅频特性 非线性失真 增益或衰减等参数 6 进行电磁兼容性 EMC 的测试 3