第六章-频域测量PPT课件

.,1,第六章频域测量,.,2,第六章频域测量,第一节概述第二节扫频分析仪第三节多频测量第四节白噪声在线性系统测试中的应用第五节信号的频谱分析,.,3,第一节概述,频域特性的基本测量方法，取决于加到被测系统的测试信号。正弦波点频法正弦波扫频法素数正弦波法伪随机信号法,.,4,第一节概述,点频法：“逐点”（频率点）测量幅频或相频特性的方法。,.,5,第一节概述,测量过程：将正弦信号源接入被测电路输入端，由低到高不断改变信号源频率，信号源电压不应超过被测电路的线性工作范围，用测量仪器在各个频率点上测出输出信号与输入信号的振幅比和相位差，以f为横坐标，以振幅比（或相位差）为纵坐标，就可以逐点描绘出被测电路的频率特性曲线。,.,6,第一节概述,正弦波点频法是经典测量方法，属于静态测量。优点：原理简单，所需设备也不复杂；缺点：操作费时，并且由于频率离散而不连续，容易漏掉某些特性突出点。,.,7,第一节概述,扫频法：使正弦信号的频率随时间按一定规律在一定范围内反复扫动，进而测量电路频率特性的方法。属于动态测量。频率扫动的正弦信号，称“扫频信号”。,.,8,第一节概述,素数正弦波法：为了克服线性系统中非线性失真的影响可进行快速频率特性分析,.,9,第一节概述,正弦测量技术的理论基础：在正弦信号激励下的线性系统，其输出响应是具有与输入相同频率的正弦波，只是幅值和相位可能有所差别。,.,10,第一节概述,伪随机信号法：模拟白噪声，完成广谱快速测量。,.,11,第二节扫频分析仪,频率特性分析仪基本概念：扫频时间：频率从一个规定值变化到另一个规定值的时间间隔，两个规定值是扫频宽度的两个极限值。扫频宽度：扫频所覆盖的频率范围内的最高频率与最低频率之差。,.,12,第二节扫频分析仪,中心频率：位于显示频谱宽度中心的频率。全扫频：是一种工作模式，按该模式工作时，扫频仪扫描一个规定的完整频段。窄扫频：也是一种工作模式，按该模式工作时，扫频仪扫描一个规定的部分频段。,.,13,第二节扫频分析仪,频偏（正弦波调制）：指在调频波中的瞬时频率与中心频率之间的差值。灵敏度：指偏转灵敏度。是在有效显示屏幕内显示信号能力的额定因数。以mV/cm或mV/div为单位。调制非线性：指在屏幕有效显示平面内产生的频率线性误差。在屏幕上表现为扫描信号的频率分布不均匀。,.,14,第二节扫频分析仪,分类：按组成形式划分有显示器的无显示器的：扫频信号发生器,.,15,第二节扫频分析仪,按用途划分通用扫频仪；专用扫频仪；宽带扫频仪；阻抗图示仪；微波综合测试仪。,.,16,第二节扫频分析仪,按频率划分低频扫频仪；高频扫频仪；电视扫频仪。,.,17,第二节扫频分析仪,扫频源：能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发生器或扫频信号源，简称扫频源。,.,18,第二节扫频分析仪,典型的扫频源应具备三方面功能：产生扫频信号；产生同步输出的扫描信号；产生同步输出的频率标志。扫频分析仪由扫频源及显示器组成。,.,19,第二节扫频分析仪,扫频仪工作原理：按显示原理可分为光点扫描式光栅增辉式,.,20,第二节扫频分析仪,光点扫描式,.,21,第二节扫频分析仪,光栅增辉式在长余辉示波管屏幕产生与频率有关的暗光栅，屏幕上所显示的曲线是通过相应的增辉脉冲在每条暗光栅的不同高度上产生的亮点构成，只要暗光栅足够多，则大量光点就可连成一条曲线，形成幅频特性曲线。可以显示电子电平和频率刻度线，故测量准确度较高,.,22,第二节扫频分析仪,扫频部分相当于一个信号源，功能在于产生一个等幅的、波形失真小的、频率随时间线性变化的信号电压。,.,23,第二节扫频分析仪,获得扫频信号的方法：机械扫频电抗管扫频变容二极管扫频磁调制扫频MHz级YIG扫频GHz级,.,24,第二节扫频分析仪,变容二极管处于反向偏置时，结电容会随外加电压大小而变化。利用变容二极管作为振荡回路电容的一部分，并将调制电压以反向电压形式加于变容管两端，即可实现扫频振荡的目的。,.,25,第二节扫频分析仪,对扫频信号的基本要求：具有足够宽的扫频范围良好的扫频线性振幅的平稳性好,.,26,第三节多频测量,多频测量：是利用多频信号作为测试信号的一种频域测量技术。多频信号：一个离散频率的正弦波集合。,.,27,第三节多频测量,Ai：第i个正弦波的幅度i：第i个正弦波的初相角hi：第i个正弦波的角频倍乘数1：基波角频,.,28,第三节多频测量,素数正弦波法：选择从3开始的若干个素数倍最小角频的正弦信号合成波作为测试信号。hi：从3开始的若干个素数把此信号加在被测网络的输入端，并检测被测网络输出信号在素数倍基频频率点的频谱，与输入进行比较之后即可得到被测网络的频率特性。,.,29,第三节多频测量,采用从3开始的素数正弦波作为测试信号，可以抑制被测系统非线性对测量结果的影响。,.,30,第三节多频测量,分析：频率较低的素数正弦波由于网络非线性产生的高次谐波，不会与频率较高的素数正弦波频率相同系统非线性产生的互调失真的和频和差频信号不会是素数正弦波。,.,31,第三节多频测量,多频测量速度快，可以微型计算机为基础组成快速频率特性测试系统，实现频域测量自动化。,.,32,第四节白噪声在线性系统测试中的应用,噪声作为一种测试信号，适用于模拟被测系统的实际工作状态。,.,33,第四节白噪声在线性系统测试中的应用,高斯白噪声：概率密度函数是高斯型的（服从正态分布）功率谱密度是平坦的。,.,34,第四节白噪声在线性系统测试中的应用,主要应用领域：多路通信中的白噪声测试目的在于估计系统内交调失真和其它信道中通话而引起电话信道内的寄生背景噪声。,.,35,第四节白噪声在线性系统测试中的应用,非线性失真的动态测量利用白噪声来模拟实际工作状态的动态测试，能够较真实地反映系统产生非线性失真的程度。,.,36,第四节白噪声在线性系统测试中的应用,估测系统工作性能利用白噪声作为测试信号得到系统的冲激响应h(t)，然后利用一个线性系统的冲激响应h(t)与频率响应之间的关系是一对傅里叶变换，求得系统的频率特性。,.,37,第五节信号的频谱分析,时域分析：研究信号的瞬时幅度u与时间t的关系频域分析：研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系,.,38,第五节信号的频谱分析,时域与频域的关系,.,39,第五节信号的频谱分析,信号频谱分析的内容对信号本身的频率特性分析对线性系统非线性失真的测量,.,40,第五节信号的频谱分析,频谱分析仪就是使用不同方法在频域内对信号的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪器。,.,41,第五节信号的频谱分析,多通道滤波式频谱分析仪,.,42,第五节信号的频谱分析,优点：实时性好缺点：需要大量的滤波器分辨力和灵敏度不高,.,43,第五节信号的频谱分析,扫频外差式频谱分析仪,.,44,第五节信号的频谱分析,扫频振荡器受锯齿波扫描电压调制。当其频率fw在一定范围内扫动时，输入信号的各个频率分量fx在混频器中与fw产生差频f0=fx-fw，它们依次落入中频放大器的通带内，被滤波器选出并经检波器加到示波管的垂直偏转系统。由于示波管的水平扫描电压就是调制扫频振荡器的电压，故水平轴已变成频率轴，屏幕上显示出输入信号的频谱图。,.,45,第五节信号的频谱分析,优点：频率范围宽、灵敏度高、频率分辨率可变缺点：实时性稍差,.,46,第五节信号的频谱分析,式频谱分析仪数字式频谱仪优点：电路结构较简单测量速度比外差式频谱仪快缺点：在频率覆盖范围上不及外差式频谱仪,.,47,第五节信号的频谱分析,频谱仪的工作特性:频率分辨力是指频谱仪能区分的最小谱线间隔，表征了频谱仪辨别两个很接近的频率分量的能力。定义静态幅频特性曲线的3dB带宽为“静态分辨力Bq”，而在扫频工作时的动态幅频特性曲线的3dB带宽为“动态分辨力Bd”,.,48,第五节信号的频谱分析,扫频宽度和分析时间扫频宽度又称“分析谱宽”，其含义是频谱仪在一次测量分析过程中（即一个扫描正程）显示的频率范围。所谓“全景频谱仪”，就是指扫频宽度很宽，便于观测信号频谱的全貌。分析时间：完成一次频谱分析所需的时间。实际上就是一次扫描正程的时间，故又称扫描时间。扫频速度：扫频宽度与分析时间之比。,.,49,第五节信号的频谱分析,频谱仪的正确使用扫频宽度的选择扫频宽度是根据被测信号的频谱宽度来选择的。带宽Bq的选择静态分辨力Bq的选择应根据扫频宽度来进行。,.,50,第五节信号的频谱分析,一般可参考下列范围：扫频宽