频率测量仪器PPT课件

1、6.1频率特性测试仪6.2频谱分析仪6.3傅立叶分析仪6.4扫描分光计6.5频谱分析仪在频域测试中的应用6.6谐波失真测量6.7调制测量6.8分光计的使用方法，第六章频域测量仪，本章重点介绍扫频信号的产生，扫频法测量电路的幅频特性曲线，扫频外差频谱显示技术的工作原理及应用，外差频谱分析仪的工作原理，第六章频域测量仪，6.1频率特性测试仪，扫频仪的主要参数：中心频率f0扫频偏移：f表示调频信号在f0 f内连续变化；扫频线性度：指扫频信号的频率变化规律与预定扫频规律的符合程度。频率标记：表示频率值的标记同时显示在幅频特性曲线上；扫频信号幅度：扫频器输出的等幅扫频信号的最大值。6.1.1概述、现场频

2、率测量方法和线性系统频率特性的经典测量方法只能将添加到被测线性系统的信号源的频率一次调整到某一频率点。依次设置并调谐到每个指定的频率点，分别测量每个点的参数，然后将每个点的数据连接成一条完整的曲线，从而得到频率特性的测量结果。获得的频率特性是静态的，不能反映信号的连续变化。测量频率点的选择对测量结果有很大的影响，尤其是一些特征曲线的突变点和异常点，由于频率点的选择不当或不充分，可能会被遗漏。6.1.2频率特性测量法、扫频测量法，频率源的输出可在测量所需的范围内连续扫描，因此可连续测量各频率点的频率特性结果，并可立即显示特性曲线。优点：扫频信号的频率不断变化，扫频测量得到的频率特性是动态频率特性

3、，不会遗漏细节。缺点：如果输入扫频信号的频率变化速度快于系统输出响应时间，则频率的响应幅度不够，扫频测得的幅度小于点频测得的幅度。6.1.3扫频测量技术、幅频特性扫频测量方法、u1示波器水平扫描信号、u2扫频信号，频率变化与扫描信号幅值变化同步。u3电路的输出信号反映了电路的幅频特性，u4检波器取出的包络信号的形状是被测电路的幅频特性曲线。1.扫频源的基本工作原理是，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。它不仅可以作为独立的测量信号发生器，还可以作为频率特性测量仪器的前端。扫频源的基本工作原理(续)典型的扫频源应具有以下三种功能：产生扫频信号(通常是等幅正弦波)；产生同步输出

4、扫描信号，可以是三角波、正弦波或锯齿波；用于产生同步输出的频率标记可以是等频率间隔的通用频率标记、专用于某一测试的专用频率标记和活动频率标记。2.扫频源的主要特点和扫频源通常的技术要求：在预定的频带内有足够的输出功率，且幅度稳定，可获得最大的动态范围；调频线性度好，有校正过的频率标记，从而确定带宽和点频率输出；为了最小化测量误差，扫频信号中的寄生振荡和谐波应该很小；扫频源输出的中心频率稳定，可任意调节。更宽的th振幅稳定性振幅稳定性是指在幅频特性测试中扫描仪表输出的扫描信号振幅的变化。理想情况下，频率扫描输出的频率扫描信号的幅度是恒定的。通常，寄生调幅系数m用来表示扫频信号的幅度稳定性。寄生调

5、幅系数越小，幅度稳定性越高。检查幅度稳定的寄生调幅系数，在有效区域内将扫描宽度调整到15MHz，转动中心频率旋钮找到扫描线下降最大的地方，记录最高点和最低点的高度，分别为a和b，如图所示。那么M是：M=，扫描速度(df/dt):扫描信号频率随时间的变化率。扫描信号发生器，被测电路，峰值检测器，扫描发生器，x，y，它主要由四部分组成：扫频信号发生器、放大显示电路、频率标志发生器和电源。1)磁调制扫频是一种利用非线性电感的调频方法，具有寄生调幅小、相对扫频宽度大、电路简单等优点。缺点是调制功率大，大多数采用电子管电路和市电作为调制信号。例如，磁调制扫频振荡器BT3(0300M)利用铁磁材料的磁导率

6、随外加磁场强度变化的特性来实现扫频。5。获得扫频信号的方法，磁调制扫频方法的原理图如下图所示，图(a)中L 2和C调谐回路的谐振频率f0为0，公式(6-1)中的L 2为缠绕在高频磁芯MH上的线圈的电感，因此如果L 2可以被时基系统产生的扫描信号改变，那么谐振频率也会改变。根据电磁理论，带磁芯的线圈的电感和磁芯的磁导率均为0。正比：L2=0L (6-2)，其中L是空心线圈的电感。由于高频磁芯MH连接到低频磁芯M1的磁路，所以缠绕在M1上的线圈中的电流是交流和DC的扫描电流，如图(6-8b)所示。当扫描电流随时间变化时，磁芯的有效磁导率也随之变化。从等式(6-1)和(6-2)可以看出，扫描电流的变

7、化导致L2和谐振频率f0的变化，从而实现“频率扫描”。2)。变容二极管扫描频率的等效电路如图所示，V，零偏置电压下变容二极管的电容。PN结内置电位差，硅管=0。6v的电容指数取决于PN结中杂质浓度的分布。对于突变结变容二极管，势垒电容与外加电压之间的关系：工作原理：基于PN结反向偏置时结电容与偏置电压相关的原理。振荡电路由变容二极管、扫描信号、阻断电容、偏置电压、连接振荡器、变容扫描振荡器组成。优点：电路简单，频率偏移宽，调制信号几乎无功耗。它通常用于晶体管扫频器。变容二极管法的基本思想是利用变容二极管作为振荡电路中的电容，利用扫描锯齿波的电压来控制变容二极管两端的电压，使其电容随之变化，从而

8、使振荡频率随扫描锯齿波的电压而变化，实现调频。图6-9(a)显示了BT3C频率特性测试仪的扫描振荡器电路。图6-9(b)是等效电路。振荡电路是一种改进的电容三点振荡电路。因为电感L是固定的，所以其振荡频率主要由变容二极管的结电容决定。图6-9是扫频法的原理图，在两个变容二极管V1和V2的中点加入扫描锯齿波电压，控制结电容的变化，使扫频振荡器的频率随锯齿波电压的变化而变化。锯齿波电压的幅度可以改变扫描宽度，即改变扫描振荡器的频率偏移。Changin图6-9变容二极管扫频仪的扫频方法、组成及原理示意图、变容二极管扫频发生器，扫频良好的线性集电极结面积大于发射极结面积。扫频范围可调，实用性强；扫描信

9、号的幅度稳定性较好。6。幅度稳定电路，7。输出衰减器由两组组成：一组为粗衰减器，采用10dB或20dB步进模式；一组是微调衰减器，采用1dB或2dB步进模式。总衰减可达70dB以上，衰减分贝数显示在衰减显示屏上。8。频率标记，是扫频测量中的频率校准。产生频率标准的基本方法是差频法，通过差频法可以产生一个或多个频率标准，频率标准的数量取决于与扫频信号混合的参考频率的分量。所用频率基准的频率稳定性和精度相对较高。频率标准幅度应基本一致、整齐，不包括杂波频率和泄漏扫频信号。为了满足不同的显示和测量需要，电路延迟应尽可能小，以减少频率校准误差。频率标准信号产生电路用于产生带有频率标记的图形，从而可以在

10、屏幕上直接读出某一点的频率值或某一曲线的频率范围。频率标准信号通常采用差频法频率标记：用于频率值校准。频率标记主要有四种方法(模拟法):差频法、电压比较法、吸收法和选频法。差频法：形成菱形频率标准，适用于高频扫频。(频率标准宽度)、扫描信号、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，图6-14菱形频率标准显示图，9。被测电路是频率扫描仪测试的对象，不属于频率扫描仪。扫频信号施加到被测电路，探测器探头(如果被测电路具有探测功能，使用非探测器探头，具有幅频响应的信号直接发送到Y轴电路。对被测电路的输出信号进行峰值检测，并将检测到的信号送入示波器的Y轴电路。信号的幅值变化正好

11、反映了被测电路的幅频特性，所以被测电路的幅频特性曲线可以在屏幕上直接观察到。10.探头频率扫描仪随机配备两条输出电缆(即两条输出探头)和两条输入电缆(即两条输入探头)。输出探针包括开路探针和匹配探针，而输入探针包括检测探针和非检测探针。应根据被测电路的输入阻抗和电路功能选择探头。6 . 1 . 3 BT-3C BT-3C频谱特性测试仪和BT-3C频率扫描仪的主要技术参数可在1300兆赫范围内任意调整。扫描宽度：最大频偏为15兆赫兹，最小频偏为0.5兆赫兹；扫描频率的非线性系数：小于10%(扫描频率偏差在15兆赫以内)；输出扫描信号电压：大于0.5V(有效值)；输出阻抗：7520%。频率标准信号

12、：1兆赫兹/10兆赫兹，50兆赫兹，外部连接。扫频信号衰减：粗衰减，10dB7级；精细衰减，19dB步长；寄生调幅系数：小于7%(扫描频率偏差在15兆赫以内)；探测器性能：输入电容不大于5pF，最大允许直流电流为300V；示波部分的垂直输入灵敏度大于250毫伏。原理框图由五部分组成：扫频信号发生电路、频率标准信号形成电路、扫描显示电路、衰减显示电路和电源电路。，面板控制描述，1电源按钮2亮度旋钮3 X位移旋钮4 X振幅旋钮5精细衰减按钮6衰减指示屏幕7 Y输入端口8 Y位移旋钮9扫描输出端口10 Y增益旋钮11 Y轴显示模式按钮12扫描模式按钮13频率标准模式按钮14扫描宽度旋钮15频率标准振

13、幅旋钮16粗略衰减按钮17中心频率调节旋钮按钮18， 外部频率标准输入接口19的屏幕，BT-3C频率扫描仪的操作方法，(1)电气性能的检查，扫描频率范围的检查，寄生调幅系数的检查，扫描频率非线性系数的检查，扫描频率输出电压的检查，(2)操作方法，接通电源，按下开关，预热15分钟，调整亮度进行电气性能检查。 输出和输入电缆应尽可能短。输出端有检测的被测电路不应有检测探头；当被测电路的输出端有DC时，应选择交流耦合；当被测电缆的输入端具有DC电位时，应在输出电缆上连接一个DC阻断电容。当需要特殊频率标准时，将“频率标准选择”放在外部连接上，并在“外部输入”处加上所需的信号电压(大于50mV)。“频

14、率扫描模式”位于“点频率”位置，频率偏移最小，因此频率扫描可用作通用信号发生器。6.2光谱分析仪，6.2.0概述，摄谱仪的工作原理，摄谱仪按其原理可分为数字摄谱仪和模拟摄谱仪，数字摄谱仪，6.2。1频谱分析的基本概念，广义而言，信号频谱是指构成信号的所有频率成分的总集合；在狭义上，随频率变化的振幅谱在一般频谱测量中通常称为频谱。频谱测量：在频域中测量信号的每个频率分量，以获得信号的各种参数。傅里叶变换是光谱测量的基础。频谱有两种基本类型：离散频谱(线性频谱)，每条谱线代表某一频率分量的幅度，每两条谱线之间的间隔相等。连续谱可以看作是谱线的无穷小区间，如非周期信号和各种随机噪声的谱。2.周期信号

15、的频谱特征是离散的：频谱是离散的，由无限的脉冲函数组成；谐波性：谱线只出现在基频的整数倍处，也就是说，谱线代表基波及其高次谐波分量的幅度或相位信息；收敛：各次谐波的幅值随着谐波频率的增加而减小。3.频谱函数F (j)是一个连续函数，也就是说，非周期信号的频谱是连续的。无论f (t)是实函数还是虚函数，振幅谱|F(j)|关于纵轴对称，相位谱e(j)关于原点对称。离散时域信号的傅里叶变换非周期离散时间序列的傅里叶变换定义为：频谱、快速傅里叶变换：一种实现离散傅里叶变换和时频域分析的非常快速有效的算法。离散时间序列的频谱是周期性的。如果离散时间序列是周期性的，频域中的频谱必须是离散的；如果离散时间序列是非周期性的，频域中的频谱必须是连续的。5.信号频谱分析技术，基于傅立叶分析，可以对不同频段的信号进行线性或非线性分析。信号频谱分析的内容：分析信号本身的频率特性，如测量振幅谱、相位谱、能量谱和功率谱，从而获得信号在不同频率下的振幅、相位和功率等信息；线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。6.2.2频谱分析仪的基本原理是利用不同的方法在频域测量和显示信号的电压、功率、频率等参数的仪器。通常有两种实现方法：快速傅立叶变换分析(实时分析)和非实时分析。快速傅立叶变换分析方法：对数字信号进行时域快速傅立叶变换适用于连续信号和