电子测量与仪器课件 第五章 频域测量与仪器1

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1、频域测量与仪器 第5章 第5章 频域测量与仪器 频域测量仪器包括扫频仪、频谱仪等仪器 5.1 频率特性测试仪工作原理 5.1.1 频率特性测量方法 1.频率特性曲线:被测电路的幅频特性曲线， 2.测量方法:包括点频测量法和扫频测量法。 点频测量法即静态测量法 扫频测量法即动态测量法 3.如何产生扫频信号？ 4.如何读出频率特性曲线上每点对应的频率？ 1 频域测量与仪器 第5章 点频测量法即静态测量法 扫频测量法即动态测量法， 扫频 信号源 扫描 信号源 示波器 被测电路峰值检波探头 u1 u2 u3 u1 u4 X Y 图5.1 幅频特性的扫频测量原理框图 2 频域测量与仪器 第5章 5.1.

2、2 扫频仪工作原理 扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。 X放大器 扫描信号源 扫频信号源 被测电路 检波探头 Y放大器 频标信号 形成电路 混频器晶振 u2 u1 u1 u3 u4 u5 t t t t t u1 u2 u3 u4 u5 (b)(a) 图5.2 扫频仪组成框图及工作波形 3 频域测量与仪器 第5章 正程 回程 u(f) f u(f) f (a)(b) 图5.3 扫频仪扫描正程和扫描逆程的不重合 4 频域测量与仪器 第5章 5.1.3 产生扫频信号的方法 常用的是变容二极管组成的压控振荡器产生扫频信号。 L1 L2 R1 R2 C1 VD1 VD2 L3 R3 V

3、T1 +EC 调制信号 扫频信号 图5.4 变容二极管扫频振荡器原理图 5 频域测量与仪器 第5章 5.1.4 频标产生电路 扫频仪采用在幅频特性曲线上叠加频标的方法进 行频率标度，包括菱形频标和针形频标两种，一般由差频电路产生。 标准信号源谐波信号源 扫频信号源被测电路检波探头 频标 混频 低通滤波 Y 放 大 器 (b) (a) 图5-5 菱形频标产生原理 fS fS1、fS2、fS3、fS4、fS5 fS1fS2fS3fS4fS5 fS1fS2fS3fS4fS5 6 频域测量与仪器 第5章 5.1.5 技术指标 1. 有效扫频宽度和中心频率 有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳性能符合要

4、求的 前提下，一次扫频能达到的最大的频率覆盖范围，即 f=fmaxfmin 式中，f为有效扫频宽度；fmax为扫频最高频率；fmin为扫频最 低频率。 扫频信号中心频率f0定义为 f0=(fmax+fmin)/2 相对扫频宽度定义为有效扫频宽度与中心频率之比，即 7 频域测量与仪器 第5章 2. 扫频线性 扫频线性是指扫频信号瞬时频率的变化和调制电压瞬时 值变化之间的吻合程度，吻合程度越高，扫频线性越好。 3. 振幅平稳性 在幅频特性测试中，必须保证扫频信号的幅度恒定不变 。扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生 调幅越小，振幅平稳性越好。 8 频域测量与仪器 第5章 5.2 AH

5、1254B型宽频带扫频仪 由晶体管及集成电路组成，其主要特点是：扫频宽度 和中心频率均可在1300MHz内连续调节；设置有直流电源输 出，以方便对VHF频段高频头的测试；具有点频信号输出，可 作为一般信号发生器使用 5.2.1 性能指标 （1）中心频率： 1300MHz内连续调节。 （2）扫频频偏 Fmin1MHz，Fmax300MHz。 （3）扫频非线性系数 扫频频偏在40MHz内不大于5%。 （4）扫频信号输出电压： 不小于250mV。 9 频域测量与仪器 第5章 （5）扫频信号输出阻抗：75 （6）寄生调幅系数 频偏在40MHz内不大于5%，300MHz内不大于10%。 （7）输出衰减：

6、10dB6，1dB10步进。 （8）频标 1MHz、10MHz（复合），50MHz及外接。 （9）Y轴输入衰减：分1、10、100三挡。 （10）Y轴输入灵敏度 ：4mV/div。 （11）辅助电压输出 +12V（0.5A），AGC时06V可调，AFT时012V可调。 （12）38MHz输出电压：不小于100mV。 10 频域测量与仪器 第5章 定频 振荡器 混频器 扫频 振荡器 稳幅 放大器 宽带 放大器 衰减器 Y轴 放大器 线性频率 变换器 高频电压 产生器 频标 发生器 X轴 放大器 CRT 方波、三角波 发生器 电源 变压器 稳压 电源 38MHz 信号发生器 扫频输出 Y轴输入 图

7、5.6 AH1254型宽带扫频仪原理框图 38MHz 输出 15V、12V +18V、+24V +40V 5.2.2 工作原理 11 频域测量与仪器 第5章 5.2.3 面板结构图 图5.7为AH1254B型扫频仪前面板结构图 图5.7 AH1254B型扫频仪前面板图 1112131415161718 12 频域测量与仪器 第5章 5.2.4 扫频仪的检查、校正及使用 1. 扫频仪的检查、校正 仪器使用之前检查电源电压，电源亮度旋钮拉出 时接通电源。 调节辉度、聚焦旋钮，以得到足够的亮度和细的 扫描线，并选择合适的输入极性“+、”和AC、DC耦合方式 。 检查仪器内部频标部分，选择频标1MHz

8、、10 MHz或50MHz，此时扫描基线上呈现频标信号，调节频标幅 度旋钮可以均匀地调节频标幅度。 检查扫频范围。将“频标选择”置于50，频标幅度调至 适当位置，即对应于荧光屏的中心位置，旋转“中心频率”旋 钮时，扫频信号中心频率的移动范围应能在1300MHz内连 续变化。 13 频域测量与仪器 第5章 频偏的检查。“频标选择”仍置于50，“频率偏移”旋钮 由最小旋至最大，频偏量应能在1300MHz内连续变化。 检查扫频信号寄生调幅系数。将连接“射频输出”端的 电缆与连接“Y轴输入”端的检波探头对接，“粗衰减”及“细衰 减”均置于0，“Y轴衰减”置于1，调节“Y轴增益”旋钮，使荧光 屏上显示出

9、高度适当的矩形方框，如图5.8所示，设方框最大 值为A，最小值为B，则寄生调幅系数为： 14 频域测量与仪器 第5章 对应不同的扫频频偏，在整个 频段内m应满足技术性能中规定的要 求。 检查扫频信号的非线性系 数。仍按上述连接方法连接，“中心 频率”处任意位置，调节频率偏移旋 钮使频偏在40MHz以内，读出在中 心频率f0两边频偏量f相等的水平距 离，如图5.9所示，记下偏离f0的最 大距离A、最小距离B，则非线性系 数为： A B 图5.8 扫频信号寄生调幅 AB 图5.9 扫频信号非线性 f0f0ff0+f 15 频域测量与仪器 第5章 检查扫频输出电压。将后面板上的工作选择开关置于“ 点

10、频”位置，调节频率偏移旋钮使频偏最小，将超高频毫伏表 经75电缆接至射频输出端，此时整个频段内其输出电压应不 小于250mV。 2. 使用方法及注意事项 （扫频仪检查、校正之后） 测试时注意输出、输入电缆和输入检波探头的接线尽 量短，探头探针不应再接另外接线。 测试带有检波输出的被测设备时，可直接用输入电缆 连接到Y轴输入端。如果被测设备带有直流电位，Y轴输入应 选择AC耦合方式，以免损坏仪器。 如需要特殊的频率标记，可选择外频标，在外频标插 座上加上所需的频率信号，此信号应大于50mV有效值。 16 频域测量与仪器 第5章 5.2.5 扫频仪的应用 扫频仪的应用很广泛，尤其在无线电、电视、雷

11、达及通 信等领域内的应用更加普遍。BT-3C型扫频仪的应用举例如下 ： 1.电路幅频特性的测量 按图5.10所示连接扫频仪与被测电路，并根据被测电路的 工作频率及测试条件，调节扫频仪面板上有关开关旋钮，如“ 中心频率”、“输出衰减”等，则可在荧光屏上获得被测电路的 幅频特性曲线。 BT-3C型扫频仪的输出特性阻抗为75，如果被测电路的 输入阻抗也为75，可以用同轴电缆将扫频信号输出端连接到 被测电路输入端。否则，应在两者之间加阻抗匹配电路。 17 频域测量与仪器 第5章 2.电路参数的测量 根据显示的幅频特性曲线 （1）增益：调节好幅频特性后，用粗、 细调衰减器控制扫频信号电压幅度， 使其符合

12、电路要求的输入信号幅度， 注意衰减器的总衰减量应不大于放大 器设计的总增益。若显示器的幅频高度 为H，输出衰减为B1（dB），将检波探头与扫频输出端短 接，改变“输出衰减”，使幅频高度仍为H，此时输出衰减的读数 若为B2(dB)，则该放大器增益为： A=(B2B1) (dB) 应当注意，在得到衰减量B1读数后，应保持扫频仪的 “Y轴增益”旋钮位置不变，否则，测量结构不准确。 被测电 路 图5.10扫频仪与被测电路的连接 扫频输出 Y轴输入 18 频域测量与仪器 第5章 （2）带宽 对于宽带电路，可以直接用扫频仪的内频标，方便 地显示和读出频率特性曲线的宽度，为了更准确地测量，有 时也使用外频标

13、。 对于窄带调谐电路，可以由图形曲线看出谐振频率f0，如 图5.11所示。使扫频仪输出衰减置于3dB处，调整Y增益，使 图形峰点与屏幕上某一水平刻度线（虚线AA）相切，然后使 扫频信号输出电压增加3dB，则曲线与 虚线AA相交，两交点所对应频率即为 上下频率fH、fL。则带宽为： BW=fHfL AA fLfHf0 图5.11单调谐回路带宽的测量 19 频域测量与仪器 第5章 （3）回路Q值 电路连接如图5.10，在用外接频标测出回路的谐振频率f0和 fH、fL后，回路Q值的计算如下： Q=f0/BW 3.高频阻抗的测量 ：（1）输入阻抗和输出阻抗的测量 按图5.12(a)所示进行连接，图中R

14、P1、RP2为无感电阻。 测量时，先将RP1短路、RP2断开，调节扫频仪面板上的有关 开关旋钮，使屏幕显示的幅频特性曲线的高度为A格，如图5.12所 示。撤去RP1上的短路线，调节RP1直至荧光屏显示的曲线高度为 A/2格，则RP1的电阻即为被测电路的输入电阻。 将RP1重新短路，使曲线高度仍为A格，接通RP2并调节其值 直至曲线高度为A/2格，则RP2的电阻值即为被测电路的输出阻抗 。 20 频域测量与仪器 第5章 应当注意，当被测电路含有选频回路时，荧光屏上显示 的曲线将不可能是一条平坦直线，这时可在曲线上选取一个 参考点来测量，但所得的阻抗值是对该频率而言的。 Y轴 输入 扫频 输出 RP1 RP2 被测 网络 图5.12 测量输入、输出电阻的连接示意图 A A/2 （b）（a） 21 频域测量与仪器 第5章 （3）回路Q值 电路连接如图5.10，在用外接频 标测出回路的谐振频率f0和fH、fL后， 回路Q值的计算如下： Q=f0/BW 测量时，调节可变电阻RP直至荧光屏上显示的波形为一 平坦直线，此时RP的电阻值即为传输线的特性阻抗。 Y轴输入 扫频输出 RP 被测传输线 图5.13 测量传输线特性阻抗的连接示意图 22