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1、电子测量技术,第六章 频域测量,电子测量技术,6.1 扫频仪,什么是线性系统的频率特性？,频域中的两个基本测量问题,信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成 线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成,电子测量技术,6.1 扫频仪,点频测量法线性系统频率特性的经典测量法 每次只能将加到被测线性系统的信号源的频率调节到某一个频点。依次设置调谐到各指定频点上，分别测出各点处的参数，再将各点数据连成完整的曲线，从而得到频率特性测量结果。 所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化； 测量频点的选择对测量结果有很大影响，特别对某些特性曲线的锐变部分以及失常点，可能会因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。
2、,幅频特性测量,电子测量技术,6.1 扫频仪,频率源的输出能够在测量所需的范围内连续扫描，因此可以连续测出各频率点上的频率特性结果并立即显示特性曲线。 优点：扫频信号的频率连续变化，扫频测量所得的频率特性是动态频率特性，也不会漏掉细节。 不足：如果输入的扫频信号频率变化速度快于系统输出响应时间，则频率的响应幅度会出现不足，扫频测量所得幅度小于点频测量的幅度；电路中LC元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。,幅频特性测量,扫频测量法,电子测量技术,6.1 扫频仪,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
3、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； 当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化的方向一侧倾斜； 动态特性曲线较平缓，其3dB带宽大于静态特性曲线的3dB带宽；,小结：测量系统动态特性，必须用扫频法；为了得到静态特性，必须选择极慢的扫频速度以得到近似的静态特性曲线，或采用点频法。,电子测量技术,6.2 扫频仪工作原理,扫频源,1 扫频仪电路工作原理,电子测量技术,6.2 扫频仪工作原理,2 扫频源,典型的扫频源应具备下列三方面功能： 产生扫频信号（通常是等幅正弦波）； 产生同步输出的扫
4、描信号，可以是三角波、正弦波或锯齿波等； 产生同步输出的频率标记，可以是等频率间隔的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频标。,电子测量技术,扫频单元,6.2 扫频仪工作原理,电子测量技术,频标单元,频率标记是扫频测量中的频率定度 。产生频标的基本方法是差频法，利用差频方式可产生一个或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的基准频率的成分。,6.2 扫频仪工作原理,电子测量技术,菱形频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对基准频率进行限幅、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。 脉冲频标 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
5、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。 线形频标 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。,6.2 扫频仪工作原理,频率标记的种类,电子测量技术,6.2 扫频仪工作原理,单一频标产生的工作原理,电子测量技术,6.2 扫频仪工作原理,多个频标产生的工作原理,电子测量技术,6.2 扫频仪工作原理,多个菱形频标波形图,电子测量技术,Y通道单元,6.2 扫频仪工作原理,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,1 时域和频域的关系,时域由信号随时间的变化情况表征 频域由信号包含的频率分量，即频谱分布情况描述,相互间关系：有确切的内部关系为一傅氏变换对,电子测量技术
6、,6.3 频谱分析仪工作原理,信号的时域与频域描述图,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,2 频谱分析仪的分类,非实时频谱分析仪,实时频谱分析仪,工作原理,多通道（信道）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（FFT）式,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,实时频谱仪和非实时频谱仪 实时分析应达到的速度与被分析信号的带宽及所要求的频率分辨率有关。一般认为，实时分析是指在长度为T的时段内，完成频率分辨率达到1/T的谱分析；或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时分析的最大带宽。 在一定频率范围数据分析速度与数据采集速度相匹配，不发生积压现象，这样的分析就是实时的
7、；如果待分析的信号带宽超过这个频率范围，则是非实时分析。,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,基本框图,3 工作原理,用很多窄带滤波器把各频率分量滤出,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,并行滤波法,每个滤波器之后都有各自的检波器，无需电子开关切换及检波建立时间，因此速度快，能够满足实时分析的需要。但是可显示的频谱分量数目取决于滤波器的数目，所以需要大量的滤波器。,多通道（信道）滤波式,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,顺序滤波法,由多个通带互相衔接的带通滤波器和共用检波器构成。用多个频率固定且相邻的窄带带通滤波器阵列来区分被测信号的各种频率成分，因此得以全面记录被测信号。
8、,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,特点：顺序分析，硬件少。 可调BPF通常调谐频率范围不宽。 目前只用于窄带频谱分析。,扫描滤波法,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,外差扫频式,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,FFT型实时频谱仪,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,扫频超外差式频谱仪,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,5 技术性能指标,输入频率范围 频谱仪能正常工作的最大频率区间，由扫描本振的频率范围决定。现代频谱仪的频率范围通常可从低频段至射频段，甚至微波段，如1KHz4GHz。 频率扫描宽度（Span） 另有分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等不同
9、叫法。通常根据测试需要自动调节，或人为设置。扫描宽度表示频谱仪在一次测量（也即一次频率扫描）过程中所显示的频率范围，可以小于或等于输入频率范围。,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,扫描时间（Sweep Time，简作ST） 即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间，也叫分析时间。通常扫描时间越短越好，但为保证测量精度，扫描时间必须适当。与扫描时间相关的因素主要有频率扫描范围、分辨率带宽、视频滤波。 现代频谱仪通常有多档扫描时间可选择，最小扫描时间由测量通道的电路响应时间决定。,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,相位噪声/频谱纯度 相位噪声简称相噪，是频率短期稳定度的指标
10、之一，反映了极短期内的频率变化程度，表现为载波边带，所以也称边带噪声。通常用在源频率的某一频偏上相对于载波幅度下降的dBc数值表示，如在9KHz频偏处90dBc。 相噪由本振信号频率或相位不稳定引起，还与分辨率带宽有关：RBW减小，相噪相应降低。有效设置频谱仪参数可使相噪达到最小，但无法消除。相噪也是影响频谱仪分辨不等幅信号的因素之一。,电子测量技术,6.3 频谱分析仪工作原理,动态范围（Dynamic Range） 即同时可测的最大与最小信号的幅度比。动态范围受限于输入混频器的失真特性、系统灵敏度和本振信号的相位噪声，其上限由频谱仪的非线性失真决定。 灵敏度/噪声电平 频谱仪在特定的分辨率带宽下，或归一化到1Hz带宽时的本底噪声，常以dBm为单位。灵敏度指标描述了频谱仪在没有输入信号时因内部噪声而产生的读数，常用最小可测的信号幅度来代表，数值上等于显示平均噪声电平（DANL）。,
