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1、面向21世纪 高职高专系列教材,电子测量实训教程第2版 电子教案,主编 肖晓萍,机械工业出版社,目 录 第1章 绪论 第2章 误差分析和测量数据处理 第3章 常用电子测量仪器 第4章 示波测试和测量技术 第5章 电路元器件参数的测量 第6章 电子电路参数的测量 第7章 频域测量 第8章 数据域测量 第9章 自动测试系统,第7章 频域测量 本章重点 7.1 用傅立叶变换分析信号 7.1.1 信号的傅里叶变换 7.1.2 快速傅立叶变换 7.2 频谱分析仪 7.2.1 频谱分析仪的组成和基本原理 7.2.2 频谱分析仪的使用 7.3 网络分析仪 7.3.1 网络分析的基本概念 7.3.2 网络分析
2、仪的使用 7.4 实训 7.5 习题,本章重点 用傅立叶变换分析周期信号、非周期信号、离散信号 频谱分析仪的测量原理及使用 网络分析的概念 网络分析仪的使用,7.1 用傅立叶变换分析信号 7.1.1 信号的傅里叶变换 傅立叶变换是连续时间系统的频域分析方法，通过把连续时域信号转换为频域表示的线性变换，变换的结果可以产生描绘原信号所有频率分量的幅度谱和相位谱。,图7-1,例7-2 求指数函数 a0的频谱。 解：指数脉冲如图7-2（a）所示。,傅立叶变换为 频谱函数的模量为： 由此可得出指数脉冲的频谱如图7-2（b）所示。,如果信号的自变量和函数值都取连续值，则称为模拟信号或时域连续信号； 如果自
3、变量取离散值，而函数值取连续值，则称为时域离散信号，这种信号通常来源于对模拟信号的采样； 如果信号的自变量和函数值均取离散值，则称为数字信号，数字信号也可以说成是信号幅度离散化了的时域离散信号。,7.1.2 快速傅立叶变换,2.快速傅立叶变换（简称为FFT） 离散的傅立叶变换的快速算法，即快速傅立叶变换，其特点如下： 由有限长序列x(n)的DFT公式（7-8），每计算一个X（k）值，需要做N次复数乘法，N-1次复数加法，因此对所有N个K值，共需N2次复数乘法，以及N（N-1）次复数加法运算，当N1时，N（N-1）N2，可知，N点的DFT的乘法与加法运算次数均与N2成正比，当N较大时，运算是相当
4、可观的。例如，N=1024时，N2=1048576。 N点的DFT的复乘法次数等于N2，显然把N点DFT分解为n个较短的DFT，可使乘法次数大大减小，另外具有明显的周期性和对称性。 FFT算法就是不断地把长序列的DFT分解成n个短序列的DFT，并利用周期性和对称性来减少DFT的运算次数。,频谱分析仪可用于信号失真度、调幅度、频谱纯度和交调失真等信号参数的测量； 根据工作原理不同，频谱分析仪可分为数字式及模拟式两大类。 模拟式频谱仪中以扫频外差式频谱仪应用最多，扫频外差式频谱仪是按外差方式来选择频率分量。 扫频外差式频谱分析仪的原理框图图7-3,7.2 频谱分析仪 7.2.1 频谱分析仪的组成和
5、基本原理,7.2.2 频谱分析仪的使用 1.主要技术性能 2.仪器前面板图及其说明 HM5010型频谱分析仪面板装置如图7-4所示。 3.频谱分析仪的应用 （1） 信号失真度的测量 例如，某音频放大器对输入正弦信号Ui=Umsint进行放大，输出信号为UO，对UO进行频谱分析观察到如图7-5的频谱，谱线间隔恰为基波频率，则按定义式 (6-5)可计算出输出信号失真度。,图7-6(a),图7-6(b),网络分析是对通信、有线电视等较复杂系统中所用元件和电路的电气性能进行测量的过程。 网络分析是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响，来精确表征线性系统特性的一种方法
6、。 任何通信系统中，都必须考虑信号失真的影响。 如果在某一滤波器中通过相同的方波输入信号仅造成第3次谐波的相位倒置，而维持谐波幅度不变，则输出波形将更呈现出脉冲特征。如图7-7所示。,7.3 网络分析仪 7.3.1 网络分析的基本概念,非线性网络，如饱和、串扰、互调及其他非线性影响都能够导致信号失真。 例如，当放大器被过激励时，非线性器件由于放大器饱和而使输出信号限幅，输出信号不再是一个纯正的正弦信号，在输入频率的各个倍频位置处存在谐波。无源器件在高功率电平上也可能呈现非线性特性。 网络分析仪利用合成频率源来提供大量有关被测器件（DUT）的信息，包括被测器件的幅度、相位和群延时响应。一般由激励
7、源、信号分离器件、接收机和处理器显示电路组成，如图7-8所示。,7.3.2 网络分析仪的使用 1、8712ET主要技术指标 2、8712ET的仪器面板 图7-9 （1）按键功能说明 （2）基本操作 3各种传输和反射指标的测量 8712ET主要测量的是带内平坦度、衰减/增益、反射损耗3类指标。 （1）测量过程 （2）带内平坦度的测量 （3）各类衰减和增益的测量 （4）反射损耗的测量 4注意事项,7.4 实训 7.4.1 频谱分析仪的使用 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验内容及步骤 熟悉HM5010型频谱分析仪面板上的各个开关、旋钮； 利用频谱分析仪测量不同幅度、不同调幅度的调幅波； 输出一个
8、方波信号，分别送入示波器和频谱分析仪，观察波形，记录屏幕上显示的波形。 四、实验报告 五、思考题,7.4.2 网络分析仪的使用 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验内容及步骤 熟悉8712ET型网络分析仪面板上的各个开关、旋钮 分支器各项指标的测量 （1）插入损失（2）分支损失（3）分支隔离度（4）反向隔离度 电缆的衰减特性测量 四、实验报告 五、思考题,7.5 习题,1.什么是频谱分析？用频谱仪和示波器分析信号有什么不同？ 2.简述扫频外差式频谱仪的工作原理。 3.单音调制时调幅信号在频谱仪上看到的频谱如图7-10 所示。设谱 线间隔恰为单音信号频率，求调制度m=？ 4.某音频放大器对一纯正
9、弦信号进行放大，对输出信号频谱进行分析，观察到的频谱如图7-11所示。已知谱线间隔恰为基波频率f，求该信号失真度。,5.图7-12为一调频波的频谱，谱线间隔恰为调制频率。已知当忽略小于载频幅度10%的边频分量时，通频带宽度为B=2(1+mf)F，mf为调频指数，F为调制信号频率。求该调频波的调频指数及频偏f。 6.什么是网络分析？举例说明网络分析的应用。 7.简述网络分析仪的组成原理。,图7-1 复杂周期信号的组成及频谱,图 7-2,图7-3 扫频外差式频谱分析仪的原理框图,图7-4 HM5010型频谱分析仪面板图,图7-5输出信号频谱,图7-6 调幅波的波形和频谱图,图7-7相位随频率的变化,图7-8 网络分析仪,电源开关 显示屏 菜单键 选择操作键 软盘驱动器 系统键 信号源设置 配置部分 测量曲线选择 输出接口 输入接口,图7-9 8712ET的面板,图 7-10,图 7-11,图 7-12,
