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1、目标规划 7.1 频率信号的特点 7.2 扫频仪的操作使用方法 7.3 频谱分析仪 本章小结 实训项目1 扫频仪的基本应用训练 实训项目2 频谱分析仪的使用训练,返回主目录,第7章 频率特性测量及仪器,（一）学习目标 （1）基本了解：扫频仪、频谱仪的工作原理与技术指标； （2）重点掌握：扫频仪、频谱仪的操作应用。 （二）技能目标 熟练使用扫频仪、频谱仪对各种电路频率特性的测试。,仪器示例1 中频扫频仪 MSW-721E,仪器示例2 TD1262C数字化扫频仪,仪器示例3 安泰信AT5011+频谱仪,7.1 频率信号的特点,一个电信号特性的研究可以分析它随时间变 化的特性（即时域分析），也可以由
2、它所包含的 频率分量（或频谱分布）来描述（即频域分析）。,7.2 扫频仪的操作使用方法,输出电压随输入频率变化的关系，这就是我们在测量中经常提到的网络的频率特性，包括幅频特性与相频特性。,电路系统的频率特性曲线（幅频特性）的测量方法主要包括点频测量法（静态）、扫频测量法（动态）、多频测量法等。,1.点频测量法,点频测量法是通过人工逐点改变输入信号的频率，用测量仪器在各个频率点上测量出相应的输出电压值，再计算不同频率点对应的放大倍数，并绘制出被测网络的幅频特性曲线。,点频法测出的幅频特性曲线,2.扫频测量法,7.2.2 扫频仪的工作原理,频标信号的形成,差频法产生菱形频标的原理框图,菱形频标的形
3、成过程,荧光屏上的频标形成,针形频标产生原理框图,2.主要技术指标,（1）有效扫频宽度和中心频率。有效扫频宽度也称扫频频偏，是指在扫频线性和幅度不平坦性符合要求的前提下，一次扫频能达到的最大频率范围，即,（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，常用扫频线性系数来表示，定义为,（3）幅度平坦性。在幅频特性测量中，必须保证扫频信号的幅度保持不变。扫频信号的幅度平坦性常用它的寄生调幅来表示，定义为,（4）扫描速度。扫频信号的频率随时间的变化率df/dt称为扫频速度。 （5）频率标记。一般有1MHz、10MHz、50MHz及外接四种。 （6）输出阻抗。扫频
4、仪的输出阻抗特性一般选择75。,7.2.3 BT-3型扫频仪介绍,BT-3型扫频仪整机电路功耗低、体积小、输出电压高、寄生调幅小、扫频非线性系数小、衰减器精度高、频谱纯度好、显示灵敏度高，主要用来测试雷达接收机、电视机等无线电电路的频率特性。,1.仪器面板图,（1）显示部分 电源、辉度 聚焦 坐标亮度旋钮 Y 轴位置 Y轴衰减 Y轴增益 影像极向开关 Y输入插座,（2）扫描部分 波段开关：输出的扫频信号接中心频率划分为三个波段（：175MHz、：75150MHz、：150300MHz），可以根据测试需要来选择波段。 中心频率度盘：能连续改变中心频率，度盘上所标定的中心频率不是十分准确，一般是采
5、用边调节度盘，边看频标移动的数值来确定中心频率位置。 输出衰减旋钮：根据测试的需要，选择扫频信号的输出幅度大小。按开关的衰减量来划分，可分粗、细调两种。粗调衰减：0、10、20、30、40、50、60（dB），细调衰减：0、2、3、4、6、8、10（dB），粗调和细调衰减的总衰减量为70 dB。 扫频电压输出插座：扫频信号由此插座输出，可用75匹配电缆探头或开路电缆来连接，引送到被测电路的输出端，以便进行测试。,（3）频标部分 频标选择：有1（MHz）、10（MHz）和外接三种。当开关置于“1 MHz”时，扫描线上显示1MHz的菱形频标；置于“10 MHz”时，扫描线上显示10MHz的菱形频标
6、；置于“外接”时，显示外接信号频率的频标。 频标幅度：调节频标幅度大小。一般幅度不宜太大，以观察清楚为准。 频率偏移：调节扫频信号的频率偏移宽度，以适应被测电路的通频带宽度所需的频偏，顺时针方向旋动时，频偏增宽，最大可达7.5MHz以上，反之，则频偏变窄，最小在0.5MHz以下。 外接频标输入接线柱：当频标选择开关置于外接频档时，外来的标准信号发生器的信号由此接线柱引入，此时，在扫描线上显示外接频标信号的标记。,2.主要技术性能,（1）中心频率（扫描基线100mm，在最大频偏时，对准荧光屏中心刻度线的频率）：在1300MHz内可连续调节，分三个波段实现。 （2）扫频频偏：最小扫频频偏0.5MH
7、z；最大扫频频偏7.5MHz。 （3）寄生调幅系数：最大频偏时7.5%。 （4）调频非线性系数：最大频偏时20%。 （5）频标：分为1MHz、10 MHz菱形频标和外接频标三种。,6）输出扫频信号电压：0.1V（应接75匹配负载，输出衰减置于0 dB）。 （7）输出电压调节方式： 步进衰减（粗调）：0/10/20/30/40/50/60 dB； 步进衰减（细调）：0/2/3/4/6/8/10 dB。 （8）检波探头：输入电容5pF，最大允许输入直流电压为300V。,7.2.4 BT-3型扫频仪的使用方法,1.使用前的性能检查 （1）检查显示系统。 （2）捡查内频标。 （3）零频标的识别方法。
8、（4）检查扫频信号寄生调幅系数（输出电压平坦度）。 （5）检查扫频信号非线性系数。 （6）“1MHz”和“10 MHz”频标的识别方法。 （7）波段起始频标的识别方法。,测量幅频特性连接图,2.使用方法 （1）使用前调整。开机预热后使基线与扫描线重合，频标显示正常。合理选择波段选择位置与中心频率。 （2）连接测试电路。输出电缆探头接一个几百皮左右的电容后，再接到被测电路的输入端。 （3）增益测试。将Y衰减置于10挡上(相当于衰减20 dB)，调节粗、细输出衰减使因被测电路接入而变化的曲线高度仍恢复为H，记下输出衰减总分贝数A2，则该中频放大器的电压增益k为 （4）测量带宽。利用扫频仪上的频标，
9、在幅度左右两边分别对应与波峰的0.707倍时的上下频率差就是被测网络的幅频特性曲线的频带宽度。,7.3 频谱分析仪,1.频谱的概念 在实际的电子测量中，纯正弦波是不存在的。可以证明，一个周期性正弦信号是由基波和各次谐波组成的，非正弦波也可分解为频率不同的正弦波。通常将合成信号的所有正弦波的幅度按频率的高低依次排列所得到的图形成为频谱，而频谱分析就是在频域内对信号及其特性进行相关的描述。,7.3.1 频谱分析的基本知识,2.示波测试与频谱分析的特点,示波器和频谱仪都可用来观测同一信号，两者所得到的结果应该是一致的。但是由于两者观察的角度不同，存在各自的特点，使用时应注意选择。,(a) 示波器测试
10、波形 (b) 频谱仪测试波形 图7-15同一信号在时域和频域中的不同显示情况,(a) 用示波器观察两波形相位不同,(b) 用频谱仪观察两波形频谱相同 示波器和频谱仪对比观察相位不同的波形,(a)示波器不容易观察波形的微弱失真,(b)频谱仪容易观察微小的幅度和相位变化 用示波器和频谱仪观察波形微弱失真的情况,7.3.2 频谱分析仪的组成及工作原理,频谱分析仪按其工作原理可分为模拟式和数字式两大类。模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础，用适当的滤波器选出被测信号包含的频率分量，经检测后在示波器上显示出来。主要用于射频和微波频段；数字式频谱仪是以数字滤波器和快速博立叶变换为基础制成的，精度较高，主要用于
11、低频和超低频。,1.模拟式频谱仪,模拟式频谱分析仪原理框图,超外差频谱仪原理框图,2.数字式频谱仪,数字式频谱分析仪包括数字滤波式频谱分析仪和计算式频谱分析仪。数字滤波式频谱分析仪是利用数字滤波器代替模拟滤波器，为了实现数字化，前面设有取样保持和A/D转换，数字滤波器的中心频率由时基和控制电路顺序改变。 计算式频谱分析仪常采用快速傅里叶分析法，即FFT法。它是将某一时刻的时间函数f(t)转换为频域函数s()，由计算机与数据采集、显示电路配合，进行频谱显示。,低通滤波器,取样A/D,保持RAM,FFT,显示,被测 信号,FFT型频谱分析仪原理框图,7.3.3 频谱分析仪的主要技术指标,1.输入频
12、率范围 输入频率范围指频谱仪能够正常工作的最大频率区间，以HZ表示该范围的上限和下限，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。这里的频率是指中心频率，即位于显示频谱宽度中心的频率。 2.灵敏度 灵敏度是指在给定分辨带宽、显示方式和其他影响因素的条件下，频谱分析仪能测得最小信号电平的能力，用dBm、dBu、dBv、V等单位表示。频谱分析仪的灵敏度主要取决于仪器内部的噪声电平，对于外差式频谱分析仪，其灵敏度不仅与噪声电平有关，还与扫频速度有关，扫频速度的越快，动态幅频特性峰值越低，灵敏度越低。,3.动态范围 动态范围是指频谱分析仪能够同
13、时测量的最大信号电平与最小信号电平之差，如图7-21所示。它表示频谱分析仪显示大信号和小信号的频谱的能力。,频谱分析仪的动态范围,4.扫频宽度 扫频宽度是指频谱分析仪在一次频谱分析过程中所显示的频率范围，也称分析宽度。 5.扫描时间 扫描时间是指完成一次扫频过程所需要的时间，也称分析时间。它主要指从频谱分析仪水平轴最左端到最右端扫频一次所需要的时间，主要受分辨带宽滤被器的限制，一般希望扫描时间越短越好。但是，频谱分析仪的扫描时间是和频率量程、分辨带宽和视频滤波等因数有关联的。为了保证测量的准确性，扫描时间不可能任意地缩短。 6.扫频速度 扫频宽度与分析时间之比称为扫频速度。应该注意，扫频速度的
14、大小对频谱分析仪的频率分辨力有较大影响，因此测量信号频谱时要对扫描速度进行合理选择，保证频谱测量具有高分辨率和高精度。,7.3.4 频谱分析仪的应用,频谱分析仪由于灵敏度极高、频带宽、频率稳定性好等许多特点，应用范围极为广泛，包括微波通信线路、雷达、电信设备、有线电视系统以及电磁干扰的诊断测试、元件测试、和信号监视等的生产和维护。频谱仪特别是在射频及微波频率下使用更是如鱼得水，所以又常叫做射频万用表。,1.正弦信号的测量 频谱分析仪虽不能测量正弦信号的相位，但可测量正弦信号的幅度和频率。 （1）幅度测量。把两个信号先后送入频谱仪进行显示，保证在影响增益的其它旋钮不动的情况下，调整频谱仪的输入衰
15、减器，使两次测试都有同样的高度，则输入衰减器的前、后差值就等于两个信号的相对电平。 （2）频率测量。让频谱分析仪工作在手动状态，缓慢调节本机振荡频率，当谱线刚好出现时，本机振荡频率就等于被测信号的频率，精度远优于示波器，可达10-5。,2.手机灵敏度的定量测试 一般的手机维修只能对其通话功能进行测试，而无法测试手机的灵敏度。采用频谱分析仪能对每部手机灵敏度进行定量测试及比较，其灵敏度的大小反应在频谱仪Y轴上的高低，因此能大大提高通信设备的维修水平。,3.电磁干扰（EMI）的测试 频谱分析仪是电磁干扰（EMI）的测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。在诊断电磁干扰源并指出辐射发射区域时，采用
16、便携式频谱分析仪是很方便的。测试人员可在室内对被测产品进行连续观察和测试，测试人员还可以用电场或磁场探头探测被测设备的泄漏区域。通常这些区域包括箱体接缝、CRT前面板、接口线缆、键盘线缆、键盘、电源线和箱体开口部位等，探头也可深入被测设备的箱体内进行探测。,4.信号仿真测量 对于声音信号来说，通常说的“音色”是对频谱而言的，音色如何是由其谐波成分决定的。各种乐器或歌唱家的音色可用频谱来鉴别。 通过频谱仪可对各种乐器的频谱进行精确的分析测量，由电子电路制作的电子琴是典型的仿真乐器，在电子琴的制作和调试过程中，通过与被仿乐器的频谱做精确的比对，可提高电子琴的仿真效果。同理，可通过频谱分析仪的协助来实现语言的仿真。,7.3.5 AT5010型频谱分析仪简介,频谱分析仪的主要品牌有安捷伦、惠美、马尼克和国产的安泰信等。其中安
