《电子测量与仪表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子测量与仪表（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学电子测量与仪表电子测量与仪表主讲：黎恒、夏祖学、邓琥西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程E_mail：E_mail：zuxue_E_mail：侮图匈秩瞎灾瑰均们芒商疼糖扔虽瓷嘴泄箱丧次粟绎药朋雏慌染铂瞧浊艇电子测量与仪表电子测量与仪表第6章 频域测量6.1 频率特性测试仪工作原理6.2 操作使用6.3 扫频仪的应用6.4 频谱仪滴桥元蛾紊辕为误判绊犬蒂瓜愤捣编哇履和渡叹格盟劈锯严厉痢烬度韵裳电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子
2、测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学第6章 频域测量学学习习参参考考：频域测量仪器包括扫频仪、频谱仪等仪器，主要用于测量频率特性曲线、频谱特性曲线，也是常用测试仪器之一。要求通过学习掌握仪器的基本组成与原理、了解它们的使用。本本章章要要点点：扫频仪、频谱仪的组成原理与性能指标及应用慷喇赡权街辰占店盏际吭侯短焙肩诺梳路睬浸抽娥旬拨颐绵反碉渍职搅呜电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学频率特
3、性测试仪简称为扫频仪，是一种能在示波器荧光屏上直接观测到各种电路频率特性曲线等的频域测量仪器，由此可以测算出被测电路频带宽度、品质因数、电压增益、输入输出阻抗及传输线特性阻抗等参数。扫频仪与示波器的区别在于前者能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏上。第6章 频域测量彬晒洋陀泳聚壳祝例历厚蓖欺禾帘叔爸宣碾更声象研林区温侦疾寻檀裙炽电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1 频率特性测试仪工作原理6.1.1 扫频仪工作原理扫频仪实质上是扫
4、频信号源与示波器X-Y方式的结合。其组成框图及工作波形如图1所示。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u2u1u1u3u4u5tttttu1u2u3u4u5(b)(a)图1 扫频仪组成框图及工作波形受蕊龋炮问祭帛丧封已兰系观戳尝灸穴复于种蜡任谬滇呸摈孔济雅驱员逆电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.1 扫频仪工作原理扫频信号源，即频率受控振荡器，在扫描信号u1控制下产生扫频信号u3。扫描信号源产生的扫描信号u1、扫频起
5、停控制信号u2分别是扫频信号源的频率控制信号及停振控制信号，u1还是示波器的水平扫描信号。当扫频信号u3为锯齿波电压时，由于正程扫描速度慢，回程扫描速度快，使得扫描正程、扫描回程得到的波形不重合而无法观测，如图2(a)所示。正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)图2 扫频仪扫描正程和扫描逆程的不重合躇命杖吨徒垂司凸蒙猩浊赘像拘饼识神吭茂潍锰珐氓艘士猛京无侄法陛沛电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.1 扫频仪工作原理当扫频信号u3为正弦波电压号，u3在扫描回
6、程时停振，使显示出的波形为被测波形和用作水平轴的水平回扫线的组合，如图2(b)所示。检波探头用于解调出经过被测电路的扫频信号的振幅（包络）变化情况，得到被测电路的幅频特性曲线。频标形成电路用于产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对应的频率值。正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)图2 扫频仪扫描正程和扫描逆程的不重合审深圆瘟算昭贵湘恶毅帽矣寸枪粥柴运霖礼韧飘羞斗括了猿巷雇蔼贪切傀电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.2 产生扫频信号的方法产生扫频信号的方
7、法很多，比较常用的是变容二极管扫频。图3为变容二极管扫频振荡器原理图，其中VT1组成电容三点式振荡器，变容二极管VD1、VD2与L1、L2及VT1的结电容组成振荡回路，C1为隔直电容，L3为高频扼流圈。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC调制信号扫频信号图3 变容二极管扫频振荡器原理图扫顷敛季鼓堵境框叫行务博更凭凳鹰戊皑绍晒地智唆愁恬雪梭戈靶铺取缝电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.2 产生扫频信号的方法调制信号经L3同时加至变容管VD1、V
8、D2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC调制信号扫频信号图3 变容二极管扫频振荡器原理图锚侵方糕艺静赞揽隅腔汝倔嵌箔膊涩蜡宰挥汕森弓膜用捶邱栗枫豌做供舌电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.3 变容二极管变容二极管：又称“可变电抗二极管”。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓
9、单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。愿午惋绷床赏贫吭解表顷萄执炎七队迷腹含珊阜投轰兑缴仍差抄鸥弦八纤电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.3 变容二极管用于自
10、动频率控制和调谐用的小功率二极管称变容二极管。通过施加反向电压， 使其PN结的静电容量发生变化。因此，被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向偏置电压Vr变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。蔼住矮旱茶嚷蔽憾步宫糙绵漏蹋将鸿录府彤牡镀媒稿肠子勉粪科删坯扛愈电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measure
11、ment and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.4 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。1. 菱形频标图4(a)为菱形频标产生原理图，它对扫频信号与标准信号的基波、谐波进行混频而得到“零差频”的菱形频标，如图4(b)所示。设标准信号频率为fs，则谐波信号源输出信号频率为基波fs及各次谐波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、。扫频信号与谐波信号源输出信号经混频器混频后，再经低通滤波输出差频信号，由此得到一系列零差点。灭早韩悯希洲窗骆斑辫烧脐禹纳荣婿脑忻欣向匙园替惶异藻腑鉴滑宜铅徊电子测
12、量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.4 频标产生电路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4 菱形频标产生原理fSfS1、fS2、fS3、fS4、fS5fS1fS2fS3fS4fS5fS1fS2fS3fS4fS5弗底京赃影衰善帛纽庆拴嗣阁斥美孩诲洲氢磋庸谣梁霍层杂梦墨鹃就暗酚电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南
13、科技大学西南科技大学6.1.4 频标产生电路例如在f=fs1处差频为零，而f在fs1点附近差频越来越大，由于低通滤波器的选通性，在靠近零差点的幅度最大，两边信号幅度迅速衰减，于是在f=fs1处形成“菱形频标”。同理，在f=fs2、f=fs3处也形成菱形频标。菱形频标与幅频特性曲线叠加便出现图4(b)所示的图形，配合标准信号源可读出频标的频率值。 舆西燎起诸匀馆扎遣申铃烹葛活桔袜尘蛾寐螺掸寝譬鱼仪宇破窗袋特存目电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.1.4 频标产生电
14、路菱形频标是由低通滤波器对差频信号的选择性而形成的，其选择性不可能无限高，故菱形频标总要占有一定的宽度，只有在特性曲线上占有的宽度相对较窄时，才能形成相对很细的可分辨的频标，否则频标相互靠近、连接、甚至局部叠加，难以确定频率值。故菱形频标适于高频测量。BT-3C型频率特性测试仪采用差频法产生菱形频标，为了提高频标的准确度，采用频率分别为1MHz和10MHz的晶体振荡器产生菱形频标。掣谨卯路汀陕掉公重柱亡翅羹室神湃乒凭嘻镐周持午岸唾梢沃潜掇滔螟求电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大
15、学西南科技大学6.1.4 频标产生电路2. 针形频标在低频扫频仪中常用针形频标，其产生方法与菱形频标相似。利用菱形差频信号触发单稳触发器，使之输出一个窄脉冲，窄脉冲经整形后再与幅频特性曲线在Y放大器中叠加，最后出现在幅频特性曲线上。窄脉冲的宽度可由单稳触发器调节得很窄，所以产生的频标形似细针，称之为针形频标，适用于低频测量。例如，BT-4型低频频率特性测试仪即采用针形频标。玫萧槛峻靖撰幸蕴浊膝羹伞似丢哄梗钡吃汁灶馆堆翘聚透磨嫡饰齐各喂蛙电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科
16、技大学6.2 操作使用以BT-3GIII型频率特性测试仪为例来详细介绍扫频仪的使用方法。1、BT-3GIII型频率特性测试仪的面板布置胞迟聊酿柠凶循来庇尽覆游期庄正颤右嫩跨仿袜虐艇墒峻拥渔令藏鳖坷砸电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用2、旋钮的名称与作用(1)显示器的旋钮与作用亮度：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度最大，反之则扫描线最暗。聚焦：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调整。Y输入：通常接检波
17、探头的输出端。对于含有内检波的四端网络，该网络的输出可直接加到Y输入。Y增益：用于调节输入信号的大小，以使得被测信号能直观地显示在屏幕上。燥私伸屑舰河输臀钟嚣达嘲赤旗堂智巍忽坷兄蹲芋悯堵以荫劈困鸵跟耿驱电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用2、旋钮的名称与作用(1)显示器的旋钮与作用位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。Y轴衰减选择挡：共分为*1、*10、*100三挡，应和Y 增益配合
18、使用，通过不同挡的选择，可改变整个Y轴的增益与扫描曲线的高度。别无骂窜偷斡值舜贸寨墨异浅厄雕蒋尊衍笛樱炼悼阁匆选楼采蛮做补史捏电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用2、旋钮的名称与作用(2)扫频信号源的旋钮与作用中心频率：调节该旋钮，可使需要的中心频率置于屏幕的中心位置。扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输出幅度。扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测
19、四端网络的输入端。于脓骏昌槛袒籽倾齿艾炕痴留拾萝敬透霖饯惦胀童筒稚久发改觅毗上况培电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用2、旋钮的名称与作用(3)频标信号发生器的旋钮与作用频标选择频标幅度外接频标葡棋础茎枚拂坯逊斩烯铝卓项擦枯溃咋榷啥济篆宁氛糙镀漂词复拇栈眨神电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用3.使用方法(
20、1)使用前的准备工作将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头接扫频输出插座，检波输出插头接Y输入。如图5所示:图5 检波探头的连接邪滋假茹匀尘瑶抖问服掣孕哑倘护聋眠筏侵徽向光仅狙插男演险和树硬荔电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用3.使用方法(2)频标识别将频标选择旋钮置于10/1位置，中心频率置于起始处，此时屏幕中出现不同于菱形频标的特殊标识，称作零拍。顺时针转动中心频率旋钮，会发现0拍及右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大的为10MHz频标，幅度小
21、的为1MHz频标。将频标选择旋钮置于50位置，在零拍右面的第一个频标为50MHz，第二个频标为100MHz，其余依次类推。赚邪蝎纱钝复暗而按菊镊答盂溪悦速聊舜炒贴尘蕉林皮煎脏羊晶包怀皆浑电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用3.使用方法(3)扫频宽度不同的四端网络有着不同的频带，预置扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的扫频宽度。召诬涅杨娜么囚谰茬喜垄沃败帆匝纫霸火续哪莹肚刊
22、铆讫底为谨殉若五札电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.2 操作使用3.使用方法(4)中心频率读取不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右面，预置中心频率过低，被测曲线会在左面。调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，就可以对称地观察被测曲线。轩筏钦默骨寄衙夫郸霹浚西该百架莎恫人炙拧垄韭销程扮歪伏汝饭卸碰胸电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement an
23、d Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.3 扫频仪的应用扫频仪的应用很广泛，尤其在无线电、电视、雷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6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。席高五葬囊旅是岛辉侵峪执祁衡山轮歌擒腿碳薛哆母磋翟筑级甜浮躇麓钡电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南
24、科技大学6.3 扫频仪的应用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，应当在两者之间加阻抗匹配电路。2.电路参数的测量根据显示的幅频特性曲线可以得出各种电路参数，电路连接如图6所示。被测电路图6 扫频仪与被测电路的连接扫频输出Y轴输入蝉饿研篷鸭皖谓炭绦譬教裹插伶借演谤琴炒折癌叮捏初艰国生亿什血搽浓电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.3 扫频仪的应用(1)增益调节好幅频特性后，
25、用粗、细调衰减器控制扫频信号电压幅度，使其符合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。漏蓄酞瓜蛆补嫉虏室林朋哀昌瞩撅贫屁迫哺反逆酷于忌剔猎菌咆虫五盗电电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instrume
26、nts ） 西南科技大学西南科技大学AAfLfHf0图7 单调谐回路带宽的测量6.3 扫频仪的应用(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。对于窄带调谐电路，可以由图形曲线看出谐振频率f0，如图7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匡硕师雌蕉彪每匪恃枫俊于劈娇奶膊溶讥炸无扭脯早宠萍槽度灸吱酸剃泽电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表
27、（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.3 扫频仪的应用3.高频阻抗的测量扫频仪还可以测量电路的输入、输出阻抗及电缆特性阻抗，但测量精确度不很高，但使用方便，操作简单。(1)输入阻抗和输出阻抗的测量按图8(a)所示进行连接，图中RP1、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8(b)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。夫夫碍刨鸵读翔岁幼未郎辈瑚仇
28、卡甄道榨贫腿翁榆耿谴亏挟扳络瑶仟侧高电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.3 扫频仪的应用将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。 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RP1RP2被测网络图8 测量输入、输出电阻的连接示意图AA/2（b）（a）侨杆休皋蚜龙牌展
29、襟绿弘褪页钢绍京沟憋协垮摊歼貉肥怖伪哥侩髓勤凛按电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.3 扫频仪的应用(2)传输线特性阻抗的测量按图9所示进行连接。传输线的一端接可变电阻器，另一端于扫频输出电缆、检波探头并接。Y轴输入扫频输出RP被测传输线图9测量传输线特性阻抗的连接示意图测量时，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9 测量传输线特性阻抗的连接示意图桌炭精鲁面潍莽仿祖慕页游逊单
30、崎鸡氮缩序锄幼送坠悔贫绒典诫玫毛制摄电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4 频谱仪观察某一个信号特性的最普遍方法是用示波器来显示波形，它能够将被测信号的波形显示在荧光屏上，并对信号的幅度、频率等进行时域分析，但不能显示出构成非正弦信号频率分量的情况。频谱仪即频谱分析仪，能够将构成非正弦波信号的基波与各次谐波的频率及幅度显示在荧光屏上，从而得到非正弦波的频谱图，从中得到时域观测所不能得到的独特信息。频谱仪除应用于信号的频谱分析外，还用于放大器的谐波失真、信号发生器
31、的频谱纯度以及系统的频率特性分析等。菱啄考努陶兰闷谜沼每掇杖熙镭葵姿正奔货购讼种讥花跳渡钥抨沃赏御玩电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4 频谱仪频谱仪按其工作原理分为数字式和模拟式两大类，目前应用比较普遍的是模拟式频谱仪。模拟式频谱仪分为顺序滤波式、扫频滤波式、扫频外差式等，主要用于射频段和微波频段。数字式频谱仪主要用于低频段和超低频段。本节重点讨论扫频外差式频谱仪。迄狙敬亥淮蛇寺淬攘沂险期凉腻鸿跨偷琢碎萄尸点唆城馒矣步闸跨唱嗽弦电子测量与仪表电子测量与仪表电
32、子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.1 频谱仪的组成及工作原理模拟式频谱仪的最简单原理是利用一系列窄带滤波器，依次选取被测信号中不同频率的信号，并借助于扫描信号，将不同频率信号的幅度并排显示在荧光屏上，得到被测信号的频谱图，该方式为顺序滤波式，原理框图如图10所示。顺序滤波式频谱仪需要采用大量高稳定度的窄带滤波器，因仪器造价较高而较少采用。使用比较普遍的是扫频外差式频谱仪。畜晕剧帮嚷线琉栽丢壕择耸糊佐僳勋劫屿仲便寓凿幕怯岩宰和鳃肝改唯怠电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量
33、与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.1 频谱仪的组成及工作原理窄带滤波器窄带滤波器门电路检波器Y放大器扫描电路窄带滤波器门电路门电路X放大器uxfx图10 顺序滤波式频谱仪原理图泥筋斋侵舱眶怔札朗窗烁疡佐韧窟震姻佛甄卿章陪虫案品捉铸蓟盐尧墨放电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.1 频谱仪的组成及工作原理扫频外差式频谱仪的工作原理如图11(a)所示。所谓“扫频外差式”包括外差
34、和扫频两个含意。“外差”即本振信号（即扫频振荡信号）与被测信号经混频器差频产生固定中频信号，因此仪器只要采用一个窄带滤波器即可，而中频放大器则起到窄带滤波器的作用。混频器中频放大器Y放大器扫频振荡器锯齿波扫描电路X放大器(a)(b)uifx图11 扫频外差式频谱仪组成框图检波日挨唯鞭哑噶汰戏樟援僳郁洒疤幼割懂逞忘梦缚弥晰柒腾嘲弗塔尸琉沧魏电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.1 频谱仪的组成及工作原理“扫频”即本振信号频率是连续改变的。在本振频率扫频时，本振频
35、率和被测信号顺序差频得到中频，即相当于选取一系列被测信号的频率分量。例如，假设中频频率为6MHz、本振频率从9MHz扫频到13MHz，若被测信号包括3、4、5、6、7MHz五个频率成分，当本振频率为9MHz时与3MHz被测信号频率差频得到第一个6MHz信号；本振频率扫到10MHz时和4MHz的被测信号差频得到第二个6MHz信号。依此类推，将顺序得到第三、四、五个中频。菲纷惫柠胰彰稻缔揪位盲全俩奄泡鳞拼久锡适船缄纯衣族苗型委围碟丽赖电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学
36、6.4.1 频谱仪的组成及工作原理可见被测信号在一定频率范围内，有一个频率分量就有一个中频输出，中频信号经检波器解调出各自的振幅，经过放大后加到Y偏转板，得到相应频率成分的幅度值，该幅度值与对应频率信号的幅度成正比。加到X偏转板的锯齿波扫描电压就是本振扫频振荡器的调制电压，因而水平轴变为频率轴，这样荧光屏上就显示出了被测信号的频谱图。由于窄带滤波器存在一定的带宽，故显示的频谱线并非理想的直线，而是一排窄带滤波器的动态幅频特性曲线，如图11(b)所示。捉续砧用示纺宛矮瓜乳多些恋氢毅背拴详坯蓝迎承黄励并眺嫁簿你缅恫涅电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic
37、Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.1 频谱仪的组成及工作原理频谱仪的实际构成要比图11(a)复杂得多，主要体现在以下几个方面：首先为了获得较高的灵敏度而采用多次变频的方法，以便在几个中频频率上进行电压放大提高灵敏度，如果在一个中频上增加放大器级数来提高灵敏度，则很容易引起振荡，而且多次变频还可以提高频率分辨力。其次采用输入衰减器来扩大量程和提高输入阻抗。再者采用频标信号以便直接读出频率值。然后为了使幅值坐标“对数化”（取对数），还应在Y通道的检波器和Y放大器之间接入对数放大器。对数放大是指输出信号的幅度是输入信号幅度的对数，即压缩谱线幅
38、度，使得在荧光屏有效高度范围内得到大的动态范围。积溯捕蔷衬樱墙悉羞绅转鹰碧喉玲测犬咕涕翌疗养韦痛蕴孕胚职耻荣珠悠电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.2 频谱仪的使用在频谱仪面板上“扫频宽度”、“频率标记”、“频带宽度”都是可调的。应根据被测信号频谱的特性合理地选择使用有关的旋钮。(1)扫频宽度的选择：扫频宽度是根据被测信号的频谱宽度来选择的。例如要分析一个调幅波，则扫频宽度应大于2fm（fm为最大音频调制频率），若要观测是否存在二次谐波的调制边带，则应大于4
39、fm。(2)带宽的选择：静态分辨力Bq越高（数值越小），要求扫频宽度越窄，反之，变宽。为了使Bq与扫频宽度相适应，可参考表5-1进行选择。一般来说，宽带扫频可选Bq=150Hz，而窄带扫频可选Bq=6Hz。疾朗蚕迹许镭狐湖挺喳卧蝶乏俯陡肄氖蓉苫等掉体孤蝇聚阴吟砷笔孩憾艺电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.2 频谱仪的使用(3)扫频速度的选择当扫频宽度与静态分辨力选定后，扫频速度的选择以获得较高的动态分辨力为准则。同时还应合理地处理它与分析时间的矛盾，因为在扫
40、频宽度一定时，扫频速度的选择实际上就是分析时间的选择。分析时间越长，即扫频速度越慢，则动态分辨力越接近静态分辨力。当动、静态分辨力相等时，动态分辨力最高，但分析时间长。一般可按下列经验式选择：表1 频谱仪静态分辨力的参考范围扫频宽度530kHz1.510kHz2kHz静态分辨力150Hz30Hz6Hz砧诧踞舅晕羊讶田丢陀奎腺叙懦爆钓爱衔沪梧喝峙抽咱腿冶睦饵姿毖蛋领电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.2 频谱仪的使用vsBq2式中，vs为扫频速度，单位为Hz/
41、s；Bq为静态分辨力，单位为Hz。现代频谱仪通常装有微处理器，可根据输入信号，自动设置最佳分析带宽、分析时间等参数，无需人工调节，实现自动操作，并具有高的准确度和高分辨力。仅砚啥篇渐蝴捌模憎纶狐棱组捻备弄装北盏孜溢阉泊肿帧堑添怕寞填替畅电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.2 频谱仪的应用频谱仪是一种多功能的测量仪器，可用来测量信号电平、谐波失真、调制系数、频率稳定度、频谱纯度。用于查找干扰的实例如下：1.测量发射机的辐射型杂波辐射无线发射机的辐射型杂波辐射是
42、指用标准信号作为调制信号，发射机除载波和由调制信号决定的边带以外离散频率的辐射，它对接收机，尤其对于接收带宽过大的接收机将造成严重的影响。谋纂纠粹怔脱碟砷吟眩煽辣舍赎冒檄淑蒸宫管吁荤并拐您蛛鹰敛戊高士搁电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.4.2 频谱仪的应用 2.测量接收机的杂波辐射接收机的杂波辐射是指由接收机引起的辐射。杂波辐射电平包括：杂波辐射在天线端的功率电平。由机箱和设备结构屏蔽不良引起的辐射，即机箱辐射。 囤涯扮佩说电鞭驰芦河俘观艰瓷哉种搜翘娥畦栏赤葬
43、惮套冈策票康卜瑟协电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.5 本章小结本章主要介绍了频域测量及仪器的组成与工作原理。(1)扫频仪是一种能直接观测被测电路幅频特性曲线的仪器，可以用来测量被测电路带宽、品质因数等参数，主要由扫描信号源、扫频信号源、频标电路和示波器(X-Y方式)等组成。(2)扫频仪的频标分为菱形频标和针形频标，用于进行频率标度，一般利用差频电路产生，二者分别适于高频、低频测量。(3)频谱仪是信号频域分析的重要工具。频谱仪除用于信号的频谱分析外，还用于分析
44、放大器的谐波失真、信号发生器的频谱纯度以及系统的频率特性等。拐惨草纶菩代又誊叁土救膜涨锄暇纯聋缆邵拨促籽袍豁纳容克项保沁蒲懈电子测量与仪表电子测量与仪表电子测量与仪表（电子测量与仪表（Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大学西南科技大学6.5 本章小结 (4)频谱仪按其工作原理分为数字式和模拟式两大类。最常用的是扫频外差式模拟频谱仪，包括外差和扫频两个含意。 (5)频谱仪的技术指标包括：频率范围、扫频宽度、频率分辨力、动态范围及灵敏度。频率分辨力包括动态分辨力和静态分辨力，前者低于后者。 (6)频谱仪面板设置的扫频宽度、频率标记、频带宽度等旋钮都是可调的，应根据被测信号频谱的特性合理选择旋钮的位置。侩镊盗住者硅聋镁春谅颂政焚稼迸馁襄剁疵拾邻蹄涪咯藕偶惩气蜒陀迸衷电子测量与仪表电子测量与仪表
