第5章线性系统频率特性测量和网络分析仪.
线性系统的频域分析
第五章 线性系统的频域分析频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。
它以控制系统的频率特性作为数学模型，以伯德图或其他图表作为分析工具，来研究、分析控制系统的动态性能与稳态性能。
频域分析法由于使用方便，对问题的分析明确，便于掌握，因此和时域分析法一样，在自动控制系统的分析与综合中，获得了广泛的应用。
本章研究频率特性的基本概念、典型环节和控制系统的频率特性曲线、奈奎斯特稳定判据以及开环频域性能分析等内容。
§5-1 频率特性的基本概念一、频率特性的基本概念频率特性又称频率响应，它是系统（或元件）对不同频率正弦输入信号的响应特性，对于线性系统，若其输入信号为正弦量，则其稳态输出信号也将是同频率的正弦量，但其幅值和相位都不同与输入量。
下面以RC 电路为例，说明频率特性的基本概念。
图5-1所示的RC 电路，)(t u i 和)(0t u 分别为电路的输入电压和输出电压，电路的微分方程为：)()()(00t u t u dtt du Ti =+ 式中T=RC 为电路的时间常数。
RC 电路的传递函数为11)()(0+=Ts s U s U i （5-1） Rui )t图 5-1 RC 电路当输入电压为正弦函数t U t u i i ωsin )(=，则由式（5-1）可得22011)(11)(ωω+⋅+=+=s U Ts s U Ts s U i i 经拉氏反变换得电容两端的输出电压)sin(11)(122/220T tg t T U e T T U t u iT t i ωωωωω---+++=式中，第一项为输出电压的暂态分量，第二项为稳态分量，当∞→t 时，第一项趋于零，于是)sin(1|)(1220T tg t T U t u i t ωωω-∞→-+=)](sin[)(ωϕωω+=t A U i （5-2）式中：2211)(TA ωω+=，T tgωωϕ1)(--=，分别反映RC 网络在正弦信号作用下，输出稳态分量的幅值和相位的变化，二者皆是输入正弦信号频率ω的函数。
自动控制原理 第五章 频率特性法
A() R2 () I 2 ()
() arctan I ( ) R( )
R() A()cos()
I () A()sin()
2023年12月29日
以上函数都是ω的函数，可以用曲线表示它 们随频率变化的规律，使用曲线表示系统的频率 特性，具有直观、简便的优点，应用广泛。
N(s)
D(s) (s + p1 )(s + p2 )...(s + pn )
为简化分析，假定系统的特征根全为不相等的负实根。
输入信号为 r(t)=Rsinωt
输出信号的拉氏变换为：
N(s)
Rω
C(s) =
(s + p1 )(s + p2 )...(s + pn ) (s + jω)(s - jω)
1.在某一特定频率下，系统输入输出的幅值比与相位差是确定 的数值，不是频率特性。当输入信号的频率ω在0→∞的范围内 连续变化时，则系统输出与输入信号的幅值比与相位差随输入 频率的变化规律将反映系统的性能，才是频率特性 。
2.频率特性反映系统本身性能，取决于系统结构、参数，与外 界因素无关。
3. 频率特性随输入频率变化的原因是系统往往含有电容、电感、 弹簧等储能元件，导致输出不能立即跟踪输入，而与输入信号 的频率有关。
频域内全面描述系统的性能。只与系统的结构、参数有关，是线性 定常系统的固有特性。
2023年12月29日
A（ω）反映幅值比随频率而变化的规律，称为幅频 特性，它描述在稳态响应不同频率的正弦输入时在幅值上 是放大（A＞1）还是衰减（A＜1）。
而（ω）反映相位差随频率而变化的规律，称为相
第5章线性系统频率特性测量和网络分析仪分析PPT课件
和 （以国产BT-3C型频率特性测试仪为例）
网
络
分
析
仪
第 五
扫频仪电路组成方框如图5-5所示。整个电
章
路可分为三部分：
线
扫频信号和频标信号的产生电路；
性 系 统
扫描信号发生器及示波器； 电源供给电路。
频
另外，配有带检波器的探头和同轴电缆连
率 特
线等。
性
测
各部分工作原理:
量
和
1. 扫频信号的产生电路
分
方式；
析 仪
（6）探头：
第 5.2.4 扫频仪的应用
五 章
线
1. BT-3C型频率特性测试仪面板配置
性 系
如图5-12所示。
统
2．仪器使用前的性能检查、校正
频 率
图5-13扫频信号寄生调幅系数的测量
特 性
mAB10% 0
测
AB
量
和 网
图5-14扫频信号非线性系数的测量
络 分 析
AB10% 0
统
只有在电路元件尺寸远远小于输入信号的波
频 率 特
长时才成立。实际上导线本身有电阻、电感，导线 间有电容。这些参数均匀分布在导线上，称为分布
性
参数。随着频率的提高，这些分布参数的作用将不
测
断增大到不能忽略的程度。
量
通常对线性系统频率特性的测量分为两个频
和 网 络
段来讨论。 在高频（30~300MHz)段主要介绍频率特性测试
扫频仪的组成和测量原理
测
量
微波网络特性参数概念
和
网 络
网络分析仪组成和测量原理
分
析
仪
第
第5章频域分析法
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
幅相曲线
伯德图
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
二、积分环节
1 传递函数： G( s ) s
1 频率特性： G (j ) j
幅频特性： M ( ) G(j )
1
相频特性： ( ) G(j ) 90
对数幅频特性： 1 L( ) 20lg M ( ) 20lg 20lg
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
对数相频曲线的纵坐标表示相频特性的函 数值，线性均匀分度，单位是度或弧度。
lg
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0.301 0.477 0.6020.6990.7780.8450.9030.954 1
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
采用对数坐标图的优点是：
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
幅相曲线
伯德图
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
四、惯性环节
1 传递函数： G ( s ) Ts 1 1 频率特性： G (j ) jT 1
幅相曲线
1
对数幅频特性：
L( ) 20 lg G (j ) 20 lg 20 lg1 20 lg
2
T
2
1
T 1 20 lg
T 1
2
对数相频特性： G(j ) arctan T
自动控制原理
第五章 频域分析法－频率法
近似对数幅频特性：
1 当 T
T 1，略去 (T )2 则得 时，
第五章 频率特性分析法
由于 G( j ) G(s) s j 是一个复数，可写为
G( j ) G( j ) e
jG ( j )
A( )e
j ( )
G( j ) 和 G( j )是共轭的，故 G( j ) 可写成
G( j ) A( )e
j ( )
R Kc A( )e j ( ) 2j R K c A( )e j ( ) 2j
Kc e
jt
K c e
jt
若系统稳定， G ( s ) 的极点均为负实根。当 t 时得 c(t ) 的稳态分量为 css (t ) lim c(t ) K c e jt K c e jt
t
R G ( j ) R 其中 K c G( s) ( s j ) s j ( s j )(s j ) 2j R G ( j ) R K c G ( s) ( s j ) s j ( s j )(s j ) 2j
为方便讨论，设所有极点为互不相同的实数。
若输入信号为正弦函数，即
r (t ) R sin t
其拉氏变换为
R R R( s ) 2 2 s ( s j )(s j )
N ( s) X 则 C ( s) ( s p1 )(s p2 ) (s pn ) ( s j )(s j )
第5章 线性系统的频域分析法
频率特性是研究控制系统的一种工程方法， 应用频率特性可间接地分析系统的动态性能和稳 态性能。频域分析法的突出优点是可以通过实验 直接求得频率特性来分析系统的品质，应用频率 特性分析系统可以得出定性和定量的结论，并具 图表及经验公式。
有明显的物理含义，频域法分析系统可利用曲线、
自动控制原理第5章-频域分析
第5章 控制系统的频域分析
§5.1 频 率 特 性
一、频率特性概述
1、 RC网络的频率特性
T
du0 (t) dt
u0 (t)
ui (t)
其传递函数为：
G(s) U0(s) 1 Ui (s) Ts 1
在复数域内讨论RC网络，并求输出电压
(T)2 1
——RC网络的频率特性
G( j)
1
(T)2 1 —幅频特性
() arctan T —相频特性
第5章 控制系统的频域分析
比较
G( j)
1
jT 1
和
G(s) 1 Ts 1
可见，只要用jω代替该网络的传递函数G(s)中的复变 量S，便可得其频率特性G(jω)。结论具有一般性。
2、线性定常系统的频率特性
设 ui (t) Um sin t
U U e •
j00 复阻抗 Z R 1 jRC 1
i
m
第5章 控制系统的频域分析
jC
jC
•
•
•
U0
1
•
I
jC
1 Ui
jC Z
1
jC
jCUi jCR 1
1
jT
•
U 1
i
于是有：
•
U0
•
Ui
1
jT 1
•
(T RC)
G( j)
U0
•
Ui
1
e j () G( j) e j ()
第5章 控制系统的频域分析
5.2.2 典型环节的频率特性
1、积分环节
传递函数： G(s) 1
第5章 频率特性法
该系统是稳定的。为Ⅰ型系统，有Kv=100 具有闭环主导极点的三阶系统，应用二阶近似 公式可求取时域指标为： c tg 26.873 4 0.5302 n 4 2 2 4 1 2 2 ( tg ) 1
1 1 L( ) 20 lgT 20 lg 20 lg T T
惯性环节的伯德图（续1）
Bode Diagram
L(ω)
Magnitude (dB)
0
1/10T
1/T
10/T
-10
-20
-30
Φ(ω)
Phase (deg)
-40 0
-45
-90 10
-2
10
-1
10
0
10
1Байду номын сангаас
1 1 Am H (s) Am H (s) s j s j s j s j s j s j
1 H ( j ) H ( j ) Am j 2 s j s j
10(s 3) G( s) 1 1 2 1 s s 1 s s 1 2 2 2
解：将G(s)变换成典型环节之积形式有
1 1 1 1 G( s) 10 3 s 1 1 1 2 1 3 s 比例 s 1 s s 1 一阶微分积 2 2 2
系统性能分析举例
例5.5某单位负反馈系统测得开环幅频特性图 如图所示，试分析其性能。 1
100( s 1) 6 G(s) 1 1 s( s 1)( s 1) 2 60
解：求ωc有 20 lg100 20 lg 2 40 lg 3 20 lg 6 100
线性系统的频率分析
jw
A()
k
()21 (2)21)
Re -1 -0.5
5.3 系统的开环频率特性
开环频率特性（极坐标图）2
() a ta n () a ta n (2)
G(j) k j(2j1)
A()
k
(2)2 1)
()900atan(2)
Im
jw Re
5.3 系统的开环频率特性
开环频率特性（极坐标图）3
终点： .G k(j )0 1800
相频特性 () 1 8 0 0 a ta n T a ta n
5.3 系统的开环频率特性
画出下列开环频率特性（极坐标图）7
Gk
(s)
(s 1) (s 2)
相频特性 （线性分度）
12
3
4
5 6 7 8 9 10
l g 0 0.301 0.477 0.602 0.699 … 0.903 … 1
十倍频程
十倍频程
124 一倍频程
8 10
100
5.1.2 频率特性的定义
例如：画出积分环节 1/s的bode图
G(j) 1 1ej900 j
L ( )
十倍频程
问题：求图示系统在 r(t)=2sin2t 作用下的稳定输 出和稳态误差。
R(s) E(s) 1
C(s)
s1
G(s)s12,r02,21n G (j)2j21 2212 450
css(t)
2sin(2t450) 2
ess(t)r(t) css(t)2sin2 t2 2sin (2 t4 5 0)
5.1.2 频率特性的定义
Im
S平面 -1/T
jw Re
G( j) 100 0
第五章频率特性分析法第5章习题及解答
第5章习题及解答5-1 试求图5-76(a)、(b) 所示网络的频率特性。
图5-76 R-C 网络解 (a)依图：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+==+=++=++=2121111212111111221)1(11)()(R R C R R T C R R R R K s T s K sCR sC R R R s U s U r c ττ ωωτωωωωω11121212121)1()()()(jT j K C R R j R R C R R j R j U j U j G r c a ++=+++==(b)依图：⎩⎨⎧+==++=+++=C R R T CR s T s sCR R sCR s U s U r c)(1111)()(2122222212ττ ωωτωωωωω2221211)(11)()()(jT j C R R j C R j j U j U j G r c b ++=+++==5-2 某系统结构图如图5-77所示，试根据频率特性的物理意义，求下列输入信号作用时，系统的稳态输出和稳态误差 )(t c s )(t e s图5-77 系统结构图（1）t t r 2sin )(= （2） )452cos(2)30sin()(°−−°+=t t t r 解 系统闭环传递函数为: 21)(+=Φs s 频率特性:2244221)(ωωωωω+−++=+=Φjj j幅频特性: 241)(ωω+=Φj相频特性: )2arctan()(ωϕ= 系统误差传递函数: ,21)(11)(++=+=Φs s s G s e则 2arctan(arctan )(,41)(22ωωωϕωωω−=++=Φj j e e（1）当时, t t r 2sin )(=2=ω，r m =1则 ,35.081)(2==Φ=ωωj o 45)22arctan()2(−=−=j ϕo4.1862arctan )2(,79.085)(2====Φ=j j e e ϕωω )452sin(35.0)2sin()2()(o−=+Φ=t t j r t c m s ϕ)4.182sin(79.0)2sin()2()(o+=+Φ=t t j r t e e e m s ϕ （2） 当 )452cos(2)30sin()(°−−°+=t t t r 时:⎩⎨⎧====2,21,12211m m r r ωω o 5.26)21arctan()1(45.055)1(−=−===Φj j ϕ o 4.1831arctan()1(63.0510)1(====Φj j e e ϕ)]2(452cos[)2()]1(30sin[)1()(j t j r j t j r t c m m s ϕϕ+−⋅Φ−++⋅Φ=oo)902cos(7.0)4.3sin(4.0oo−−+=t t )]2(452cos[)2()]1(30sin[)1()(j t j r j t j r t e e e m e e m s ϕϕ+−⋅Φ−++⋅Φ=oo )6.262cos(58.1)4.48sin(63.0oo−−+=t t 5-3 若系统单位阶跃响应h t e e t t t()..=−+≥−−11808049试求系统频率特性。
网络分析仪的使用和无线射频器件的量测课件
01
02
03
04
频率范围
网络分析仪能够测量的频率范 围决定了其应用的范围和特性 。
动态范围
网络分析仪能够测量的信号幅 度范围，决定了其测量精度和 可测量的信号强度。
测量精度
网络分析仪的测量精度决定了 其测量的准确性和可靠性。
扫描速度
网络分析仪的扫描速度决定了 其测量的速度和效率。
02
网络分析仪的使用方法
网络分析仪的保养建议
01
02
03
定期清洁
定期使用干燥的微纤维布 轻轻擦拭仪器表面，以保 持清洁。
避免剧烈震动
将仪器放置在平稳的表面 上，避免剧烈震动或撞击 。
定期校准
按照制造商的说明进行定 期校准，以确保测量结果 的准确性。
THANK YOU
感谢聆听
连接被测件
确保被测件已正确安装和连接，并处于工作状态。
使用适当的电缆将网络分析仪与被测件连接起来， 确保连接稳定可靠。
确保所有接口都紧密连接，没有松动或接触不良的 情况。
校准网络分析仪按照网络分析仪的校准步骤进行校准，确保测量结果 的准确性和可靠性。
校准过程中应遵循标准操作程序，并使用符合要求的 校准件进行校准。
无线通信系统的组成和原理
无线通信系统由发射器、接收器、天 线和传输媒介组成，通过电磁波传递 信息。
无线通信原理涉及信号的调制、解调 、编码、解码等过程，以实现信息的 有效传输。
网络分析仪在无线通信系统中的应用
网络分析仪用于测量无线通信设备的电气性能，如信号的幅度、频率、相位等参 数。
网络分析仪能够分析无线通信系统的传输特性，如阻抗、增益、群延迟等，以评 估系统性能。
网络分析仪在无线通信领域的发展趋势
机械控制工程基础-第5章-频率特性
G ( j ) arct an / T
2 20 lg G ( j ) 20 lg T 20 lg T 2
第五章 频率特性
在低频段误差
e( )
2 20 lg T 20 lg T 2
在高频段误差
e( )
2 20 lg 20 lg T 2
第五章 频率特性
系统的稳态响应
xo (t ) XiK 1 T
2 2
sin(t arctanT )
系统输出的幅值
X o ( )
XiK 1 T 2 2
系统输出的相位
( ) arct anT
频率响应只是时间响应的一个特例。当谐波频率不同时， 其输出的幅值与相位也不同。
第五章 频率特性 对数相频特性图
横坐标：与对数幅频特性图相同。
) 纵坐标：线性分度，频率特性的相角 (（度）
几点说明
1、在对数频率特性图中，w=0不可能在横坐标上表示
出来；此外，横坐标一般只标注w的自然数值； 2、在对数频率特性图中，角频率w变化的倍数通常采用 频率比的方法：
第五章 频率特性
1,20 lg G ( j ) 0
第五章 频率特性 3、微分环节
G ( j ) j G ( j ) G ( j ) 90 20 lg G ( j ) 20 lg
1,20 lg G ( j ) 0
第五章 频率特性
4、惯性环节
1 G ( j ) 1 jT T 1 / T G ( j ) G ( j )
m m 1
若系统无重极点
bm s bm1 s b1 s bo X i X o ( s) G( s) X i ( s) n 2 2 n 1 an s an1 s a1 s ao s
线性系统幅频特性的测量.
在现代扫频仪中，一般采用以下几种扫频形式产生等幅的扫频信号。 ①变容二极管扫频：变容二极管扫频是用改变振荡回路中的电容量，以获得 扫频的一种方法。它将变容二极管作为振荡器选频电路中电容的一部分，扫频振 荡器工作时，将调制信号反向地加到变容二极管上，使二极管的电容随调制信号 变化而变化，进而使振荡器的振荡频率也随着变化，达到扫频的目的。改变调制 电压的幅度可以改变扫频宽度，即改变扫频振荡器的频偏。改变调制电压的变化 速率可以改变扫频速度。
u
O
f
图 7.2.3 单向扫描回扫显示零基线 3、扫频信号源的主要工作特性
①有效扫频宽度和中心频率：有效扫频宽度指在扫频线性和振幅平稳性能符 合要求的前提下，一次扫描能达到的最大频率覆盖范围。
f f max f min
式中 f ——有效扫频宽度。
3
fmax ——一次扫频时能获得的最高瞬时频率。 fmin ——一次扫频时能获得的最低瞬时频率。 扫频信号就是调频信号。在线性扫频时，频率变化是均匀的，称 f / 2 为频
a方框图b工作波形图722扫频仪的原理框图放大器扫频信号发生器扫描电压发生器被测电路检波探头放大器频标信号形成电路谐波发生器混频u1u1u2u3u4u5u2u4u3如图722所示扫描电压发生器产生的扫描电压既加至x信号发生器使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率之间存在着一一对应的确定关系
自动控制原理_第5章
：0 ( )： 0
dB
24
对数幅频曲线近似作法：
通信技术研究所
25
九.一阶不稳定环节 1 1 G( s) 特征根s= Ts 1 T
1 G ( j ) 1 T j
A( )
1 T 2 2 1
：0
一阶不稳： 惯性环节： 0
Im
0 n
1
1
0
Re
n
2
n
3 1 2 3
通信技术研究所
21
七.二阶微分环节
G( s) s2
2 n
2
n
s 1
G( j ) 1
( j )2
2 n
2
n
( j)
2 n arctan ， n 1 ( )2 n ( ) G ( j ) 2 n arctan ， n 1 ( )2 n
——幅频特性 ——相频特性
( ) ( j )
r (t ) Ar sin(t r ) 4. 稳态输出 cs (t ) ( j) Ar sin[t r ( j)]
通信技术研究所
3
三.频域性能指标 1.峰值Am ： A（ω）的最大值 2.频带宽 b： A()下降到0.707 A(0)对应的频率 3.相频宽 b ： ( ) 时对应的频率 2 4.零频振幅比A（0）：ω＝0时输出输入振幅比
dB
0
( ) 90
0.1 0. 2 0.3 0. 7
1
180 0.707 A( )无峰值 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 6 8 2 4 / 0.707 Am 1 m =0 0.707 Am 1 m 0 m , =0 Am m （共振） 0 m n (最大值) n
线性系统频率特性测量和网络分析
线性系统频率特性测量和网络分析由线性系统频域分析发展起来的频域测量技术在线性系统测量中具有特殊意义。
频域中有两个基本测量问题:信号的频谱分析、线性系统频率特性的测量。
如前所述，频谱分析仪可以完成对信号本身的分析以及非线性失真测量;对线性系统的频率特性测量和实现是本章将讲述的内容。
10.1线性系统频率特性测量频率响应是指线性网络对正弦输入信号的稳态响应，也称为频率特性。
网络的频率特性通常都是复函数，它的绝对值代表着频率特性中的幅度随频率变化的规律，称为幅频特性;相角或相位表征了网络的相移随频率变化的规律，称为相频特性。
线性网络的频率特性测量包括幅频特性测量和相频特性测量。
10.1.1幅频特性测量线性系统频率特性的基本测量方法取决于加到被测系统的测试信号。
经典方法是以正弦波点频测量为基础，这种静态的测量方法费时且不完整，常常会漏掉频率特性的突变信息或一些细节。
与之对应的是正弦波扫频测量，这是一种动态测量。
后来又发展到采用伪随机信号进行广谱快速测量，或者采用多频测量，即用具有素数关系的多个离散频率的正弦波集合作为测试信号的快速频率特性测量方法。
目前仍以正弦扫频测量为线性系统频率特性的经典测量方法。
1. 点频测量法为了测试各种无源器件，需要信号源对测量电路提供能源或激励信号。
测试要求信号源的频率必须能够在一定范围内调谐或选择。
早期的频率信号源主要靠机械方式实现频率调节，即通过改变振荡部分的谐振回路机械尺寸来调节。
这种机械式频率调谐信号源都是按照“点频”方式工作的，也就是每次只能将频率度盘放置到某一位置，输出某一所需的单一频率连续波信号。
对应的频率特性测量方法即为“点频测量”:测量元器件在一定频段内的特性曲线时，必须将信号源的频率依次设置调谐到各指定频点上，并分别测出各点上的参数之后，才能将各点数据连成完整的曲线。
点频测量方法很简单，但它存在明显的缺陷。
首先，点频测量所得的频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化。
网络分析仪的基本原理.
一种独特的仪器网络分析仪是一种功能强大的仪器, 正确使用时, 可以达到极高的精度。
它的应用也十分广泛, 在很多行业都不可或缺, 尤其在测量无线射频 (RF元件和设备的线性特性方面非常有用。
现代网络分析仪还可以应用于更具体的场合, 例如, 信号完整性和材料的测量。
随着业界第一款 PXI 网络分析仪— NI PXIe - 5630的推出, 你完全可以摆脱传统网络分析仪的高成本和大占地面积的束缚, 轻松地将网络分析仪应用于设计验证和产线测试。
网络分析仪的发展你可以使用图 1所示的 NI PXIe-5630矢量网络分析仪测量设备的幅度,相位和阻抗。
由于网络分析仪是一种封闭的激励 -响应系统, 你可以在测量 RF 特性时实现绝佳的精度。
当然, 充分理解网络分析仪的基本原理, 对于你最大限度的受益于网络分析仪非常重要。
在过去的十年中, 矢量网络分析仪由于其较低的成本和高效的制造技术, 流行度超过了标量网络分析仪。
虽然网络分析理论已经存在了数十年,但是直到 20世纪 80年代早期第一台现代独立台式分析仪才诞生。
在此之前, 网络分析仪身形庞大复杂,由众多仪器和外部器件组合而成,且功能受限。
NI PXIe-5630的推出标志着网络分析仪发展的又一个里程碑, 它将矢量网络分析功能成功地赋予了灵活,软件定义的 PXI 模块化仪器平台。
通常我们需要大量的测量实践, 才能实现精确的幅值和相位参数测量, 避免重大错误。
由于射频仪器测量的不确定性, 小的错误很可能会被忽略不计。
而网络分析仪作为一种精密的仪器能够测量出极小的错误。
网络分析理论网络是一个被高频率使用的术语,有很多种现代的定义。
就网络分析而言, 网络指一组内部相互关联的电子元器件。
网络分析仪的功能之一就是量化两个射频元件间的阻抗不匹配, 最大限度地提高功率效率和信号的完整性。
每当射频信号由一个元件进入另一个时, 总会有一部分信号被反射, 而另一部分被传输, 类似于图 2所示。
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第 五 章 线 性 系 统 频 率 特 性 测 量 和 网 络 分 析 仪
扫频仪电路组成方框如图5-5所示。整个电 路可分为三部分： 扫频信号和频标信号的产生电路； 扫描信号发生器及示波器； 电源供给电路。 另外，配有带检波器的探头和同轴电缆连 线等。 各部分工作原理:
1. 扫频信号的产生电路
扫频信号由扫频信号发生器产生。扫频信号发 生器包括扫频振荡器、扫描电压发生器、稳幅 电路、输出衰减。如图5-6所示。
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（1）扫频振荡器
扫频振荡器是扫频信号发生器的核心。目前常 用参数式扫频，它是利用振荡电路中某元件参 数变化而产生扫频信号的一种方法。
3. 扫描信号发生器和示波器部分图5-11 4. 电源供给部分
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5.2.3 频率特性测量仪的技术性能指标
（1）频率范围：1～300MHz； （2）扫频信号 （3）频率标记：有1MHz、10MHz、50MHz 及外接频标四种； （4）扫频信号输出电压：大于0.5Vrms±10% (75Ω)； （5）扫频方式 ①全扫：中心频率150MHz； ②窄扫：1-300MHz连续可调CW（点频） 方式； （6）探头：
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第 5章 线性系统频率特性测量 和网络分析仪
本章重点 5.1 概述 5.2 线性系统频率特性测量仪 5.2.1 频率特性测量方法 5.2.2 频率特性测量仪工作原理 5.2.3 频率特性测量仪主要技术指标 5.2.4 扫频仪的应用
参数式扫频振荡器主要有三种： ①磁调电感扫频振荡器 图5-7 ②变容管扫频振荡器 图5-8 ③宽带扫频 图5-9
（2）稳幅电路（AGC） （3）输出衰减
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2. 频标产生电路
在显示的幅频特性曲线上，需叠加频率标记，以 便读出各点相应的频率值。常用的有两种频标。 （1）菱形频标 菱形频标常利用差频法产生。所谓差频法是指扫频 信号与标准信号及其谐波进行混频后获得的一系列 “零差频”信号。如图5-10所示。 菱形频标适于高频的测量。如 BT-3C型频率特性 测试仪 。 （2）针形频标 在低频扫频仪中常用针形频标。如BT-4型低频频 率特性测试仪。
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本章重点 线性系统频率特性的概念 线性系统频率特性测量方法 扫频仪的组成和测量原理 微波网络特性参数概念 网络分析仪组成和测量原理
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5.2.2频率特性测量仪工作原理
频率特性测试仪是将扫频信号源及示波器的 X－Y显示功能结合为一体，并增加了某些附 属电路而构成的一种通用电子仪器，用于测 量网络的幅频特性，又简称扫频仪。
扫频仪的电路组成及工作原理 ： （以国产BT-3C型频率特性测试仪为例）
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5.1 概述
线性系统对正弦输入信号的稳态响应称为网络 的频率响应，频率响应与正弦输入信号之比称为 频率特性。频率特性是频域数学模型。
图5-1 线性网络的频率特性
图5-1为线性网络的频率特性，一般情况下线性 网络的频率特性通常是复函数H（jω），它的绝对 值表示了频率特性的幅度随频率的变化规律，称 为幅频特性。它的相位表明了网络的相移随频率 的变化规律，称为相频特性。线性网络的频率特 性测量包括幅频特性测量和相频特性测量。 图5-2所示为一个并联谐振回路的幅频特性和相频 特性。
线性系统频率特性的测量与被测系统的工作 频率密切相关。在低频和高频波段，所接触的参数 都是集总参数，描述电路工作的参数只集中在理想 的电路元件（如R，L，C)上，而连接元件的导线 被认为是无关的，仅起传输信号的作用。 只有在电路元件尺寸远远小于输入信号的波 长时才成立。实际上导线本身有电阻、电感，导线 间有电容。这些参数均匀分布在导线上，称为分布 参数。随着频率的提高，这些分布参数的作用将不 断增大到不能忽略的程度。 通常对线性系统频率特性的测量分为两个频 段来讨论。 在高频（30~300MHz)段主要介绍频率特性测试 仪（简称扫频仪）。 在微波（300MHz-300GHz)段主要介绍网络 分析仪。
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5.3 微波网络分析仪 5.3.1 微波网络特性参数 5.3.2 网络分析的基本概念 5.3.3 网络分析仪的组成 5.3.4 射频网络分析仪8712ET 5.4 实训 5.4.1 扫频仪的应用 5.4.2 网络分析仪的使用 5.5 习题
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5.2 线性系统频率特性测量仪
5.2.1 频率特性测量方法 线性系统频率特性的测量方法有点
频测量法、扫频测量法。 1．点频测量法 点频测量法属于静态测量法。 点频测量法测量幅频特性是将信号发生器 输出的点频信号逐一加至被测电路的输入 端，然后测量和计算输出信号电压Ｕout和 输入端的信号电压Uin比Au，在坐标轴上描 点并连接起来描绘出幅频特性曲线。测试 电路如图5-3所示。
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2．扫频测量法
扫频测量法又称为动态测量法。 扫频原理——采用等幅扫频信号加到被测电路输大 端，然后用示波器来显示信号通过被测电路后幅 度的变化。 基于扫频原理构成的频率特性测试仪，简称为扫频 仪。 扫频仪主要由扫描电压发生器、扫频信号发生器、 频标发生器和示波器等部分组成。其简化原理框 图如图5-4(a)所示。 工作波形如图5-4(b)所示。