频域测量与频谱分析仪

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扫描发生器用于产生扫频振荡器所需的调制信号及 示波管所需的扫描信号。扫描电路的输出信号有时不 是锯齿波信号,而是正弦波或三角波信号。这些信号 一般是由50Hz市电通过降压之后获得,或由其他正弦 号经过限幅、整形、放大及积分之后得到。
6.2.2.2 扫频振荡器
扫频振荡器是扫频信号发生器的核心部分,它的 作用是产生等幅的扫频信号。 通常采用以下两种电路 形式。
6.2.3.3 基本测量方法
(1)频标的读法 测读频标必须先把频标选择开 关置于10 MHz处进行粗测,然后转换频标选择至1 MHz进行精测。当波段开关置I,频标选择至10 MHz, 中心频率度盘在起始位置“0”附近,屏幕中心线上 应出现零频频标(该频标与其它频标相比,频标幅 度和宽度明显偏大),在它右边的第一个大频标的 是10MHz频标,第二个大频标是20 MHz频标,依次 类推。
(2)测量步骤 将扫频仪的扫频输出与 波测网络的输入用电缆连接,用检波探头将 被测幅度和频率都以绝对值定标的频谱仪, 可对电信号和电路的频率、电平、调制度、 调制失真、频偏、互调失真、带宽、窄带噪 声、增益、衰减等多种参数进行测量,配接 天线可测量场强、干扰。由于频谱仪的测量 功能较多,因此被广泛应用于广播、电视、 通信、雷达、导航、电子对抗及各种电路的 设计、制造和电子设备的维护、修理等方面。
图6-8 稳幅电路原理图
6.2.2.4 输出衰减器
输出衰减器用于改变扫频信号的输出幅度。 在扫频仪中,衰减器通常有两组:一组为粗 衰减,一般是按每挡为 10dB或20dB步进衰 减;另一组为细衰减,按每挡1dB或2dB步进 衰减。多数扫频仪的输出衰减量可达100dB。
6.2.2.5 频率标志电路
贵州电子信息职业技术学院
本节小结
时域测量和频域测量是从不同的角度去观测 同一网络,两者各有特点,互为补充,具体工作 中要根据具体的测量内容来选择。
6.2 频率特性测试仪
6.2.1 频率特性的测量方法 6.2.2 频率特性测试仪工作原理
6.2.3 BT-3频率特性测试仪 6.2.4 扫频仪的应用
6.2 频率特性测试仪
第6章 频域测量
6.1 时域测量和频域测量的比较
6.2 频率特性测试仪 5.3 频谱分析仪
本章要点
·时域测量和频域测量的关系 ·频率特性的测量方法 ·频率特性测试仪的工作原理及使用方法 ·频谱分析仪的工作原理及使用方法
本章难点
·频率特性测试仪和频谱分析仪的工作原理
5.1 时域测量和频域测量的比较
(1)变容二极管扫频振荡器 变容管扫频振荡器的 原理如图6-6所示。
图6-6 变容管扫频振荡器原理图
(2)磁调制扫频振荡器 所谓磁调制扫 描,就是用调制电流所产生的磁场去控制 振荡回路电感量,从而产生频率随调制电 流变化的扫频信号。
图6-7 磁调制扫频原理图
6.2.2.3 稳幅电路
稳幅电路的作用是减少寄生调幅,其基本原理 如图6-8所示。扫频振荡器在产生扫频信号的过程 中,都会不同程度地改变着振荡回路的Q值,从而 使振荡幅度随调制信号的变化而变化,即产生了 寄生调幅。抑制寄生调幅的方法很多,最常用的 方法是:从扫频振荡器的输出信号中取出寄生调 幅分量并加以放大,再反馈到扫频振荡器去控制 振荡管的工作点或工作电压,使扫频信号的振幅 恒定。
(3)输出扫频信号频率范围的检查:
将输出探头与输入探头对接,每一频段都应在 屏幕上显示一矩形方框。频率范围一般分三 档:0~75MHz、75~50MHz、150~ 300MHZ,用波段开关切换。
(4)检查内、外频标
检查内频标时,将“频标选择”开关置 “1MHZ”或“10MHZ”内频标,在扫描基线 上可出现1MHZ或10MHZ的菱形频标,调节 “频标幅度”旋钮,菱形频标幅度发生变化, 使用时频标幅度应适中,调节“频偏”旋钮, 可改变各频标间的相对位置。若由外频标插 孔送入标准频率信号,在示波器上应显示出 该频率的频标。
6.2.4 扫频仪的应用
6.2.4.1 使用前的检查
(1)检查示波器部分
检查项目有辉度、聚焦、垂直位移和水平 宽度等。首先接通电源,预热几分钟,调 节“辉度、聚焦、Y轴位移”,使屏幕上显 示度适中,细而清晰,可上下移动的扫描 基线。
(2)扫频频偏的检查:
调整频偏旋钮,使最小频偏为±0.5MHz,最大 频偏为±7.5MHz。
要求在整个波段内,r20%。
图6-12 扫频信号寄生调幅 图6-13 扫频信号的非线性
(8)“1MHZ”或“10MHZ”频标的识别方 法
找到零频标后,将波段开关置于“Ι”, “频标幅度”旋钮调至适当位置,将频标选 择放在“1MHZ”位置,则零频标右边的频标 依次为1MHZ,2MHZ… …。将频标选择放在 “10MHZ”位置,则零频标右边的频标依次为 10MHZ,20MHZ… …,两大频标之间频率间 隔10MHZ,大频标与小频标之间频率间隔 5MHZ。
时域测量和频域测量的比较可用图6-1来说明 图6-1 时域测量和频域测量的比较
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通过观察图6-1可以发现,时域分析和频 域分析可用来观察同一个电信号,两者的图形 却是不一样的,但两者所得到的结果是可以互 译的,即时域分析与频域分析之间有一定的对 应关系,从数学上说就是一对傅立叶变换的关 系。但是两者又是从时间和频率两个不同的角 度去观察同一事物,故各自得到的结果都只能 反映事物的某个侧面。因此从实际测量的观点 来看,时域分析和频域分析各有用武之地。
测量和观察一个电信号的最常用的仪器是 大家熟悉的示波器,它是以时间t为水平轴对 信号波形进行测量和显示,这种分析方法是 在时间域内观察和分析信号,所以称为信号 的时域测量和分析。以电信号的频率f作为水 平轴来测量分析信号的变化,这就是在频率 域内对信号进行观察和测量,简称为信号的 频域测量和频谱分析。
频率标志电路简称为频标电路,其作用是 产生具有频率标志的图形,叠加在幅频特性 曲线上,以便能在屏幕上直接读出曲线上某 点相对应的频率值。频标的产生方法通常是 差频法,其原理框图如图6-9所示。
图6-9 差频法产生频标的原理框图
图6-10 叠加在曲线上的频标图
6.2.3 BT-3频率特性测试仪
BT-3型频率特性测试仪采用晶体管和集 成电路,功耗低、体积小、重量轻、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 来测定无线电电路的频率特性。
在相邻两个大频标的中心,幅度稍低的频
标是5 MHz频标。当波段开关至II时,中心频 率度盘从起始位置逆时针旋转时,第一个经过 屏幕中心的大频标是70 MHz频标,第二个大 频标是80 MHz,依次类推。当波段开关至III 时,中心频率度盘从起始位置逆时针旋转时, 第一个经过屏幕中心的大频标是140 MHz频标, 第二个经过屏幕中心的大频标是150 MHz频标, 依次类推。
(9)波段起始频标的识别方法
“频标幅度”旋钮调至适当位置,频标选
择放在“10MHZ”,“频率偏移”最小。将波 段开关置Π,旋转“中心频率”旋钮,使扫 描基线右移,移动到不能再移的位置,则屏 幕中对应的第一只频标为70MHZ,从左到右 依次为80MHZ, ……、150MHZ。将波段开关 置Ш,则屏幕中对应的第一只频标为 140MHZ,识别频标方法相同。
6.2.1 频率特性的测量方法 (1)点频测量法 点频法就是通过逐点测量一系列规定频率点上的网 络增益(或衰减)来确定幅频特性曲线的方法,其原理 如图6-2所示。测量方法是:在被测网络整个工作频段内, 改变信号发生器输入网络的信号频率,注意在改变输入 信号频率的同时,保持输入电压的幅度恒定(用电压表I 来监视),在被测网络输出端用电压表II测出各频率点 相应的输出电压,并做好测量数据的记录。然后在直角 坐标中,以横轴表示频率的变化,以纵轴表示输出
(4)调频非线性系数 扫频频偏在±7.5MHz时≤20%。 (5)频标 菱形,分为1MHz、10 MHz和外接三种。 (6)输出扫频信号电压 >0.1V。 (7)输出阻抗 75Ω。 (8)扫频信号输出步进衰减
粗衰减:0、10、20、30、40、50、60dB; 细衰减:0、2、3、4、6、8、10 dB。 (9)检波探头 输入电容≤5pF,最大允许输入直流电压 为300V。
图6-4 频率特性测试仪组成框图
频率特性测试仪主要由扫频信号发生器、频标 电路以及示波器等组成,其组成框图如图6-4中的 虚线框内所示。
扫频信号发生器是组成频率特性测试仪的关键 部分,它主要由扫描电路、扫频振荡器、稳幅电 路和输出衰减器构成,如图6-5所示。
图6-5 扫频信号发生器组成框图
6.2.2.1 扫描发生器
示波管的水平扫描电压,同时又用于调制扫频信
号发生器形成扫频信号。因此,示波管屏幕光点的水 平移动,与扫频信号频率随时间的变化规律完全一致, 所以水平轴也就变换成频率轴。也就是说,在屏幕上 显示的波形就是是被测网络的幅频特性曲线。
图6-3 扫频法测量幅频特性
6.2.2 频率特性测试仪工作原理 频率特性测试仪(简称扫频仪),主要用于测 量网络的幅频特性。它是根据扫频法的测量原理设 计而成的。简单地说,就是将扫频信号源和示波器 的X-Y显示功能结合在一起,用示波管直接显示被测 二端网络的频率特性曲线,是描绘网络传递函数的 仪器。这是一种快速、简便、实时、动态、多参数、 直观的测量仪器,广泛地应用于电子工程等领域。 例如,无线电路、有线网络等系统的测试、调整都 离不开频率特性测试仪。
M=(A-B)/(A+B)×100%
要求在整个波段内,m7.5%。
(7)检查扫频信号非线性系数
“频标选择”开关置于“1MHZ”,调节 “频率偏移”为7.5MHZ,如图6-13所示, 记下最低、最高频率与中心频率f0的几何距 离A、B,则扫频信号非线性系数为
γ=(A-B)/(A+B)×100%
6.2.3.1 仪器面板图 如图6-11所示,面板上各个控制装置及旋钮的名称和作

图6-11 BT3C型 频率特性测试仪
6.2.3.2 主要技术指标 (1)中心频率 在1~300MHz内可任意调 节,分三个波段
第I波段:1~75MHz; 第II波段:75~150MHz; 第III波段:150~300MHz; (2)扫频频偏 最小扫频频偏≤±0.5MHz; 最大扫频频偏>±7.5MHz。 (3)寄生调幅系数 扫频频偏在±7.5MHz 时≤±7.5%。
(5)零频标的识别方法
频标选择放在“外接”位置,“中心频率” 旋钮旋至起始位置,适当旋转时,在扫描基 线上会出现一只频标,这就是零频标。零频 标比较特别,将“频标幅度”旋钮调至最小 仍出现。
(6)检查扫频信号寄生调幅系数
用输出探头和输入探头分别将“扫频信号输出” 和“Y轴输入”相连,将“输出衰减”的粗细衰减 旋钮均置0Db,选择内频标(如1MHZ),在屏幕 上会出现一个以基线为零电平的矩形图形,如图 7.12所示,调整中心频率度盘,扫频信号和频标 信号都会移动,调节显示部分各旋钮,使图形便 于观测,记下最大值A、最小值B,则扫频信号寄 生调幅系数为
电压幅度的变化,将每个频率点及对应的输出电压描 点,再连成光滑曲线的幅频特性曲线,即可得到被测 网络的幅频特性曲线(如图6-3)。
图6-2 点频法测量幅频特性的原理图
(2)扫频测量法 扫频测量法是是利用一个扫频信号发生器取代了点
频法中的正弦信号发生器,用示波器取代了点频法中的 电压表组成的。其基本工作原理如图6-3所示。图(6-3) 中扫频信号发生器中的扫频振荡器是关键环节,它产生 一个幅度恒定且频率随时间线性连续变化的信号作为被 测网络的输入信号,通常称为扫频信号,如图6-3(b) 中的波形②。这个扫频信号经过被测电路后就不再是等 幅的,而是幅度按照被测网络的幅频特性做相应变化, 如图6-3(b)中的波形④,这个包络线的形状就是被测 电路的幅频特性。最后经过Y通道放大,加到示波管Y偏 转系统。
扫描电路产生线性良好的锯齿波电压,如图6-3 (b)中的波形①。这个锯齿波电压一方面加到扫频 振荡器中对其振荡频率进行调制,使其输出信号的瞬时 频率在一定的频率范围内由低到高作线性变化,但其幅 度不变,这就是前述的扫频信号。另一方面,该锯齿波 电压通过放大,加到示波管X偏转系统,配合Y偏转信 号来显示图形。
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