第十一章 频域测量

幅频特性曲线上，对图形的频率轴进行定量， 可以用来确定曲线上各点相应的频率值。 频标的产生方法通常是差频法。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
频标产生方法.
晶体振荡器产生的信 号经谐波发生器产生 出一系列的谐波分量 基波和谐波分量与扫 频信号一起进入频标 混频器进行混频 滤去差频信 号中的高频 成分
第一节 时域测量和频域测量的 比较
1.时域测量
观察一个电信号的普通方法是显示信号波形，
即以时间t为水平轴，是在时间域内观察信号， 称为信号的时域分析。 如下图所示，方波与正弦波皆为时域测量显 示波形。
2.频域测量
从一个电信号所包含的频率成分，即信号的
频谱分布来描述，即以频率f作为水平轴，称 为信号的频域分析或频谱分析。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
（2）磁调制扫频振荡器
所谓磁调制扫频，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。
一个带磁芯的电感线圈，其电感量ＬＣ与该磁芯的 有效导磁系数μc之间的关系为 ＬＣ ＝μcＬ， 其中Ｌ是空芯线圈的电感量
二、频谱分析仪 1.频谱分析仪的分类
按工作频率分. 低频频谱仪，射频频谱仪及微波频谱仪。 按频带宽度分. 宽带频谱仪和窄带频谱仪。 按扫频体制分. 扫前端型和扫中频型。 按工作原理分. 实时频谱仪和扫描调谐型频谱仪。
二、频谱分析仪 2. 频谱分析仪的分类
⑴实时频谱仪
能同时显示规定的频率范围内的所有频率分
2.频域测量
广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率
分量的总集； 狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化 的幅度谱称为频谱。 频谱测量.在频域内测量信号的各频率分量， 以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是 付里叶变换。
2.频域测量
频谱的两种基本类型
离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表
一、频率特性测试仪(扫频仪) 5.扫频信号主要特性
1.有效扫频宽度Δf
在扫频线性和振幅平稳性符合要求的条件下，
一次扫频最大的频率覆盖范围。
式中，fmin 扫频的最低频率；
fmax 扫频的最高频率； Δfmax 频偏。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 5.扫频信号主要特性
扫频信号的中心频率f0定义为
频率特性测试仪，简称扫频仪，是利用示波
管直接显示被测二端网络频率特性曲线的仪 器，是描绘表征网络传递函数的仪器。 它是在静态逐点测量法的基础上发展起来的 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。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 减少寄生调 4. 扫频仪工作原理 幅.振荡幅度
Байду номын сангаас
3.时域和频域之间的联系
为幅频特性。
4.比较U ( t )和A(ω) 这两个图形可见，时域
分析和频域分析都可用来观察同一个电信号， 而两者的图形是不一样的。 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付里叶变换的关系。
4.时域和频域测量两者的优缺点
当需要研究波形严重失真的原因时，时域测
一、频率特性测试仪(扫频仪) 3.扫频法
扫频信号经过被测网络后，幅度按照被测网
络的幅频特性做相应变化，如上图中的波形 ④，这个包络线的形状就是被测网络的幅频 特性。 最后经过Ｙ通道放大，加到示波管Ｙ偏转系 统。 示波管的水平扫描电压用于调制扫频信号发 生器形成扫频信号。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，所以水平轴也就是频率轴。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
当扫频信号的频率f向频标频率fs接近时，差
频越来越小，当f正好等于fs时，混频器产生 零差频（零拍），当f逐渐离开fs时，差频从 零开始越来越大； 差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图形， 与图形叠加，这就是菱形频标。
在f=fs附近的差频信号波形中间 疏，两边密，其包络如一个菱形； 改变fs，频标将在图形上移动， 它停留的这一点的频率值可以直 接读出。
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而组成的。 ⑴原理图
一、频率特性测试仪(扫频仪) 3.扫频法
扫频信号发生器产
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， 如图中的波形②。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 3.扫频法
第二节 频域测量常用仪器 一 频率特性测试仪(扫频仪)
本节中掌握以下： ㈠什么是频率特性？什么是扫频法？ ㈡频率特性测试的两种常用方法.点频法 和扫频法，并掌握两者的区别和各自的 优点和缺点； ㈢频率特性测试仪的基本原理，其中扫 频信号如何产生是难点； ㈣扫频信号有哪些特性？
一、频率特性测试仪(扫频仪) 1.频率特性与扫频信号
一、频率特性测试仪(扫频仪) 2.点频法
⑶优缺点.
点频法是一种静态测量法，它的测量准确度
比较高，能反映出被测网络的静态特性； 测量时不需要特殊仪器； 缺点.操作繁琐、工作量大、容易漏测某些细 节，不能反映出被测网络的动态特性。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 3.扫频法
扫频测量法利用一个扫频信号发生器取代了
在电路的设计或产品的生产、调试中，经常 需要了解某个网络的频率特性（通常指幅频 特性）。 网络的幅频特性是指当网络的输入电压恒定 时，其输出电压随频率变化的关系特性。 2.幅度恒定且频率随时间按一定规律反复变化 的正弦信号，通常称为扫频信号 。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 2.点频法
点频法就是通过逐点测量一系列规定频率点
图中，VT1组成电容三点式振荡电路；Ｖ2、Ｖ3为变容管，它们
与Ｌ1、Ｌ2及ＶT1的结电容构成振荡回路，振荡频 率 ；
变容管扫频通过电压控制来实现，是一个压控振荡器。
Ｃ1为隔直电容； Ｌ2为高频阻流圈
随时间作周期性 变化时，Ｖ2、 Ｖ3结电容的反 向偏压u随之变 化， Cj也随之 改变，振荡频率 发生变化，产生 扫频信号。
上的网络增益（或衰减）来确定幅频特性曲 线的方法。 输入信号源，提供 频率和电压幅度均 ⑴原理图
可调整的正弦信号
网络 输入 端的 电压 幅度
网络输出端的 电压幅度指示 器
一、频率特性测试仪(扫频仪) 2.点频法
⑵测量方法.
在被测网络整个工作频段内，改变输入信号
的频率，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。 直角坐标中，以横轴表示频率的变化，以纵 轴表示输出电压幅度的变化，绘出网络的幅 频特性曲线。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 3.扫频法
⑵优点和缺点
扫频测量法简单、速度快，可以实现频率特
性测量的自动化。 由于扫频信号的频率变化是连续，不会象点 频法由于测量的频率点不够密而遗漏某些被 测特性的细节。 反映的是被测网络的动态特性。 测量的准确度比点频法低。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
Ｌ Ｃ ＝ μ cＬ
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
磁调制扫频的特点是电路简单，并能在寄生
调幅较小的条件下获得较大的扫频宽度。 这种扫频方法获得广泛应用，国产扫频仪BT －3、BT－5、BT－8等都采用磁调制扫频振 荡器。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
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
二、频谱分析仪
本节中掌握以下. ㈠ 频谱分析仪的用途； ㈡ 频谱分析仪的基本工作原理； ㈢ 频谱分析仪的主要技术指标。
二、频谱分析仪
频谱分析仪是指用于显示输入信号的功率
（或幅度）对频率分布的仪器，简称频谱仪。 频谱仪用于分析重复波形的特性，可显示信 号的全部频率成分。 频谱仪主要用于研究稳态信号，即把连续信 号分解成各个正弦分量并以f/V图形显示出来。 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。
压控特性曲线的非线性程度。
线性系数K
越接近1，则 压控特性曲 线的线性越好。
VCO最大控制 灵敏度，即f-u 曲线最大斜率
VCO最小控 制灵敏度
一、频率特性测试仪(扫频仪) 5.扫频信号主要特性
3.振幅平稳性
用扫频信号的寄生调幅来表示，如图。
式中，ma为寄生调幅系数。 通常要求它小于某一百分数。 扫频宽度越宽，非线性越大。 为改善振幅平稳性，故采用稳幅电路。
扫频信号中心频率f0的最大调节范围，
称为扫频范围。 频率覆盖范围也可用相对值来表示，如下
频偏Δfmax与中心频率f0可以比拟的扫频称为
宽带扫频，频偏Δfmax远小于中心频率f0时则 称为窄带扫频。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 5.扫频信号主要特性
2.扫频线性
用线性系数来表征，表示扫频振荡器的
量，而且保持了两个信号间的时间关系（相 位信息）； 它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能 分析瞬时信号。 实时频谱仪又主要可以分为多通道频谱仪和 快速付立叶频谱仪两类。
量有明显的优点。 如在频谱分析仪观察到两个信号频谱图相同， 但由于两个信号的基波、谐波之间的相位不 同，在示波器上观察这两个信号的波形可能 就不大一样。 然而，频域测量也有特点，例如一个失真很 小的正弦波，利用示波器观测就很难看出来， 但频谱分析仪却能测出很小的谐波分量。
5. 时域和频域测量各适用的场合
扫描电路产生线性良好的锯齿波电压(波形
① )。 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。
1.时域测量常用仪器为示波器、图示仪等，
用来测量波形的参数，如幅度值、周期、频 率、相位差等也十分方便。 2.频率特性测试仪和频谱分析仪是频域测量 的重要仪器，可观察微小失真的信号。
在频域内对元器件、 电路或系统的特性 进行动态测量，显 示频率特性曲线. 可对信号的频 谱进行分析， 显示信号的频 谱分布图。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
（1）变容二极管扫频振荡器(LC振荡器)
变容二极管.
实质是一个PN结，当它处于反向偏置时，结
电容Cj由势垒电容组成，Cj随加在变容管两 端的反向偏压u变化； 在一定范围内， u越大， Cj越小； u越小， Cj越大。
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
一、扫频仪 4.扫频仪工作原理
图中Ｍ为普通磁性材料，m 为高导磁率、低损耗的高频 铁氧体磁芯，Ｍ与m构成闭 合磁路。Ｗ1为励磁线圈，
通过调制电流时， 将使Ｍ中的磁通随 之变化，磁芯m的 有效导磁系数μc变 化，从而导致磁芯 线圈的电感量ＬＣ 变化，从而产生扫 频信号。
Ｗ2为偏磁线圈，在Ｍ 及m中建立直流磁通， 它与m的μc有关，调 节RP可以改变ＬＣ的大 小，可以改变扫频振 荡器的中心频率f0 。
随调制信号 的变化而变 化。
输出等幅扫频信 号，作为被测网 络的输入测试信 号
探测被测网络的输出 电压。它内藏晶体二 极管，起包络检波作 用
改变扫频信号的输出幅度
接收被测网络经检 波后的输出信号
一、频率特性测试仪(扫频仪) 4.扫频仪工作原理
扫频振荡器(核心电路)
作用是产生等幅的扫频信号。 在目前的扫频仪中，扫频振荡器通常采用以 下两种电路形式. 变容二极管扫频和磁调制扫频。
某个频率分量的幅度，每两条谱线之间的 间隔相等 连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非 周期信号和各种随机噪声的频谱
3.时域和频域之间的联系
1.由图可知，U ( t ) 是一个电信号随时间变
化的波形图，显示这个波形并求其有关参量 是时域分析的。 2.A ( ω) 是同一个电信号随频率变化的线状 频谱图，分析信号的频谱即求其各频率分量 的大小是频域分析的。 3.频谱图.将信号中所包含的频率分量按频率 顺序排列起来的谱图。一般只考虑其幅度大 小，故频谱图通常又称为幅度频谱，简称