频域测量
现代时域测量总结
第一章概论1电子测量：宽频率范围（直流到光波）信号和系统的特性参数。
信号特性参数：信号的波形、频谱、电压、功率、频率、相位、周期、时间间隔 系统特性参数：系统的瞬态响应、传递函数、电阻、电容、电感、电抗、导纳、 常数、导磁率、驻波比、反射系数、散射参数、衰减、群延迟……2、 测量的基本要素：被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员、测量环境3、 频域测量、时域测量、调制域测量频域测量：以被测信号和系统在频率领域的特性为依据，研究的是被测对象的复数频率特性（包括幅频特性和相频特性），即信号的频谱和系统传递函数。
一稳态测量、加正弦测量时域测量：以被测信号和系统在时间领域的特性为依据，研究的是被测对象的幅度 -时间特性，即信号波形和系统的单位阶跃响应或单位冲激响应。
一瞬态测量、加脉冲测量调制域测量：研究的是被测对象的频率（时间间隔） -时间特性，连续测量被测信号的瞬时频率（时间间隔）。
时域测量特点：与频域相比、信号披形：信号一一被测对象的实际过程，客观存在波形一一信号的表现形式，主观对客观的反映5、线性系统特点： （线性时不变系统还满足时不变特性）1） 系统的模型方程具有 线性属性（满足迭加原理） 2） 组成系统的元器件及电磁介质的参数值与 独立变量无关3） 用n 阶常系数线性微分方程组 描述激励与响应Q 值、介电 满足卷积方程对微分方程进行傅立叶变换、拉普拉斯变换一一可得到系统的传递函数系统输入扫频正弦信号，测量对应输出信号的幅值和相位一一可得系统的频率特性系统输入单位脉冲信号一一可得到时域脉冲响应函数 频率为W 0的正弦波： 线性系统：正弦输入一- 理想线性系统（无失真传输系统） -具有恒定的幅度和线性相位6、线性系统瞬态特性估计波形和测量系统中存在噪声一一只能得到信号和系统的估计4) 5) 正弦输出y(t)=ax(t-t 0) Y()二 ae_ t °Xf )线性系统瞬态响应估计 一一确定阶跃响应 SR 和脉冲响应IR 单位脉冲信号和单位阶跃信号 系统的输入x （t ）为单位脉冲信号-（t ）时，此时系统输出响应就是脉冲响应（又称冲激响应） 当系统的输入x （t ）为单位阶跃信号u （t ）时，此时系统的输出响应称为阶跃响应 脉冲响应的积分为阶跃响应，反过来阶跃响应的微分就是脉冲响应7、直接获取系统瞬态响应的方法要求信号源、示波器、积分器、微分器及电缆、接头等都是理想的带宽4、高斯系统参数估计:1）高斯系统是物理上不可实现的系统，具有非因果的阶跃响应与脉冲响应 2） 高斯函数具有一些人们期望的数学特性, 3） 高斯系统时域与频域关系：f 0孑2） 示波器输出的响应是 系统各组成部分响应的合成 结果一一带来误差3） 当系统各单元的响应时间远远小于（<<0.01 ）被测系统的响应时间时，误差一般 <1%――工程上视为理想的4） 否则，误差增大：利用反卷积方法可以得到更准确的结果 卷积反卷积反卷积已知X 、H ，求Y1、 确定响应问题2、 常用于估计滤波作用3、 用卷积计算一一比较容易4、 Y — X 和H 之间的交叉频 谱5、 数字方法很容易实现各种 滤波器，如矩形滤波器，物 理上很难实现已知X 、Y ，求H1、 系统辨识冋题求系统传递函数2、 H=Y/X ，可以用数学计算 得到3、 但如X 不精确一一在零点 附近会产生很大误差4、 源和接收设备噪声一一小5、 或先进行滤波处理已知H 、Y ，求X1、 信号恢复问题2、 常用于原始信号通过已知 滤波器后，再重建3、 时域反射测量中，改善时 间和距离分辨力4、 对某一预定传输路径进行 均衡以便恢复原来的信号5、 H 在零点附近会产生很 大误差响应矗斛通函皱ffj畑、严 --------- 傅氏理变换孑 -------------------1ZWk 出［ --------- M 氐喪眺 ---------------------F 愉出城曲门"八第二章脉冲波形参数参数名称符号 定 义与 时 间 有 关 的 参 数脉冲前过渡时间（上升时间）脉冲幅度由10%上升到90%的一段过渡时间脉冲后过渡时间（下降时间）T f 脉冲幅度由90%下降到10%的一段过渡时间 脉冲宽度x在脉冲幅度为50%的两点之间的 时间脉冲周期T指一个脉冲波形上的 任意一点到相邻脉冲波形上的对应点 之间的时间脉冲宽度占有率S S=x /T2、 底量值、顶量值测定方法 密度分布平均数法；密度分布众数法；峰值法3、 RC 电路：过渡持续时间：T D =2.2RC = 2.2’系统带宽与过渡持续时间的关系： a 为半功率点处的角频率，即 3dBT D2.2 2.2 2 二 f °0.35 f 0对估计信号参数有用89、反卷积确定系统冲激响应的两种方法|输 入乂皿伸 氐唯換| ____________________________________ > 输 入频暗 皿丿切1基本脉冲术语•适于窄脉冲作者：哈尔滨工业大学一胡车（Copyright: HIT-CH4）n级咼斯系统：方和根准则T D =(T D12+T D22 +||«+TDn 丁［（RSS准则）5、示波器总的上升时间示波器系统总的上升时问2 2 2 12T总上升时间=（T i +T2 +—+T N）F3dB=0.35/ T 总上升时间6、非高斯系统参数估计1）当系统不是高斯系统时，RSS准则的精度与脉冲特性偏离高斯分布的程度有关2）当T F > > T S或波形的过冲和圆弧较小时，工程上认为RSS t则仍然是的精确的第三章快速变换与卷积（阅读PPT为主）1、N点的DFT计算量：N2次复数乘法X, N （N-1）次复数加法+2、FFT（A）时间抽取计算量：共需（N/2）log2N次乘，Nlog2N次加，共N/2个蝶形DIT:按在时域上输入序列次序的奇偶来抽取（分解）基本原理：DFT的计算量正比于N2, N小，计算量也就小将大点数DFT分解成若干小点数DFT组合，减少运算按时间序列奇偶抽取特点：原位计算、正序输出，倒序输入（码位倒序）、蝶形类型随迭代次数成倍增加（B）频率抽取：基本原理：DFT的计算量正比于N2, N 小,计算量也就小将大点数DFT分解成若干小点数DFT组合，减少运算时间序列对半分特点：共有M=log2N级运算，N/2个蝶形运算；正序输入，倒序输出；原位运算；蝶形类型随迭代次数成倍减少3、实输入序列FFT:同时计算两个实序列的FFT算法；用N点变换计算2N个样本点的变换采用DFT或FFT，作了如下处理：用离散采样信号的傅立叶变换来代替连续信号的频谱；用有限长序列来代替无限长离散采样信号，所以DFT或FFT得到的是傅立叶变换的一种逼近形式。
电路频域特性的测量——电压传输比实验报告
基础电路实验报告实验名称:电路频域特性的测量——电压传输比一、实验目的（1） 掌握电压传输比频率特性的两种测量表示方法。
（2） 了解低通和高通滤波器的频率特性。
二、 实验原理 由于)()(g )(H 1221212CH CH CH CH CH CH S V V V V V V ϕϕωω-∠====&&&&&& 所以⎪⎩⎪⎨⎧-==1212)(g CH CH gainCH CH V V ϕϕϕω&& 信号源频率可以根据需要选取一定的变化范围，并按一定间隔选取，然后根据测量数据画出幅频特性和相频特性曲线。
在测量频率特性时，应当先粗略观察一下频率特性的变化规律，在特性弯曲较大的区域应适当增加测量频率点，然后设计好记录表格再进行逐点测量。
转移函数是电路的固有特性，对于某一信号频率，转移函数不会随输人激励幅度的变化而变化。
由于信号源内阻的影响，被测电路输入阻抗随频率变化将导致通道1的幅度也会随频率变化，所以，在测量过程中需要监测通道1的测量数据。
一般可以在测量每个频率点时，调整信号源幅度，使每个频率点输入到电路激励的幅度恒定，便于比较和计算。
当测量转移电压比时，可以将输入电压幅度调整为1V 或者0dB，此时测量的输出电压幅度值就是该转移电压比，可以减少后期的数据处理。
三、实验方案（1）测量一阶RC低通电路的频率特性一阶RC低通电路如图所示，图中R=5.1kΩ，C=0.047μF。
电路的输入端输入一个电平为0dBV的正弦信号，频率可选范围为50HZ~20kHZ。
按照实验图连接好电路图后，首先改变信号源的频率（从低到高），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看下电路是否具有低通特性，测量并记录-3dB截止频率。
然后逐点测量该低通电路的频率特性。
其幅频特性用“dB”表示，相频特性用“度”表示，所有原始测量数据均记录在自行设计的表格中。
（2）测量一阶RC高通电路的频率特性一阶RC低通电路如图所示，图中R=5.1kΩ，C=0.047μF。
电子测量与仪器第八章频率域测量频谱分析仪
2023/5/16
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•8.1 频率域测量概述
一、频域测量的任务： 两大任务：
１、线性系统频率特性测量： 集总参数、分布参数；准静态系统(低频、高频、
微波)；不同的波段，用不同的仪器： 高频段(30-300MHz)：扫频仪 微波段(300M-300GHz)：网络分析仪 (非绝对分法)
相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。 扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴上 扫描。 差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机的 原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差 频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此 依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是 模拟式频谱仪最常采用的方法。
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•二、顺序滤波式频谱仪
也这叫种档方级法滤简波单频易谱行仪，，但由在多频个带通较带宽互或相较衔高接频的段 带 的情通况滤下波需器要和大共量用滤检波波器器，构仪成器。体用积多过个大频；率由固于定通带且 相 窄，邻的分窄辨带力带和通灵滤敏波度器都阵不列是来很区高分。被一测般信用号于的低各频种段频的
• 滤波器响应时间（建立时间） 信号从加到滤波器输入端到获得稳定输出所需的
时间。通常用达到稳幅幅度的90％所需的时间TR来 表述，它与绝对带宽B成反比：TR∝1/B。
宽带滤波器的响应时间短，测量速度快；窄带滤 波器建立时间较长，但频率分辨率更高、信噪比好。 响应时间限制了频谱仪的扫描分析速度，影响实时频 谱分析的实现。
III：150~300MHz，由II倍频得到
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
一、外差式频谱仪的组成 主要包括输入通道、混频电路、中频处理 电路、检波和视频滤波等部分。
频域测量与仪器
第 5 章 频域测量与仪器
（6）寄生调幅系数 频偏在40MHz内不大于5%，300MHz内不大于10%。 （7）输出衰减 10dB×6，1dB×10步进。 （8）频标 1MHz、10MHz（复合），50MHz及外接。 （9）Y轴输入衰减 分1、10、100三挡。 （10）Y轴输入灵敏度 4mV/div。
5.1 频率特性测试仪工作原理
5.1.1 频率特性测量法 频率特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。 被测电路的频率特性曲线即幅频特性曲线，测量方法包括 点频测量法和扫频测量法。 ①点频测量法即静态测量法，由人工逐次改变输入正弦信 号的频率，逐点记录对应频率的输出信号幅度而得到幅频特性
第 5 章 频域测量与仪器
第5章 频域测量与仪器
学习参考：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。
本章要点：扫频仪、频谱仪的组成原理与性能指标及应用。
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第 5 章 频域测量与仪器
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第 5 章 频域测量与仪器
u1
t
X放大器 u1
Y放大器
频标信号
u2
形成电路
u3
t t
扫描信号源
晶振
u1
u2
扫频信号源 u3
被测电路
u4
u5 检波探头
混频器
u4
t
电子测量与仪器—频域测量
4.调谐方程和频率参数
2.动态频率特性
随着扫描速度的提高，频率特性将扫频方向偏移。图中Ⅰ 为静态特性，Ⅱ、Ⅲ为依次提高扫速时的动态特性曲线。可以
看出动态频率特性有以下特点：
(1)顶部最大值下降； (2)特性曲线被展宽；
(3)扫速愈高，偏移愈严重。 其原因是由于实际电路是由
动态元件L、C等元件组成的(如 调谐电路)，信号在其上建立或
正弦稳态下的系统函数或传输函数H(jω)反映该系统 激励与响应的关系：
式中，H(ω)也可写成H(f)，称为测量的幅频特性。 Φ(ω)是相频特性。
8.1.1 静态频率特性测量——点频法
点频法就是“逐点”测量幅频特性的方法，注意明确 被测电路选用相应仪器。
K( f )
f f0
特点：所测出的幅频特性是电路系统在稳态情况下的静态 特性曲线。但操作繁琐费时，并且可能遗漏掉某些特性突 变点。这种方法一般只用于实验室测试研究。
8.4.2 实例1—BP-1型频谱仪
是国产的早期产品，性能指标不高，用它讲解原理比较简明易懂。
3MHz～6MHz fs K1 1
变频器 M0(+)
100Hz～3MHz
1 2
K2
被测信号 (设fs =10MHz 100Hz～30MHz
1KHz标准调幅波)
10MHz 2
3MHZ～30MHz
3～6MHz 5MH
0.2~0.3S 图8.35 BP-1 频谱仪原理框图
从图中可以看到以下特点： 1.多级变频
从框图可以看出频谱仪主要电路是一台超外差接收机 。为了提高分辨频谱能力，则要提高接收机的选择性，而 决定选择性的通频带：
（8.13）
谐振回路的Q值提高较困难，故欲使 减小，主要措施是 降低信号频率 ，因此要通过多次变频将被测信号的频谱搬移 到较低的中频上，这样窄带滤波器才容易实现。
信号的时域、频域与数据域测试技术
数据域测试方法
数据采集
通过传感器或数据采集卡等设备，对 信号数据进行实时采集，并转换为可 处理的数据格式。
数据处理
对采集到的信号数据进行预处理、滤 波、去噪等操作，以提高数据的质量 和可靠性。
特征提取
从处理后的信号数据中提取出反映信 号性能的特征参数，如频率、幅度、 相位等。
时域测试主要关注信号随时间变化的 特性。
详细描述
一个典型的应用案例是雷达信号的时 域测试。通过测量雷达信号在不同时 间点的幅度和相位变化，可以分析目 标的距离、速度和角度等信息。
频域测试案例
总结词
频域测试主要关注信号在不同频率的 成分和特性。
详细描述
一个典型的应用案例是通信信号的频 域测试。通过分析信号在不同频率的 幅度和相位响应，可以评估通信系统 的性能，例如信噪比、频谱效率和抗 干扰能力等。
03
根据对信号实时分析的要求，选择能够快速给出分析结果的测
试技术。
测试技术的发展趋势
智能化
利用人工智能和机器学习技术提高测试的自动化和智能化水平。
高效化
优化算法和硬件资源，提高测试效率。
多域融合
结合时域、频域和数据域测试技术的优点，开发多域融合的测试技 术。
05
实际应用案例分析
时域测试案例
总结词
频谱分析
通过分析信号的频谱，了解信号中各频率分量的 幅度和相位信息。
滤波器
用于提取或抑制特定频率范围的信号，实现信号 的频域处理。
频域测试方法
频谱分析仪
用于测量信号的频率、幅度和相位信息，以及信号的 调制参数等。
第章频域测量技术
第6章 频域测量
频谱分析仪依托中频滤波器辨别各频率成份，检波器测 量信号功率，依托本振和显示横坐标旳相应关系得到信号频 率值。 实际中旳频谱仪旳构成构造要比图7.1复杂得多，为 了取得高旳敏捷度和频率辨别力，要采用屡次变频旳措施，以 便在几种中间频率上进行电压放大。
第6章 频域测量 6.1.2 频域测量旳分类
根据实际应用旳需求，频域分析和测量旳对象和目旳也各不 相同，一般有下列几种： （1）频率特征测量：
主要对网络旳频率特征进行测量，涉及幅频特征、相频特征、 带宽及回路Q值等。 （2） 选频测量：
利用选频电压表，经过调谐滤波旳措施，选出并测量信号中 某些频率分量旳大小。
第6章 频域测量
3)稳幅电路 稳幅电路旳作用是降低寄生调幅。 扫频振荡器在产生扫频信号旳过程中，都会不同程度地变化着 振荡回路旳Q值，从而使振荡幅度随调制信号旳变化而变化，即产 生了寄生调幅。克制寄生调幅旳措施诸多，最常用旳措施是从扫频 振荡器旳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旳工作点或工作电压，使扫频信号旳振幅恒定。 4)输出衰减器 输出衰减器用于变化扫频信号旳输出幅度。 在扫频仪中，衰减器一般有两组：一组为粗衰减，一般是按每 挡10dB或20dB步进衰减；另一组为细衰减，按每挡1dB或2dB步进衰 减。多数扫频仪旳输出衰减量可达100dB。
第6章 频域测量
6.2.1频率特征测试仪旳基本构成和工作原理 频率特征测试仪简称扫频仪，它是利用示波管直接显示被测二
端网络频率特征曲线旳仪器，是描绘表征网络传递函数旳仪器。频 率特征测试仪是在静态逐点测量法旳基础上发展起来旳一种迅速、 简便、实时、动态、多参数、直观旳测量仪器，它被广泛地应用于 电子、通信工程等领域，例如，家用电器(电视机、收录机等)和通 信设备(收、发信机等)旳测量、调试都离不开扫频仪。
常用信号测量实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉常用信号测量仪器的操作方法。
2. 掌握信号的时域和频域分析方法。
3. 学会运用信号处理方法对实际信号进行分析。
二、实验原理信号测量实验主要包括信号的时域测量、频域测量以及信号处理方法。
时域测量是指对信号的幅度、周期、相位等参数进行测量；频域测量是指将信号分解为不同频率成分，分析各频率成分的幅度和相位；信号处理方法包括滤波、放大、调制、解调等。
三、实验仪器与设备1. 示波器：用于观察信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
2. 频率计：用于测量信号的频率和周期。
3. 信号发生器：用于产生标准信号，如正弦波、方波、三角波等。
4. 滤波器：用于对信号进行滤波处理。
5. 放大器：用于对信号进行放大处理。
6. 调制器和解调器：用于对信号进行调制和解调处理。
四、实验内容与步骤1. 时域测量（1）打开示波器，调整波形显示，观察标准信号的波形。
（2）测量信号的幅度、周期、相位等参数。
（3）观察不同信号（如正弦波、方波、三角波）的波形特点。
2. 频域测量（1）打开频率计，调整频率显示，测量信号的频率和周期。
（2）使用信号发生器产生标准信号，如正弦波，通过频谱分析仪分析其频谱。
（3）观察不同信号的频谱特点。
3. 信号处理方法（1）滤波处理：使用滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的变化。
（2）放大处理：使用放大器对信号进行放大处理，观察放大前后信号的变化。
（3）调制和解调处理：使用调制器对信号进行调制，然后使用解调器进行解调，观察调制和解调前后信号的变化。
五、实验结果与分析1. 时域测量结果通过时域测量，我们得到了不同信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
例如，正弦波具有平滑的波形，周期为正弦波周期的整数倍，相位为正弦波起始点的角度；方波具有方波形，周期为方波周期的整数倍，相位为方波起始点的角度；三角波具有三角波形，周期为三角波周期的整数倍，相位为三角波起始点的角度。
2. 频域测量结果通过频域测量，我们得到了不同信号的频谱。
时域法和频域法在测量RC电路时间常数时各有优缺点
时域法和频域法在测量RC电路时间常数时各有优缺
点
时域法和频域法在测量RC电路时间常数时各有优缺点。
1.时域法：
2.优点：可以直接观察电路的瞬态响应，不需要进行傅里叶变换。
可以得到
电流和电压的波形，易于理解电路的工作原理。
3.缺点：需要使用高速的采集设备，且电路中的噪声会对测量结果产生影响。
4.频域法：
5.优点：可以通过分析电路的频率响应来得到RC电路的时间常数。
可以测量
较宽频率范围内的响应，且测量精度较高。
6.缺点：需要使用傅里叶变换等复杂的数学工具，对于初学者可能不太容易
理解。
频域法的测量结果不如时域法直观，需要一定的解析能力。
综上所述，时域法和频域法各有其优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。
在选择测量方法时，还需要考虑到电路的复杂程度、噪声影响以及测量精度等因素。
《频域测量》课件
目录
• 频域测量的基本概念 • 频域测量的基本原理 • 频域测量的常用仪器 • 频域测量的实际应用 • 频域测量的最新发展
01 频域测量的基本概念
频域测量的定义
频域测量是一种通过分析信号在频率 域的特性来获取信息的方法。它通过 将信号从时域转换到频域，利用频率 特性来描述信号的特征。
快速傅里叶变换（FFT）
一种高效的计算离散傅里叶变换的方法，能够快速得到信号的频谱。
频谱分析的窗函数
在进行傅里叶变换时，使用不同的窗函数可以得到不同分辨率的频 谱，窗函数的选择对于频谱分析结果的影响较大。
频域测量中的滤波器
低通滤波器
允许低频信号通过，抑 制高频信号，用于提取
信号的低频成分。
高通滤波器
频谱分析仪通常具有较高的频率分辨 率和动态范围，能够测量不同频率下 的信号强度和失真。
它能够分析信号在不同频率下的表现， 帮助工程师了解信号的频域特性。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、 电子对抗、音频等领域。
网络分析仪
网络分析仪是一种用于测量网络 参数的仪器，如电压驻波比
（VSWR）、传输系数、相位等。
人工智能在频域测量中的应用
人工智能技术为频域测量提供了新的方法和思路，能够自动识别、分类和预测信 号的特征和行为。
通过训练神经网络、支持向量机等机器学习算法，可以实现对信号的自动分类、 异常检测和模式识别等功能，提高了频域测量的智能化水平。
频域测量与其他测量方法的结合
频域测量方法可以与其他测量方 法相结合，形成多维度的信号分 析方法，从而更全面地了解信号
成不同频率分量的叠加。
频谱分析
通过分析信号的频谱，可以了解信 号中各个频率分量的幅度和相位信 息，从而对信号进行深入理解和分 析。
传感器动态测量方法
传感器动态测量方法传感器是一种能够感知和测量特定物理量的装置，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
在许多应用中，我们需要对被测量对象的动态变化进行实时监测和测量，这就需要采用传感器动态测量方法。
本文将介绍几种常见的传感器动态测量方法，并探讨它们的优缺点。
一、时域动态测量方法时域动态测量方法是通过记录传感器输出信号的时间变化来获取被测量物理量的动态信息。
常见的时域动态测量方法包括脉冲响应法和时间序列分析法。
1. 脉冲响应法：这种方法通过给传感器施加一个脉冲信号，然后记录传感器输出信号的时间变化。
根据传感器的响应特性，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。
脉冲响应法可以实现高精度的动态测量，但需要施加脉冲信号并对输出信号进行复杂的处理，因此操作较为复杂。
2. 时间序列分析法：这种方法通过对传感器输出信号进行时间序列分析，提取出信号的频率、幅值和相位等动态特征。
常用的时间序列分析方法包括傅里叶变换、小波变换和自相关分析等。
时间序列分析法可以从传感器输出信号中提取出丰富的动态信息，但对信号处理的要求较高，需要使用复杂的算法和工具。
二、频域动态测量方法频域动态测量方法是通过分析传感器输出信号的频率特性来获取被测量物理量的动态信息。
常见的频域动态测量方法包括频谱分析法和功率谱分析法。
1. 频谱分析法：这种方法通过对传感器输出信号进行频谱分析，将信号分解为不同频率的成分。
根据不同频率成分的幅值和相位，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。
常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、快速傅里叶变换和功率谱密度估计等。
频谱分析法可以实现高精度的动态测量，但对信号处理的要求较高，需要进行复杂的计算和处理。
2. 功率谱分析法：这种方法通过对传感器输出信号的功率谱进行分析，得到信号在不同频率上的功率分布。
根据功率谱的形状和峰值位置，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。
功率谱分析法相对于频谱分析法来说计算量较小，更加适用于实时动态测量。
频域反射测量技术
频域反射测量技术频域反射测量技术（Frequency Domain Reflectometry，FDR）是一种用于测量电缆或导线中的反射信号的技术。
它基于电磁波在不同介质之间反射的原理，通过发送一个特定频率的高频信号，并利用接收到的反射信号分析电缆或导线中的参数和故障。
频域反射测量技术常用于电缆故障检测和定位、电缆长度测量、仿真模型验证等领域。
它通常使用时域反射分析仪（Time Domain Reflectometer，TDR）或频域反射分析仪（Frequency Domain Reflectometer，FDR）进行测量。
在测量过程中，高频信号被发送到测试电缆或导线的一端，这些信号在电缆或导线中传递，并在故障或接头等处发生反射。
通过分析接收到的反射信号的强度和相位，可以获取关于电缆或导线中的参数、故障位置和特性的信息。
频域反射测量技术具有高精度和高分辨率的优点，并且可以应用于不同类型的电缆或导线，包括电力电缆、通信电缆等。
它在电力、通信、交通等领域的电缆安装和维护中起着重要作用，可以提高工作效率和减少故障排查时间。
频域反射测量技术的原理是利用频率响应的分析来确定电缆或导线的特性。
当高频信号从测量设备发送到电缆或导线中时，信号会在电缆中的不同位置上发生反射。
反射信号的幅度和相位变化与电缆的特性和故障有关。
测量设备将发送一个特定频率的高频信号，该信号会沿着电缆或导线传播，并在终端或故障处反射回来。
设备接收到反射信号后，会分析信号的幅度和相位，以确定电缆中的反射位置和特性。
通过分析反射信号的幅度和相位，可以检测和定位电缆中的故障或接头连接问题。
例如，当信号遇到短路、开路、接头不良等问题时，会产生明显的反射信号，通过测量反射信号的强度和相位变化，可以确定故障的位置和类型。
频域反射测量技术可以应用于多种类型的电缆或导线，包括同轴电缆、双绞线、光纤等。
它的优点是可以提供高精度和高分辨率的测量结果，可以准确地定位和诊断电缆中的故障。
时域测量与频域测量
时域测量与频域测量测量被测物件在不同时间的特性，即把它看成是一个时间的函数f(t)来测量，称为时域测量。
例如，对图中a的信号f(t)可以用示波器显示并测量它的幅度、宽度、上升和下降时间等参数。
把信号f(t)输入一个网络，测量出其输出信号f(t)，与输入相比较而求得网络的传递函数h(t)。
这些都属於时域测量。
对同一个被测物件，也可以测量它在不同频率时的特性，亦即把它看成是一个频率的函数S(ω)来测量，这称为频域测量。
例如，对信号f(t)可以用频谱分析仪显示并测量它在不同频率的功率分布谱S(ω)，如图b。
把这个信号输入一个网络,测量出其输出频谱S′(ω)，与输入相比较而求得网络的频率回应G（ω）。
这些都属於频域测量。
用一个频率可变的正弦（单频）信号作输入，测量出在不同频率时网络输出与输入功率之比，也得到G(ω)。
这仍然是频域测量。
时域与频域过程或回应，在数学上彼此是一对相互的傅里叶变换关系，这里*表示卷积。
时域测量与频域测量互相之间有唯一的对应关系。
在这一个域进行测量，通过换算可求得另一个域的结果。
在实际测量中，两种方法各有其适用范围和相应的测量仪器。
示波器是时域测量常用的仪器，便於测量信号波形参数、相位关系和时间关系等。
频谱分析仪是频域测量常用的仪器，便於测量频谱、谐波、失真、交调等。
1.最简单的解释频域就是频率域，平常我们用的是时域，是和时间有关的，这里只和频率有关，是时间域的倒数。
时域中，X轴是时间，频域中是频率。
频域分析就是分析它的频率特性！2. 图像处理中：空间域，频域，变换域，压缩域等概念！只是说要将图像变换到另一种域中，然後有利於进行处理和计算比如说：图像经过一定的变换（Fourier变换，离散yuxua DCT 变换），图像的频谱函数统计特性：图像的大部分能量集中在低，中频，高频部分的分量很弱，仅仅体现了图像的某些细节。
2.离散傅立叶变换一般有离散傅立叶变换和其逆变换3.DCT变换示波器用来看时域内容，频普仪用来看频域内容！！！时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。
频域测量技术、分类和方法
量法所获得的曲线。这时，曲线略有右
移，但最大值也略有降低。
1— 静 态
U out
1
2— 动 态
2
O f
图8.2 静、动态测量曲线
•
2. 扫频测量法
•
扫频测量法具有以下优点：
•
（1）可实现网络频率特性的自动或
半自动测量，特别是在进行电路测试时，人
们可以一面调节电路中的有关元件，一面观
察荧光屏上频率特性曲线的变化，随时判明 元件变化对幅频特性产生的影响，迅速调整，
顶部与屏幕上某一水平刻度线相切（如
图8.8中与AB线相切）；
A (a)
B
A
B
fL
fH
(b)
图8.8 扫频仪测量带宽
•
(3) 回路Q值的测量。
•
测量时电路连接和测量方法与测
回路带宽相同，在用外接频标测出回路 的谐振频率f0以及上、下截止频率fH和fL 后，按下面Q的公f0式即可f计0 算出回路的Q值。
查找电路的故障。
•
（2） 由于扫频信号的频率是连续
变化的，因此，所得到的被测网络的频率特
性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中
•
3.
•
多频测量是利用多频信号作为激
励信号的一种频域测量技术。所谓“多
频信号”，是指由若干频率离散的正弦
波组成的集合。多频测量将这个“多频
信号”作为激励，同时加到被测系统的
且可任意调节，常用频偏进行描述。
•
（3） 寄生调幅要小。
•
（4） 扫描线性度好。
•
图8.4中，扫频信号发生电路的
振荡频率受扫描电压u2所调制。
t
t
t
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快速傅立叶频谱仪的核心是以函数进行傅立叶变换的数学计算为 基础的计算机分析。因此需要使用高速数字计算机进行数字功率谱 的计算。根据抽样定理：最低取样速率应该大于或等于被取样信号 的最高频率的两倍。现代傅立叶频谱仪的工作频段一般在DC— 100KHz的低频段用。如HP3562A的分析频带为64Hz—100KHz， 国内永华厂的RE—201为20Hz—25KHz。 33
如何表示信号：
A T
A
f
时域表示法。
频域表示法。
如果不是正弦波？
矩形波、三角波、脉冲波等
30
下图是一个比单一正弦波更复杂，状态随时间变化的信号， A A
t
f1
频谱仪的分类：
2 f1 3 f1
f
按工作频率分：有低频频谱仪、射频频谱仪及微波频谱仪。 按频带宽度分：有宽频带频谱仪，窄带频谱仪。 按结构特点分：有台式、便携式、模块式。 按工作原理及被分析信号的特点分：实时频谱仪、扫描调谐型频谱
表示扫频振荡器的变容二极管的非线性程度，表现在刻度上是 刻度的非线性 f K 0 min
f1 f
f2 V1
K0 max
V2
vco最大控制灵敏度 K 0 max 线性系数 K0 min vco最小控制灵敏度
6 线性系数越接近1，压控曲线线性俞好
V
3、振幅平稳性
A1
A2
可用扫频信号的寄生调幅来表示
确的频率刻度线。只不过电平刻度是光点组成，而频率刻 度是垂直扫线组成。如要进一步较准则可用差频法产生菱 形频标。(图见P358)
25
五、扫频仪的应用：广泛应用于无线电、通信等领域，动态测
量的最大优点可在测量过程中对电路进行调整。
1、电路参数的测量： a、增益的测量：比较法 A=B2-B1 （dB) b、带宽的测量： Bw=fh—fl c、回路Q值的测量： Q=f0/Bw b
二、扫描调谐频谱仪
这类频谱仪对输入信号按时间顺序进行扫描调谐，因此它只能分 析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。这类频谱仪有很 宽的工作频率范围。从DC—几十GHz， （适于作全景接收）。常 用的扫描调谐型频谱仪又分为：扫描射频调谐型和超外差型两类。
四、频率标记：用于频率值的标定，频率标记简称频标
主要有四种方法（模拟法）： 差频法、电压比较法、吸收法、选频法 差频法：形成菱形频标，适用于高频扫频仪中。（频标宽度）
扫频信号 发生 器
f min f max
混 频 器 带通滤波器
放 大 器
标准信号
fs
18
发 生 器
2、 3 谐波发生器 nf s n 1、
仪。 （最通行、最基本的分类方法）
31
一、实时频谱仪：模拟式
能同时显示其规定频率范围内所有频率分量，并且保持两个信号 间的时间关系。使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分 析瞬时信号。实用的实时频谱仪又分为多通道频谱仪和快速傅立叶 频谱仪两类。
（一）多通道频谱仪：其工作原理类似于环幕摄影
1
信 号 输 入
0
t
三角波扫频发生器工作波形图
改进办法：只用正程，消隐 逆程(锯齿波扫描），从而产 生单峰曲线；但是仍存在显 示误差。 降低扫速，使 动态趋近静态
14
k q
静态与动态特性差异： 1、谐振点向f扫描方向偏移。扫速越快偏离越甚 2、对称性改变，及3dB带宽增加, 幅度降低。
15
（三）磁调制扫频
28
§6.2 频谱分析仪：“谱”—按一定规律排列的图像。 频谱—信号按频率顺序排列的各种成分。—幅度谱、相位谱 频谱分析—对任意电信号频谱进行的研究。 示波器只能进行时域显示，实时显示被测图形 扫频仪只能动态观测被测电路的幅频特性 如果观测任意信号的各频率分量及其幅值就要用频谱分析仪 幅度和频率都绝对值定标的现代频谱分析仪，可对AM、FM、 脉冲调制及其它信号的频率、电平、调制度、调制失真、谐波失真 、宽窄带噪声、增益、衰减等多种参数进行测量。配接天线可测场 强、干扰。内置或外接跟踪发生器，可组成包括显示器在内的跟踪 扫频仪。 频谱仪已成为具有频率计、功率计、调制度仪、全景接收机、 频率特性测试仪、扫频仪、场强计、干扰仪等多种功能的综合测试 设备，广泛用于广播、电视、通信、雷达、导航、电子对抗及电路 29 的设计、制造、维修等方面。
它是利用非线性电感的调频方法，它具有寄生调幅小，相对 扫频宽度大，电路简单等优点。缺点是需要调制功率大，大多采用 电子管电路，并且用市电作为调制信号。如早期BT3（0—300M） 磁芯线圈Lc与磁芯 c 关系：
Lc Lc L ~
dB ~ dH ---B-H曲线斜率
c ——有效导磁系数 ~ ——增量导磁系数（导磁率）
23
Px Pw 10 lg dBm P0 Vx Pv 20 lg dB V0
频率刻度
电平刻度 Vi=0v零基线
24
3、电子频率刻度线：与电平刻度一样，同样是要显示刻度，故
也要加在阴极上；只要把设定电压和水平扫描电压比较， 就可在水平扫描的响应位置得到增 辉脉冲，而水平扫描电
压又和频率成比例，因此只要设定电压准确，就可得到准
A1 A2 M 100% A1 A2
一般<10%
7
（二）变容二极管扫频
变容二极管等效电路如图
Cj
N N
P
Rs
Cj
P
势垒电容与外加电压的关系：
V
Cj
C jo 1 V V
n
C j0
变容管在零偏压时的电容。 PN结的内建电位差，硅管=0。6v 电容指数，决定于PN结中杂质 浓度的分布情况，对于突变结 n 1 ，而超突变结变 变容管， 2 8 容管 n1
1
2、信号的频谱分析。
§6.1频率特性测试
一、测量方法
点频法： 信号发生器 被测电路 电压表（示波器〕 特点： 烦琐、不能观测全貌。静态特性 扫频法： 扫频仪 特点： 简单、方便、实时显示、不会漏掉细节。动态特性
二 、扫频图示法的测量原理：
扫频信号发生器
扫描发生器 X
被测电路
Y
峰值检波器
2
扫频 仪由四部分组成：利用示波器的显示原理，把时间轴变成频
2
n 1
电 子 扫 描 开 关
A 显 示 器 分辨力带宽
1
2
3
n
f
频率范围
n
由于受滤波器数量及带宽的限制，这类频谱仪主要工作在音频频段 （20Hz—— 20K）。
32
（二）FFT频谱分析仪：数字式
傅立叶变换的唯一性表明了信号及其频谱之间的一一对应关 系，这一性质给信号的变换、处理、鉴别、和恢复提供了理论依 据。它可以进行信号的幅度谱和相位谱的分析。 频谱函数的幅度频谱代表信号中各频率分量的振幅大小。
——导磁系数的利用率
Lc ——带磁心的电感线圈的电感量 L ——空心线圈的电感量
磁调制扫频振荡器正是利用铁磁材料的导磁率随所加的磁场强 度而变化这一特性来实现扫频的。
16
IM
调制 电流
M
~
LM
Lc
接至 M c 振荡器
0
H (I M )
工作原理：将绕有高频线圈Lc 的高频磁心 M c 放置在低频磁心 M
于晶体管化的扫频仪中。
9
10
变容管扫频仪的组成及原理 变容管扫 频发生器
被测电路
峰值检波器
三角波 扫描发生器
X
Y 示波器
扫频仪
11
12
BT3C-B双达
13
VX
0 0
t1
t2
t3
V0
3
回程
1
2
正程
t t
VD
f max
f min
偏置 f 0 静态
f0
f0
f0
f
动态
产生原因量
示波器只能显示被测信号的幅度与时间的关系，称时 域测量。
扫频仪（频谱仪）是显示信号的幅度与频率的关系， 称频域测量。是把时间轴转化成频率轴，是调频和扫频 技术相结合，用以测量元器件和线性系统的幅频特性， 如各种放大器、滤波器等。 频谱仪是显示被测信号的各个频率分量的幅值，是对 信号进行频域分析的重要仪器。可以测信号电平、谐波 失真等 本章包括两个基本测量问题： 1、线性系统频率特性的测量，
抑制寄生调幅的方法：(常用）
下图为一种稳幅电路的原理框图。
Ec
电源 调整管
直流 放大器
扫频 振荡器
峰值 检波器
扫频 信号
4
输出衰减器：
用于改变扫频信号的输出幅度。在 扫频仪中，衰减器通常有两种。一组是 粗衰减，每档10dB或20dB；另一组是细 衰减，每档1dB或2dB。大多数扫频仪的 输出衰减可达100dB。
率轴。包括 扫频信号发生器、放大显示电路、频率标记 发
生器 和电源。 三、扫频信号发生器：扫频信号是指振幅恒定，频率在一定范围由 低向高来回扫动的正弦信号。有变容二级管式和磁饱和电抗 器式扫频信号发生器。 原理框图 扫 描 发 生 器 扫 频 振 荡 器 输 出 衰 减 器 扫频信号
稳 幅 电 路
3
见，故有“ 暗光栅”之称。屏幕上所显示的曲线是通过相应 的增
辉脉冲在每条暗光栅的不同高度上产生的亮点构成的，只要暗
21 光栅足够多，光点就可连成一条曲线。（类似于逐点描迹）
被测电路
22
电平的概念； 绝对电平：在阻抗匹配的情况下
功率电平
电压电平
基准量P0、V0取1mw、0.775v则为零电平（功率0dBm、0dB) 若在600电阻上测量，0.775v电压刚好吸收1mw功率，则 功率电平等于电压电平。