电子测量与仪器课件 第五章 频域测量与仪器1

1、频域测量与仪器 第 5 章 1 第第5章章 频域测量与仪器频域测量与仪器频域测量仪器包括扫频仪、频谱仪等仪器频域测量仪器包括扫频仪、频谱仪等仪器5.1 频率特性测试仪工作原理频率特性测试仪工作原理 5.1.1 频率特性测量方法频率特性测量方法1.频率特性曲线频率特性曲线:被测电路的幅频特性曲线，被测电路的幅频特性曲线，2.测量方法测量方法:包括点频测量法和扫频测量法。包括点频测量法和扫频测量法。 点频测量法即静态测量法点频测量法即静态测量法 扫频测量法即动态测量法扫频测量法即动态测量法3.如何产生扫频信号？如何产生扫频信号？4.如何读出频率特性曲线上每点对应的频率？如何读出频率特性曲线上每点对

2、应的频率？频域测量与仪器 第 5 章 2 点频测量法即静态测量法 扫频测量法即动态测量法，扫频扫频信号源信号源扫描扫描信号源信号源示波器示波器被测电路被测电路峰值检波探头峰值检波探头u1u2u3u1u4XY图图5.1 幅频特性的扫频测量原理框图幅频特性的扫频测量原理框图频域测量与仪器 第 5 章 35.1.2 扫频仪工作原理扫频仪工作原理扫频仪实质上是扫频信号源与示波器扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。方式的结合。X放大器放大器扫描信号源扫描信号源扫频信号源扫频信号源被测电路被测电路检波探头检波探头Y放大器放大器频标信号频标信号形成电路形成电路混频器混频器晶振晶振u2u1u1u

3、3u4u5tttttu1u2u3u4u5(b)(a)图图5.2 扫频仪组成框图及工作波形扫频仪组成框图及工作波形频域测量与仪器 第 5 章 4正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)图图5.3 扫频仪扫描正程和扫描逆程的不重合扫频仪扫描正程和扫描逆程的不重合频域测量与仪器 第 5 章 55.1.3 产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法常用的是变容二极管组成的压控振荡器产生扫频信号。常用的是变容二极管组成的压控振荡器产生扫频信号。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC调制信号调制信号扫频信号扫频信号图图5.4 变容二极管扫频振荡器原理图变容二极管扫频振荡器原理图频域测量与仪器 第

4、5 章 65.1.4 频标产生电路频标产生电路 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。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。 标准信号源标准信号源谐波信号源谐波信号源扫频信号源扫频信号源被测电路被测电路检波探头检波探头频标频标混频混频低通滤波低通滤波Y放放大大器器(b)(a)图图5-5 菱形频标产生原理菱形频标产生原理fSfS1、fS2、fS3、fS4、fS5fS1fS2fS3fS4fS5fS1fS2fS3fS4fS5频域测量与仪器 第 5 章 7 5.1.5 技术指

5、标技术指标 1. 有效扫频宽度和中心频率有效扫频宽度和中心频率 有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的前提下，一次扫频能达到的最大的频率覆盖范围，即前提下，一次扫频能达到的最大的频率覆盖范围，即f=fmaxfmin式中，式中，f为有效扫频宽度；为有效扫频宽度；fmax为扫频最高频率；为扫频最高频率；fmin为扫频最为扫频最低频率。低频率。 扫频信号中心频率扫频信号中心频率f0定义为定义为 f0=(fmax+fmin)/2 相对扫频宽度定义为有效扫频宽度与中心频率之比，即相对扫频宽度定义为有效扫频宽度与中心频率之比，即minmaxmi

6、nmax02ffffff频域测量与仪器 第 5 章 82. 扫频线性扫频线性 扫频线性是指扫频信号瞬时频率的变化和调制电压瞬时扫频线性是指扫频信号瞬时频率的变化和调制电压瞬时值变化之间的吻合程度，吻合程度越高，扫频线性越好。值变化之间的吻合程度，吻合程度越高，扫频线性越好。 3. 振幅平稳性振幅平稳性 在幅频特性测试中，必须保证扫频信号的幅度恒定不变。在幅频特性测试中，必须保证扫频信号的幅度恒定不变。扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生调扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生调幅越小，振幅平稳性越好。幅越小，振幅平稳性越好。 频域测量与仪器 第 5 章 95.2 AH

7、1254B型宽频带扫频仪型宽频带扫频仪 由晶体管及集成电路组成，其主要特点是：扫频宽度由晶体管及集成电路组成，其主要特点是：扫频宽度和中心频率均可在和中心频率均可在1300MHz内连续调节；设置有直流电源输内连续调节；设置有直流电源输出，以方便对出，以方便对VHF频段高频头的测试；具有点频信号输出，可频段高频头的测试；具有点频信号输出，可作为一般信号发生器使用作为一般信号发生器使用5.2.1 性能指标性能指标（1）中心频率：）中心频率： 1300MHz内连续调节。内连续调节。（2）扫频频偏）扫频频偏Fmin1MHz，Fmax300MHz。（3）扫频非线性系数）扫频非线性系数扫频频偏在扫频频偏在

8、40MHz内不大于内不大于5%。（4）扫频信号输出电压：）扫频信号输出电压： 不小于不小于250mV。频域测量与仪器 第 5 章 10（5）扫频信号输出阻抗：）扫频信号输出阻抗：75（6）寄生调幅系数）寄生调幅系数频偏在频偏在40MHz内不大于内不大于5%，300MHz内不大于内不大于10%。（7）输出衰减：）输出衰减：10dB6，1dB10步进。步进。（8）频标）频标1MHz、10MHz（复合），（复合），50MHz及外接。及外接。（9）Y轴输入衰减：分轴输入衰减：分1、10、100三挡。三挡。（10）Y轴输入灵敏度轴输入灵敏度 ：4mV/div。（11）辅助电压输出）辅助电压输出+12V（

9、0.5A），），AGC时时06V可调，可调，AFT时时012V可调。可调。（12）38MHz输出电压：不小于输出电压：不小于100mV。频域测量与仪器 第 5 章 11定频定频振荡器振荡器混频器混频器扫频扫频振荡器振荡器稳幅稳幅放大器放大器宽带宽带放大器放大器衰减器衰减器Y轴轴放大器放大器线性频率线性频率变换器变换器高频电压高频电压产生器产生器频标频标发生器发生器X轴轴放大器放大器CRT方波、三角波方波、三角波发生器发生器电源电源变压器变压器稳压稳压电源电源38MHz信号发生器信号发生器扫频输出扫频输出Y轴输入轴输入图图5.6 AH1254型宽带扫频仪原理框图型宽带扫频仪原理框图38MHz输出

10、输出15V、12V+18V、+24V+40V5.2.2 工作原理工作原理频域测量与仪器 第 5 章 125.2.3 面板结构图面板结构图图图5.7为为AH1254B型扫频仪前面板结构图型扫频仪前面板结构图图图5.7 AH1254B5.7 AH1254B型扫频仪前面板图型扫频仪前面板图1112131415161718频域测量与仪器 第 5 章 13 5.2.4 扫频仪的检查、校正及使用扫频仪的检查、校正及使用 1. 扫频仪的检查、校正扫频仪的检查、校正 仪器使用之前检查电源电压，电源亮度旋钮拉出时接仪器使用之前检查电源电压，电源亮度旋钮拉出时接通电源。通电源。 调节辉度、聚焦旋钮，以得到足够的亮

11、度和细的扫描调节辉度、聚焦旋钮，以得到足够的亮度和细的扫描线，并选择合适的输入极性线，并选择合适的输入极性“+、”和和AC、DC耦合方式。耦合方式。 检查仪器内部频标部分，选择频标检查仪器内部频标部分，选择频标1MHz、10 MHz或或50MHz，此时扫描基线上呈现频标信号，调节频标幅度旋钮，此时扫描基线上呈现频标信号，调节频标幅度旋钮可以均匀地调节频标幅度。可以均匀地调节频标幅度。检查扫频范围。将检查扫频范围。将“频标选择频标选择”置于置于50，频标幅度调至适，频标幅度调至适当位置，即对应于荧光屏的中心位置，旋转当位置，即对应于荧光屏的中心位置，旋转“中心频率中心频率”旋旋钮时，扫频信号中心

12、频率的移动范围应能在钮时，扫频信号中心频率的移动范围应能在1300MHz内连内连续变化续变化。 频域测量与仪器 第 5 章 14频偏的检查。频偏的检查。“频标选择频标选择”仍置于仍置于50，“频率偏移频率偏移”旋钮由最小旋至最大，频偏量应能在旋钮由最小旋至最大，频偏量应能在1300MHz内连续变化。内连续变化。检查扫频信号寄生调幅系数。将连接检查扫频信号寄生调幅系数。将连接“射频输出射频输出”端端的电缆与连接的电缆与连接“Y轴输入轴输入”端的检波探头对接，端的检波探头对接，“粗衰减粗衰减”及及“细衰减细衰减”均置于均置于0，“Y轴衰减轴衰减”置于置于1，调节，调节“Y轴增益轴增益”旋钮，使荧光

13、屏上显示出高度适当的矩形方框，如图旋钮，使荧光屏上显示出高度适当的矩形方框，如图5.8所示，所示，设方框最大值为设方框最大值为A，最小值为，最小值为B，则寄生调幅系数为：，则寄生调幅系数为： %100BABAm频域测量与仪器 第 5 章 15对应不同的扫频频偏，在整个频段对应不同的扫频频偏，在整个频段内内m应满足技术性能中规定的要求。应满足技术性能中规定的要求。 检查扫频信号的非线性系数。检查扫频信号的非线性系数。仍按上述连接方法连接，仍按上述连接方法连接，“中心频中心频率率”处任意位置，调节频率偏移旋处任意位置，调节频率偏移旋钮使频偏在钮使频偏在40MHz以内，读出在中以内，读出在中心频率心

14、频率f0两边频偏量两边频偏量f相等的水平距相等的水平距离，如图离，如图5.9所示，记下偏离所示，记下偏离f0的最的最大距离大距离A、最小距离、最小距离B，则非线性系，则非线性系数为：数为： AB图图5.8 扫频信号寄生调幅扫频信号寄生调幅AB图图5.9 扫频信号非线性扫频信号非线性f0f0ff0+f%100BABA频域测量与仪器 第 5 章 16检查扫频输出电压。将后面板上的工作选择开关置于检查扫频输出电压。将后面板上的工作选择开关置于“点频点频”位置，调节频率偏移旋钮使频偏最小，将超高频毫位置，调节频率偏移旋钮使频偏最小，将超高频毫伏表经伏表经75电缆接至射频输出端，此时整个频段内其输出电压

15、电缆接至射频输出端，此时整个频段内其输出电压应不小于应不小于250mV。2. 使用方法及注意事项使用方法及注意事项 （扫频仪检查、校正之后）（扫频仪检查、校正之后）测试时注意输出、输入电缆和输入检波探头的接线尽测试时注意输出、输入电缆和输入检波探头的接线尽量短，探头探针不应再接另外接线。量短，探头探针不应再接另外接线。测试带有检波输出的被测设备时，可直接用输入电缆测试带有检波输出的被测设备时，可直接用输入电缆连接到连接到Y轴输入端。如果被测设备带有直流电位，轴输入端。如果被测设备带有直流电位，Y轴输入应轴输入应选择选择AC耦合方式，以免损坏仪器。耦合方式，以免损坏仪器。如需要特殊的频率标记，可

16、选择外频标，在外频标插如需要特殊的频率标记，可选择外频标，在外频标插座上加上所需的频率信号，此信号应大于座上加上所需的频率信号，此信号应大于50mV有效值。有效值。频域测量与仪器 第 5 章 175.2.5 扫频仪的应用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。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：型扫频仪的应用举例如下：1.电路幅频特性的测量电路幅频特性的测量按图按图5.10所示连接扫频仪与被测电路，并根据被测电路的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

17、节扫频仪面板上有关开关旋钮，如工作频率及测试条件，调节扫频仪面板上有关开关旋钮，如“中心频率中心频率”、“输出衰减输出衰减”等，则可在荧光屏上获得被测等，则可在荧光屏上获得被测电路的幅频特性曲线电路的幅频特性曲线。 BT-3C型扫频仪的输出特性阻抗为型扫频仪的输出特性阻抗为75，如果被测电路的，如果被测电路的输入阻抗也为输入阻抗也为75，可以用同轴电缆将扫频信号输出端连接到，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，应在两者之间加阻抗匹配电路。被测电路输入端。否则，应在两者之间加阻抗匹配电路。频域测量与仪器 第 5 章 182.电路参数的测量电路参数的测量 根据显示的幅频特性曲

18、线根据显示的幅频特性曲线（1）增益：调节好幅频特性后，用粗、）增益：调节好幅频特性后，用粗、细调衰减器控制扫频信号电压幅度，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，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器设计的总增益。若显示器的幅频高度为为H，输出衰减为，输出衰减为B1（dB），将检波探头与扫频输出端短接，），将检波探头与扫频输出端短接，改变改变“输出衰减输出衰减”，使幅频高度仍为，使幅频高度仍为H，此时输出衰减的读数，此时输出衰减的读数若为若为B2(dB)，则该放大器增益为：，

19、则该放大器增益为： A=(B2B1) (dB) 应当注意，在得到衰减量应当注意，在得到衰减量B1读数后，应保持扫频仪的读数后，应保持扫频仪的“Y轴轴增益增益”旋钮位置不变，否则，测量结构不准确。旋钮位置不变，否则，测量结构不准确。被测电路图图5.10扫频仪与被测电路的连接扫频仪与被测电路的连接扫频输出Y轴输入频域测量与仪器 第 5 章 19（2）带宽）带宽 对于宽带电路，可以直接用扫频仪的内频标，方便地显对于宽带电路，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。使用外频标。对于窄带调谐电路

20、，可以由图形曲线看出谐振频率对于窄带调谐电路，可以由图形曲线看出谐振频率f0，如图，如图5.11所示。使扫频仪输出衰减置于所示。使扫频仪输出衰减置于3dB处，调整处，调整Y增益，使图增益，使图形峰点与屏幕上某一水平刻度线（虚线形峰点与屏幕上某一水平刻度线（虚线AA）相切，然后使扫）相切，然后使扫频信号输出电压增加频信号输出电压增加3dB，则曲线与，则曲线与虚线虚线AA相交，两交点所对应频率即为相交，两交点所对应频率即为上下频率上下频率fH、fL。则带宽为：。则带宽为： BW=fHfL AAfLfHf0图图5.11单调谐回路带宽的测量单调谐回路带宽的测量频域测量与仪器 第 5 章 20（3）回路）回路Q值值 电路连接如图电路连接如图5.10，在用外接频标测出回路的谐振频率，在用外接频标测出回路的谐振频率f0和和fH、fL后，回路后，回路Q值的计算如下：值的计算如下： Q=f0/BW3.高频阻抗的测量高频阻抗的测量 ：（：（1）输入阻抗和输出阻抗的测量）输入阻抗和输出阻抗的测量按图按图5.12(a)所示进行连接，图中所示进行连接，图中RP1、RP2为无感电阻。为无感电阻。测量时，先将测量时，先将RP1短路、短路、RP2断开，调节扫频仪面板上的有关断开，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开关旋钮，使屏幕显示的幅频特性曲线的高度为A格，如图格，如图5.12所