第5章线性系统频率特性测量和网络仪

1、第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪第第 5章章 线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量 和网络分析仪和网络分析仪本章重点本章重点l5.1 概述概述 l5.2 线性系统频率特性测量仪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 扫频仪的应用第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪l5.3 微波网络分析仪微波网络分析仪 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8712ETl5.4 实训实训 5.4.1 扫频仪的应用 5

2、.4.2 网络分析仪的使用l5.5 习题习题第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪本章重点本章重点l 线性系统频率特性的概念l 线性系统频率特性测量方法l 扫频仪的组成和测量原理l 微波网络特性参数概念l 网络分析仪组成和测量原理第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 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

3、，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（30300MHz)段主要介绍频率特性测试频率特性测试仪仪（简称扫频仪）。在微波（300MHz-300GHz)段主要介绍网络网络分析仪。分析仪。第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.1 概述概述l 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。频率特性是频域数学模型。 图5-1 线性网络的频率特性 l 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（j），它的绝对值表示了频率特

4、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幅频特性测量和相频特性测量相频特性测量。l 图5-2所示为一个并联谐振回路的幅频特性和相频特性。 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.2.1 频率特性测量方法频率特性测量方法 5.2 线性系统频率特性测量仪线性系统频率特性测量仪l 线性系统频率特性的测量方法有点点频测量法、扫频测量法频测量法、扫频测量法。 1点频测量法点频测量法 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

5、电压out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。第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪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。2扫频测量法扫频测量法第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.2.2频率特性测量仪工作原理频率特性测量仪工作原理l 频率特性测试仪是将

6、扫频信号源及示波器的XY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。 l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）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：l扫频信号和频标信号的产生电路；l扫描信号发生器及示波器；l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。各部分工作原理各部分工作原理: 1. 扫频信号的产生电路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。

7、第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪（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。 参数式扫频振荡器主要有三种：磁调电感扫频振荡器 图5-7 变容管扫频振荡器 图5-8宽带扫频 图5-9 （2）稳幅电路（AGC）（3）输出衰减第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪2. 频标产生电路频标产生电路 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

8、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。 4. 电源供给部分电源供给部分3. 扫描信号发生器和示波器部分扫描信号发生器和示波器部分图5-11第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.2.3 频率特性测量仪的技术性能指标频率特性测量仪的技术性能指标 （1）频率范围：1300MHz；（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0.5Vrms10% (75)；（5）扫频方式 全扫：中心频率150MHz； 窄扫：1-300MHz连续可调C

9、W（点频）方式；（6）探头：第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.2.4 扫频仪的应用扫频仪的应用1. BT-3C型频率特性测试仪面板配置如图5-12所示。2仪器使用前的性能检查、校正图5-13扫频信号寄生调幅系数的测量%100BABAm图5-14扫频信号非线性系数的测量%100BABA3注意事项 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.3 微波网络分析仪微波网络分析仪 微波一般是指频率在300MHz300GHz的电磁波。通常将微波划分为米波（0.33GHz）、厘米波(330GHz)和毫米波（30300GHz)3个波段。微波测量的参数可分为微波网络参数微波网络参数和微微波信号特性波信

10、号特性两大类参数。 5.3.1微波网络特性参数微波网络特性参数微波网络，是对实际的物理实体所进行的数学抽象。虽然用网络方法不能研究元件内部各点的场强，但微波元件的作用是通过它对微波信号的传输特性来表征的，而这一传输特性可用网络表示。 微波网络特性测试包括单端口和双端口网络参数的测试。 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 网络分析是对通信、有线电视等较复杂系统中所用元件和电路的电气性能进行测量的过程。 网络分析是通过测量网络输入端和输出端对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响，来精确表征线性系统特性的一种方法。 任何通信系统中，都必须考虑信号失真的影响。 如果在某一滤波器中通过相同

11、的方波输入信号仅造成第3次谐波的相位倒置，而维持谐波幅度不变，则输出波形将更呈现出脉冲特征。如图5-24所示。5.3.2 5.3.2 网络分析的基本概念网络分析的基本概念第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 非线性网络，如饱和、串扰、互调及其他非线性影响都能够导致信号失真。 例如，当放大器被过激励时，非线性器件由于放大器饱和而使输出信号限幅，输出信号不再是一个纯正的正弦信号，在输入频率的各个倍频位置处存在谐波。无源器件在高功率电平上也可能呈现非线性特性。 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.3.3 网络分析仪的组成网络分析仪的组成l 网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输参数从而

12、对网络中元器件特性的全部参数进行描述的测量仪器，用于实现对线性网络的频率特性测量。l 网络分析仪利用合成频率源来提供大量有关被测器件（DUT）的信息，包括被测器件的幅度、相位和群延时响应。l 网络分析仪由如图5-25几部分组成：l 激励源l 信号分离器件l 接收机 图5-26l 处理器显示电路组成第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.3.4射频网络分析仪射频网络分析仪8712ET1、8712ET主要技术指标2、8712ET的仪器面板 图5-27（1）按键功能说明（2）基本操作3各种传输和反射指标的测量 8712ET主要测量的是带内平坦度、衰减/增益、反射损耗3类指标。（1）测量过程（2）

13、带内平坦度的测量（3）各类衰减和增益的测量 （4）反射损耗的测量4注意事项第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.4 实训实训5.4.1 扫频仪的应用扫频仪的应用 一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、实验内容和步骤l 扫频仪的检查 图5-28l 带通滤波电路频率特性曲线观测 l 带通滤波电路带宽的测量 图5-29五.实验报告要求六. 思考题第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.4.2 5.4.2 网络分析仪的使用网络分析仪的使用一、实验目的一、实验目的二、实验仪器二、实验仪器三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤 l 熟悉8712ET型网络分析仪面板上的各个开关、旋钮l 分支器各项

14、指标的测量（1）插入损失（2）分支损失（3）分支隔离度（4）反向隔离度l 电缆的衰减特性测量四、实验报告四、实验报告 五、五、思考题思考题第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪5.55.5习题习题作业：作业：1、3、7、8、91、什么是线性系统频率特性？其测量方法有哪两种？ 2、简述扫频测量法的原理。 。3、扫频仪主要由哪几部分组成？简述其工作原理。4、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振荡器主要有哪三种？ 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 5、比较扫频仪和通用示波器的异同 点。为什么通过被测放大器后的扫频信号需经检波再加到Y轴电路上去？ 6、常用的频标有哪两种？菱

15、形频标是如何形成的？ 7、微波网络特性参数的基本概念。 8、什么是网络分析？举例说明网络分析的应用。 9、简述网络分析仪的组成原理。第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-2 图5-2 并联谐振回路第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 图5-3 用点频测量法测量电路的幅频特性 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪 图5-4 扫频仪简化原理框图 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-5(a) BT-3C型频率特性测试仪第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-5(b) BT-3C型频率特性测试仪第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-6 扫频信号发生器第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-7 磁调电感扫频振荡器第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-8 变容管扫频振荡器第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-9 宽带扫频原理图第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-10 菱形频标产生原理图第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-11 BT-3C频率特性测试仪扫描图形第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-12 BT-3C型频率特性测试仪的面板配置图 第五章 线性系统频率特性测量和网络分析仪图5-13 扫频信号寄生调幅图5-14 扫频信号非线性第五章 线性系统频率特性