第十一章-频域测量课件.ppt

1、1.时域测量观察一个电信号的普通方法是显示信号波形，观察一个电信号的普通方法是显示信号波形，即即以时间以时间t为水平轴为水平轴，是在，是在时间域时间域内观察信号，内观察信号，称为信号的时域分析。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如下图所示，方波与正弦波皆为时域测量显示波形。示波形。 第一节第一节 时域测量和频域测量的时域测量和频域测量的比较比较2.频域测量频域测量从一个从一个电信号所包含的频率成分电信号所包含的频率成分，即信号的，即信号的频谱分布来描述，即频谱分布来描述，即以频率以频率f作为水平轴作为水平轴，称，称为信号的频域分析或频谱分析。为信号的频域分析或频谱分析。

2、2.频域测量频域测量广义上，信号广义上，信号频谱频谱是指组成信号的全部频率是指组成信号的全部频率分量的总集；分量的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将狭义上，一般的频谱测量中常将随频率变化随频率变化的幅度的幅度谱称为频谱。谱称为频谱。频谱测量频谱测量.在频域内测量信号的各频率分量，在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是以获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶变换。付里叶变换。 2.频域测量频域测量频谱的两种基本类型频谱的两种基本类型离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个频率分量的幅度，每两条谱线之间的某个频率分量的幅度，每两

3、条谱线之间的间隔相等间隔相等连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非连续频谱，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时域和频域之间的联系1.由图可知，由图可知，U ( t ) 是一个电信号随时间变是一个电信号随时间变化的波形图，化的波形图，显示这个波形并求其有关参量显示这个波形并求其有关参量是时域分析的。是时域分析的。2.A ( ) 是同一个电信号随频率变化的线状是同一个电信号随频率变化的线状频谱图，频谱图，分析信号的频谱分析信号的频谱即求其各频率分量即求其各频率分量的大小是频域分析的。的大小是频域分析的。3.频谱图频谱图.将信号

4、中所包含的频率分量按频率将信号中所包含的频率分量按频率顺序排列起来的谱图顺序排列起来的谱图。一般只考虑其幅度大。一般只考虑其幅度大小，故频谱图通常又称为幅度频谱，简称小，故频谱图通常又称为幅度频谱，简称 3.时域和频域之间的联系时域和频域之间的联系为幅频特性。为幅频特性。4.比较比较U ( t )和和A() 这两个图形可见，时域这两个图形可见，时域分析和频域分析都可用来观察同一个电信号，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。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，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。从数学

5、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时域和频域测量两者的优缺点当需要研究当需要研究波形严重失真波形严重失真的原因时，时域测的原因时，时域测量有明显的优点。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，如在频谱分析仪观察到两个信号频谱图相同，但由于两个信号的但由于两个信号的基波、谐波基波、谐波之间的相位不之间的相位不同，在示波器上观察这两个信号的波形可能同，在示波器上观察这两个信号的波形可能就不大一样。就不大一样。然而，频域测量也有特点，例如一个失真很然而，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，小的正弦波，利用示波器观测就很难

6、看出来，但但频谱分析仪却能测出很小的谐波分量。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时域和频域测量各适用的场合1.时域测量常用仪器为时域测量常用仪器为示波器示波器、图示仪图示仪等，等，用来用来测量波形的参数测量波形的参数，如幅度值、周期、频，如幅度值、周期、频率、相位差等也十分方便。率、相位差等也十分方便。2.频率特性测试仪频率特性测试仪和和频谱分析仪频谱分析仪是频域测量是频域测量的重要仪器，可观察微小失真的信号。的重要仪器，可观察微小失真的信号。在频域内对元器件、在频域内对元器件、电路或系统的特性电路或系统的特性进行动态测量，显进行动态测量，显示示频率特性曲线频率

7、特性曲线.可对信号的频可对信号的频谱进行分析，谱进行分析，显示显示信号的频信号的频谱分布图谱分布图。第二节第二节 频域测量常用仪器频域测量常用仪器 一一 频率特性测试仪频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)本节中掌握以下：本节中掌握以下：什么是频率特性？什么是扫频法？什么是频率特性？什么是扫频法？频率特性测试的两种常用方法频率特性测试的两种常用方法.点频法点频法和扫频法，并掌握两者的区别和各自的和扫频法，并掌握两者的区别和各自的优点和缺点；优点和缺点；频率特性测试仪的基本原理，其中扫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；频信号如何产生是难点；扫频信号有哪些特性？扫频信号有哪些特性？一、

8、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)1.频率特性与扫频信号频率特性与扫频信号 在电路的设计或产品的生产、调试中，经常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（通常指幅频需要了解某个网络的频率特性（通常指幅频特性）。特性）。网络的幅频特性是指当网络的输入电压恒定网络的幅频特性是指当网络的输入电压恒定时，其时，其输出电压随频率变化的关系特性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，通常称为扫频信号的正弦信号，通常称为扫频信号 。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)2.

9、点频法点频法点频法点频法就是通过逐点测量一系列规定频率点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）来确定幅频特性曲上的网络增益（或衰减）来确定幅频特性曲线的方法。线的方法。原理图原理图网络输出端的网络输出端的电压幅度指示电压幅度指示器器网络网络输入输入端的端的电压电压幅度幅度指示指示器器输入信号源，提供输入信号源，提供频率和电压幅度均频率和电压幅度均可调整的正弦信号可调整的正弦信号一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)2.点频法点频法测量方法测量方法.在被测网络整个工作频段内，在被测网络整个工作频段内，改变输入信号改变输入信号的频率的频率，注意在改变输入信号频率的同时

10、，注意在改变输入信号频率的同时，保持保持输入电压的幅度恒定输入电压的幅度恒定（用电压表（用电压表I来监来监视），在被测网络输出端用电压表视），在被测网络输出端用电压表II测出测出各频各频率点相应的输出电压率点相应的输出电压。直角坐标中，以直角坐标中，以横轴表示频率的变化横轴表示频率的变化，以，以纵纵轴表示输出电压幅度的变化轴表示输出电压幅度的变化，绘出网络的幅，绘出网络的幅频特性曲线。频特性曲线。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)2.点频法点频法优缺点优缺点.点频法是一种点频法是一种静态测量法静态测量法，它的测量准确度，它的测量准确度比较高，能反映出被测网络的静态特性；比较高

11、，能反映出被测网络的静态特性；测量时不需要特殊仪器；测量时不需要特殊仪器；缺点缺点.操作繁琐、工作量大、容易漏测某些细操作繁琐、工作量大、容易漏测某些细节，节，不能反映出被测网络的动态特性不能反映出被测网络的动态特性。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)3.扫频法扫频法扫频测量法利用一个扫频测量法利用一个扫频信号发生器扫频信号发生器取代了取代了点频法中的正弦信号发生器，用点频法中的正弦信号发生器，用示波器示波器取代取代了点频法中的电压表而组成的。了点频法中的电压表而组成的。原理图原理图 一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)3.扫频法扫频法扫频信号发生器产扫频信号

12、发生器产生一个生一个幅度恒定且幅度恒定且频率随时间线性连频率随时间线性连续变化的信号续变化的信号作为作为被测网络的输入信被测网络的输入信号。号。通常称为通常称为扫频信号扫频信号，如图中的波形。如图中的波形。 一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)3.扫频法扫频法扫描电路产生线性良好的扫描电路产生线性良好的锯齿波电压锯齿波电压(波形波形)。锯齿波电压一方面加到扫频振荡器中对其振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荡频率进行调制，使其输出信号的瞬时频率，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，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

13、是前述的扫频信号。但其幅度不变，这就是前述的扫频信号。另一方面，该另一方面，该锯齿波电压通过放大，加到示锯齿波电压通过放大，加到示波管偏转系统波管偏转系统，配合偏转信号来显示图，配合偏转信号来显示图形。形。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)3.扫频法扫频法扫频信号经过被测网络后，扫频信号经过被测网络后，幅度按照被测网幅度按照被测网络的幅频特性做相应变化络的幅频特性做相应变化，如上图中的波形，如上图中的波形，这个，这个包络线的形状就是被测网络的幅频包络线的形状就是被测网络的幅频特性特性。最后经过通道放大，加到示波管偏转系最后经过通道放大，加到示波管偏转系统。统。示波管的水平扫描

14、电压用于调制扫频信号发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。示波管屏幕生器形成扫频信号。示波管屏幕光点的水平光点的水平移动，与扫频信号频率随时间的变化规律完移动，与扫频信号频率随时间的变化规律完全一致，所以水平轴也就是全一致，所以水平轴也就是频率轴频率轴。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)3.扫频法扫频法优点和缺点优点和缺点扫频测量法简单、速度快，可以实现频率特扫频测量法简单、速度快，可以实现频率特性测量的自动化。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频法由于测量的频

15、率点不够密而遗漏某些被测特性的细节。测特性的细节。反映的是被测网络的反映的是被测网络的动态特性动态特性。测量的测量的准确度比点频法低准确度比点频法低。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理 频率特性测试仪，简称频率特性测试仪，简称扫频仪扫频仪，是利用示波，是利用示波管直接管直接显示被测二端网络频率特性曲线显示被测二端网络频率特性曲线的仪的仪器，是描绘表征网络传递函数的仪器。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、直一种快速、简便、实时、动态、多

16、参数、直观的测量仪器，广泛地应用于电子工程等领观的测量仪器，广泛地应用于电子工程等领域。域。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理 探测被测网络的输出探测被测网络的输出电压。它内藏晶体二电压。它内藏晶体二极管，起包络检波作极管，起包络检波作用用输出等幅扫频信输出等幅扫频信号，作为被测网号，作为被测网络的输入测试信络的输入测试信号号接收被测网络经检接收被测网络经检波后的输出信号波后的输出信号减少寄生调减少寄生调幅幅.振荡幅度振荡幅度随调制信号随调制信号的变化而变的变化而变化。化。改变扫频信号的输出幅度改变扫频信号的输出幅度一、频率特性测试仪一、频率特

17、性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理扫频振荡器扫频振荡器(核心电路核心电路) 作用是作用是产生等幅的扫频信号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下两种电路形式.变容二极管扫频和磁调制扫频。变容二极管扫频和磁调制扫频。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理（1）变容二极管扫频振荡器）变容二极管扫频振荡器(LC振荡器振荡器)变容二极管变容二极管.实质是一个实质是一个PN结，当它处于结，当它处于反向偏置反向偏置时，结时，结电容电容Cj由势垒电容组成，由势垒电容组

18、成，Cj随加在变容管两随加在变容管两端的反向偏压端的反向偏压u变化变化；在一定范围内，在一定范围内， u越大，越大， Cj越小；越小； u越小，越小， Cj越大。越大。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理图中，图中，VT1组成组成电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路；2、3为变容管为变容管，它们，它们与与1、2及及T1的结电容构成的结电容构成振荡回路振荡回路，振荡频，振荡频率率 ；变容管扫频通过电压控制来实现，是一个压控振荡器。变容管扫频通过电压控制来实现，是一个压控振荡器。 1为隔直电容；为隔直电容； 2为高频阻流圈为高频阻流圈随时间作周期性随

19、时间作周期性变化时，变化时，2、3结电容的反结电容的反向偏压向偏压u随之变随之变化，化， Cj也随之也随之改变，振荡频率改变，振荡频率发生变化，产生发生变化，产生扫频信号。扫频信号。LC10一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理（2）磁调制扫频振荡器）磁调制扫频振荡器所谓磁调制扫频，就是所谓磁调制扫频，就是用调制电流用调制电流所产生的所产生的磁场去磁场去控制振荡回路电感量控制振荡回路电感量；从而从而产生频率随调制电流变化的扫频信号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，其电感量一个带磁芯的电感线圈，其电感量与该磁芯的与该磁芯的有效

20、导磁系数有效导磁系数c之间的关系为之间的关系为 c， 其中是空芯线圈的电感量其中是空芯线圈的电感量一、扫频仪一、扫频仪4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理图中为普通磁性材料，图中为普通磁性材料，m为高导磁率、低损耗的高频为高导磁率、低损耗的高频铁氧体磁芯，与铁氧体磁芯，与m构成闭构成闭合磁路。合磁路。 c1为励磁线圈，为励磁线圈，通过调制电流时，通过调制电流时，将使中的磁通随将使中的磁通随之变化，磁芯之变化，磁芯m的的有效导磁系数有效导磁系数c变变化，从而导致磁芯化，从而导致磁芯线圈的电感量线圈的电感量变化，从而产生扫变化，从而产生扫频信号。频信号。CLfC2102为偏磁线圈，在为偏磁线圈，在及及

21、m中建立直流磁通，中建立直流磁通，它与它与m的的c有关，调有关，调节节RP可以改变可以改变的大的大小，可以改变扫频振小，可以改变扫频振荡器的中心频率荡器的中心频率f0 。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理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调幅较小的条件下获得较大的扫频宽度较大的扫频宽度。这种扫频方法获得广泛应用，国产扫频仪这种扫频方法获得广泛应用，国产扫频仪BT3、BT5、BT8等都采用磁调制扫频振等都采用磁调制扫频振荡器。荡器。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4

22、.扫频仪工作原理扫频仪工作原理频率标志电路简称为频率标志电路简称为频标电路频标电路其作用是产生具有频率标志的图形，叠加在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，幅频特性曲线上，对图形的频率轴进行定量，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频标的产生方法通常是差频法差频法。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理频标产生方法频标产生方法. 晶体振荡器产生的信晶体振荡器产生的信号经谐波发生器产生号经谐波发生器产生出一系列的谐波分量出一系列的谐波分量基波和谐波分量与扫

23、基波和谐波分量与扫频信号一起进入频标频信号一起进入频标混频器进行混频混频器进行混频滤去差频信滤去差频信号中的高频号中的高频成分成分一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)4.扫频仪工作原理扫频仪工作原理当当扫频信号的频率扫频信号的频率f向频标频率向频标频率fs接近时，差接近时，差频越来越小，当频越来越小，当f正好等于正好等于fs时，混频器产生时，混频器产生零差频（零拍），当零差频（零拍），当f逐渐离开逐渐离开fs时，差频从时，差频从零开始越来越大零开始越来越大；差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图形，差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图形，与图形叠加，这就是与图形叠加，这就是菱形频

24、标菱形频标。 在在f=fs附近的差频信号波形中间附近的差频信号波形中间疏，两边密，其包络如一个菱形；疏，两边密，其包络如一个菱形；改变改变fs，频标将在图形上移动，频标将在图形上移动，它停留的这一点的频率值可以直它停留的这一点的频率值可以直接读出。接读出。一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)5.扫频信号主要特性扫频信号主要特性1.有效扫频宽度有效扫频宽度f在扫频线性和振幅平稳性符合要求的条件下，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。一次扫频最大的频率覆盖范围。式中，式中，fmin 扫频的最低频率；扫频的最低频率； fmax 扫频的最高频率；扫频的最

25、高频率； fmax 频偏。频偏。minmaxmax2ffff一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)5.扫频信号主要特性扫频信号主要特性扫频信号的扫频信号的中心频率中心频率f0定义为定义为扫频信号中心频率扫频信号中心频率f0的最大调节范围，的最大调节范围， 称为称为扫频范围扫频范围。频率覆盖范围也可用相对值来表示，如下频率覆盖范围也可用相对值来表示，如下频偏频偏fmax与中心频率与中心频率f0可以比拟的扫频称为可以比拟的扫频称为宽带扫频宽带扫频，频偏，频偏fmax远小于中心频率远小于中心频率f0时则时则称为称为窄带扫频窄带扫频。2minmax0fff0minmax0fffff一、频

26、率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)5.扫频信号主要特性扫频信号主要特性2.扫频线性扫频线性用线性系数来表征，表示扫频振荡器的用线性系数来表征，表示扫频振荡器的压控特性曲线的非线性程度。压控特性曲线的非线性程度。线性系数线性系数K 越接近越接近1，则，则 压控特性曲压控特性曲 线的线性越好。线的线性越好。min0max0)()(KKK线性系数VCO最大控制最大控制灵敏度，即灵敏度，即f-u曲线最大斜率曲线最大斜率VCO最小控最小控制灵敏度制灵敏度一、频率特性测试仪一、频率特性测试仪(扫频仪扫频仪)5.扫频信号主要特性扫频信号主要特性3.振幅平稳性振幅平稳性用用扫频信号的寄生调幅扫频信

27、号的寄生调幅来表示，如图。来表示，如图。式中，式中，ma为寄生调幅系数。为寄生调幅系数。通常要求它小于某一百分数。通常要求它小于某一百分数。扫频宽度越宽，非线性越大。扫频宽度越宽，非线性越大。为改善振幅平稳性，故采用为改善振幅平稳性，故采用稳幅电路稳幅电路。%1002121AAAAma二、频谱分析仪二、频谱分析仪本节中掌握以下本节中掌握以下. 频谱分析仪的用途；频谱分析仪的用途； 频谱分析仪的基本工作原理；频谱分析仪的基本工作原理； 频谱分析仪的主要技术指标。频谱分析仪的主要技术指标。二、频谱分析仪二、频谱分析仪频谱分析仪是指用于显示频谱分析仪是指用于显示输入信号的功率输入信号的功率（或幅度）

28、对频率分布（或幅度）对频率分布的仪器，简称频谱仪。的仪器，简称频谱仪。频谱仪用于分析重复波形的特性，可频谱仪用于分析重复波形的特性，可显示信显示信号的全部频率成分号的全部频率成分。频谱仪主要用于研究稳态信号，即频谱仪主要用于研究稳态信号，即把连续信把连续信号分解成各个正弦分量并以号分解成各个正弦分量并以f/V图形显示出来图形显示出来。可对电信号和电路的频率、电平、调制度、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。声、增益、衰减等多种参数进行测量。二、频谱分析仪二、频谱分析仪1.频谱分析仪的

29、分类频谱分析仪的分类 按按工作频率工作频率分分.低频频谱仪，射频频谱仪及微波频谱仪。低频频谱仪，射频频谱仪及微波频谱仪。按按频带宽度频带宽度分分.宽带频谱仪和窄带频谱仪。宽带频谱仪和窄带频谱仪。按按扫频体制扫频体制分分.扫前端型和扫中频型。扫前端型和扫中频型。按按工作原理工作原理分分.实时频谱仪和扫描调谐型频谱仪。实时频谱仪和扫描调谐型频谱仪。二、频谱分析仪二、频谱分析仪2. 频谱分析仪的分类频谱分析仪的分类实时频谱仪实时频谱仪能同时显示规定的频率范围内的能同时显示规定的频率范围内的所有频率分所有频率分量量，而且保持了两个信号间的时间关系（相，而且保持了两个信号间的时间关系（相位信息）；位信息

30、）；它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号。分析瞬时信号。实时频谱仪又主要可以分为实时频谱仪又主要可以分为多通道频谱仪多通道频谱仪和和快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪两类。两类。二、频谱分析仪二、频谱分析仪3.多通道频谱仪多通道频谱仪多通道频谱仪多通道频谱仪.受滤波器数量及带宽的限制受滤波器数量及带宽的限制滤波器的输出滤波器的输出.输入信号中被输入信号中被该滤波器通带内所允许通过该滤波器通带内所允许通过的那一部分能量的那一部分能量显示器上显示的是显示器上显示的是各滤波器通带内的各滤波器通带内的信号的合成信号。信号的合成信号。二、频谱分析仪二、频

31、谱分析仪4.快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪 付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数字信息进行数字信息进行FFT变换以获得频域表征，属变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。于数字式频谱仪。 由于采用微处理器或专用集成电路，速度明由于采用微处理器或专用集成电路，速度明显超过传统的模拟式扫描频谱仪，能显超过传统的模拟式扫描频谱仪，能进行实进行实时分析时分析；但它同时受；但它同时受A/D转换器件的指标限转换器件的指标限制，通常制，通常带宽是有限的，工作频段较低带宽是有限的，工作频段较低。 二、频谱分析仪二、频谱分析仪4.快速付立

32、叶频谱仪快速付立叶频谱仪 输入信号首先经过可变衰减器以提供不输入信号首先经过可变衰减器以提供不同的幅度测量范围，然后经低通滤波器除去同的幅度测量范围，然后经低通滤波器除去仪器频率范围之外的高频分量。接下来对信仪器频率范围之外的高频分量。接下来对信号进行时域波形的号进行时域波形的采样采样和和量化量化，转变为数字转变为数字信息信息。最后。最后由微处理器利用由微处理器利用FFT计算波形的计算波形的频谱频谱，并将结果显示出来。，并将结果显示出来。RF输输入入LOfLADCDDCFFT处处理理显显示示LPF中中频频预预处处理理二、频谱分析仪二、频谱分析仪4.快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪FFT分析仪的

33、信号先分析仪的信号先在时、频域两个方向上离在时、频域两个方向上离散化，再对离散序列中散化，再对离散序列中N个采样数据个采样数据（记录）（记录）进行分析，所得频谱与周期信号理论上的线进行分析，所得频谱与周期信号理论上的线谱具有不同的意义，因此需要不同的谱具有不同的意义，因此需要不同的评价指评价指标标。频率特性频率特性 频率范围频率范围.由采样频率由采样频率fS决定。为防止频谱决定。为防止频谱混叠，一般采用过采样混叠，一般采用过采样.fS 2.56 fmax ，其，其中中fmax为待分析信号的最高频率。最高为待分析信号的最高频率。最高fS由由ADC的性能决定。的性能决定。二、频谱分析仪二、频谱分析

34、仪4.快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪频率分辨率频率分辨率.采样频率一定时，采样频率一定时，FFT的点数的点数越多，频率分辨率越高。频率分辨率越多，频率分辨率越高。频率分辨率f、采样频率采样频率fS和分析点数和分析点数N三者之间的关系为三者之间的关系为f=fS/N。幅度特性幅度特性 动态范围动态范围.取决于取决于ADC的位数、数字数据的位数、数字数据运算的字长或精度。运算的字长或精度。 灵敏度灵敏度.取决于本底噪声，主要由前置放大取决于本底噪声，主要由前置放大器噪声决定。器噪声决定。二、频谱分析仪二、频谱分析仪4.快速付立叶频谱仪快速付立叶频谱仪分析速度分析速度 主要取决于主要取决于N点点FF

35、T的运算时间、平均的运算时间、平均运行时间及结果处理时间，实时频谱分析运行时间及结果处理时间，实时频谱分析的频率上限可由的频率上限可由FFT的速度推算而得。若的速度推算而得。若是实信号的功率谱计算，则速度可以提高是实信号的功率谱计算，则速度可以提高一倍。一倍。 其他特性其他特性 可选的窗函数种类；数据触发方式；显示可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式；结果存储、输入方式；结果存储、输入/输出功能等。输出功能等。 二、频谱分析仪二、频谱分析仪5.超外差频谱仪超外差频谱仪扫描调谐频谱仪扫描调谐频谱仪对输入信号对输入信号按时间顺序按时间顺序进行扫描调谐，因此进行扫描调谐，因此只能只能分析周期重复

36、信号分析周期重复信号。有有很宽的工作频率很宽的工作频率范围范围.DC几十几十GHz。常用的扫描调谐频谱仪又分为常用的扫描调谐频谱仪又分为扫描射频调谐扫描射频调谐频谱仪和超外差频谱仪频谱仪和超外差频谱仪两类。两类。应用最广泛的是超外差频谱仪。应用最广泛的是超外差频谱仪。二、频谱分析仪二、频谱分析仪5.超外差频谱仪工作原理超外差频谱仪工作原理是一种具有是一种具有扫频扫频和和窄带宽滤波窄带宽滤波功能的超外差功能的超外差接收机，用扫频振荡器作为本机振荡器接收机，用扫频振荡器作为本机振荡器.有频带很窄的滤波有频带很窄的滤波器，按外差方式选器，按外差方式选择所需频率分量择所需频率分量 频率频率()在一定范

37、围扫动在一定范围扫动含有各个频率分量含有各个频率分量(如如fx1、fx2)差差(中频中频)信号信号f0=() -fx1，差差(中中)频依次落入频依次落入窄带滤波器的通带窄带滤波器的通带内，被滤波器选出内，被滤波器选出二、频谱分析仪二、频谱分析仪5.超外差频谱仪工作原理超外差频谱仪工作原理超外差频谱仪具有几超外差频谱仪具有几z几百几百Gz的极宽的极宽的分析频率范围，从几的分析频率范围，从几z几几Mz的分辨的分辨力带宽，力带宽，80dB以上的动态范围等高技术指标，以上的动态范围等高技术指标，如如HP8566B，国产的，国产的BP1、QF4021等。等。目前频谱仪的发展方向是多功能、智能化、目前频谱

38、仪的发展方向是多功能、智能化、自动化。自动化。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标1有效频率范围（中心频率范围）有效频率范围（中心频率范围）指规定仪器特性的频率范围，以指规定仪器特性的频率范围，以z表示该范表示该范围的上限和下限。围的上限和下限。这里的频率是指中心频率，即位于显示频谱这里的频率是指中心频率，即位于显示频谱宽度中心的频率。宽度中心的频率。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标2分辨力带宽分辨力带宽指分辨频谱中指分辨频谱中两个相邻分量之间的最小谱线两个相邻分量之间的最小谱线间隔，单位是间隔，单位是z。它表示频谱仪能够把它表示频谱仪能够把两个彼此

39、靠得很近的等两个彼此靠得很近的等幅信号在规定低点处分辨开来的能力幅信号在规定低点处分辨开来的能力。我们在频谱仪屏幕上看到的被测信号的谱线我们在频谱仪屏幕上看到的被测信号的谱线实际是一个窄带滤波器的动态幅频特性图形实际是一个窄带滤波器的动态幅频特性图形（类似钟形曲线），因此，分辨力取决于这（类似钟形曲线），因此，分辨力取决于这个幅频特性的带宽。个幅频特性的带宽。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标定义定义窄带滤波器幅频特性的窄带滤波器幅频特性的3dB带宽带宽为频谱为频谱仪的分辨力带宽。仪的分辨力带宽。可以看到，右图的分辨力可以看到，右图的分辨力 为为100Hz，如果，如果3d

40、B带宽带宽 过宽，则被测信号中的两过宽，则被测信号中的两 条谱线条谱线(如如420Hz和和480Hz) 有可能同时落入滤波器有可能同时落入滤波器 的通带内，那频谱仪就没有能力分开这两个的通带内，那频谱仪就没有能力分开这两个频率分量。频率分量。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标3灵敏度灵敏度指在给定分辨力带宽、显示方式和其他影响指在给定分辨力带宽、显示方式和其他影响因素下，频谱仪因素下，频谱仪显示最小信号电平的能力显示最小信号电平的能力，以以dBm、dBu、dBV、等单位表示。、等单位表示。超外差频谱仪的灵敏度取决于仪器的内噪声。超外差频谱仪的灵敏度取决于仪器的内噪声。为了

41、从噪声频谱中看清楚信号谱线，一般信为了从噪声频谱中看清楚信号谱线，一般信号电平应比内部噪声电平高号电平应比内部噪声电平高10dB。扫频速度越快，动态幅频特性峰值越低，灵扫频速度越快，动态幅频特性峰值越低，灵敏度越低。敏度越低。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标4动态范围动态范围指能以规定的准确度测量同时出现在输入端指能以规定的准确度测量同时出现在输入端的两个信号电平之间的最大差值。的两个信号电平之间的最大差值。动态范围的上限受到非线性失真的制约。频动态范围的上限受到非线性失真的制约。频谱仪的幅值显示方式有两种谱仪的幅值显示方式有两种.线性和对数。线性和对数。对数显示的优点

42、是在有限的屏幕有效高度范对数显示的优点是在有限的屏幕有效高度范围内，可获得较大的动态范围。围内，可获得较大的动态范围。频谱仪的动态范围一般在频谱仪的动态范围一般在60dB以上，有时甚以上，有时甚至达到至达到100dB以上。以上。二、频谱分析仪二、频谱分析仪6.主要技术指标主要技术指标5频谱宽度频谱宽度指频谱仪显示屏幕指频谱仪显示屏幕最左和最右垂直刻度线内所最左和最右垂直刻度线内所能显示的响应信号的频率范围（频谱宽度能显示的响应信号的频率范围（频谱宽度）。）。频谱宽度通常又分为下面三种模式频谱宽度通常又分为下面三种模式.（1）全扫频全扫频.频谱仪一次扫描它的有效频率范围。频谱仪一次扫描它的有效频

43、率范围。（2）每格扫频每格扫频.频谱仪一次只扫描一个规定的频率范频谱仪一次只扫描一个规定的频率范围。用每格表示的频谱宽度可以改变。围。用每格表示的频谱宽度可以改变。（3）零扫频零扫频.频率宽度为零，频谱仪不扫频，变成调频率宽度为零，频谱仪不扫频，变成调谐接收机。谐接收机。本章小结本章小结1时域测量和频域测量是从不同的角度去观时域测量和频域测量是从不同的角度去观察同一事物，故两者各有特点，互为补充，察同一事物，故两者各有特点，互为补充，具体工作中要根据具体的测量来选择相应的具体工作中要根据具体的测量来选择相应的测量方法。测量方法。2利用扫频信号的测量是动态测量，具有直利用扫频信号的测量是动态测量

44、，具有直观、方便、快速、在测量的同时可以调试等观、方便、快速、在测量的同时可以调试等优点。优点。本章小结本章小结3频率特性测试仪常用于测量各种电路或系频率特性测试仪常用于测量各种电路或系统的幅频特性，实际是示波器的一种扩展应统的幅频特性，实际是示波器的一种扩展应用。扫频振荡器是测量的激励源，是仪器的用。扫频振荡器是测量的激励源，是仪器的核心部件。核心部件。产生扫频信号的方法主要是产生扫频信号的方法主要是变容二极管扫频变容二极管扫频（如（如BT4）和）和磁调制扫频磁调制扫频（如（如BT3）。）。其基本思路是其基本思路是.利用扫描信号连续改变振荡回利用扫描信号连续改变振荡回路中的电容或电感的大小，从而实现扫频。路中的电容或电感的大小，从而实现扫频。本章小结本章小结4BT3扫频仪屏幕上横坐标频率的读数，扫频仪屏幕上横坐标频率的读数，是根据叠加在显示的被测曲线上的频标来确是根据叠加在显示的被测曲线上的频标来确定。定。5频谱仪主要用于分析电信号的频谱，其测频谱仪主要用于分析电信号的频谱，其测量功能较多，应用广泛。目前使用最多的是量功能较多，应用广泛。目前使用最多的是超外差频谱仪。超外差频谱仪。