1、6.1 扫频仪概述扫频仪概述 扫频仪，又称频率特性测试仪，用来测定各扫频仪，又称频率特性测试仪，用来测定各种有源、无源二端口和四端口网络（如调频放大种有源、无源二端口和四端口网络（如调频放大器、宽频放大器、各种滤波器、鉴频器、雷达等）器、宽频放大器、各种滤波器、鉴频器、雷达等）的传输特性、阻抗特性和反射特性等。的传输特性、阻抗特性和反射特性等。点频测量法点频测量法线性系统频率特性的经典测量法线性系统频率特性的经典测量法 每次只能将加到被测线性系统的信号源的频每次只能将加到被测线性系统的信号源的频率调节到某一个频点。依次设置调谐到各指定频率调节到某一个频点。依次设置调谐到各指定频点上，分别测出各
2、点处的参数，再将各点数据连点上，分别测出各点处的参数，再将各点数据连成完整的曲线，从而得到频率特性测量结果。成完整的曲线，从而得到频率特性测量结果。所得频率特性是所得频率特性是静态静态的，无法反映信号的连续的，无法反映信号的连续变化；变化；测量频点的选择对测量结果有很大影响，特别测量频点的选择对测量结果有很大影响，特别对某些特性曲线的锐变部分以及失常点，可能会对某些特性曲线的锐变部分以及失常点，可能会因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。频率源的输出能够在测量所需的范围内频率源的输出能够在测量所需的范围内连续连续扫描扫描，因此可以连续测出各频率点上的频
3、率特性结，因此可以连续测出各频率点上的频率特性结果并立即显示特性曲线。果并立即显示特性曲线。优点：扫频信号的频率连续变化，扫频测量所优点：扫频信号的频率连续变化，扫频测量所得的频率特性是得的频率特性是动态动态频率特性，也不会漏掉细节。频率特性，也不会漏掉细节。不足：如果输入的扫频信号频率变化速度快于不足：如果输入的扫频信号频率变化速度快于系统输出响应时间，则频率的响应幅度会出现不系统输出响应时间，则频率的响应幅度会出现不足，扫频测量所得幅度小于点频测量的幅度；电足，扫频测量所得幅度小于点频测量的幅度；电路中路中LC元件的元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频
4、率偏离。会产生频率偏离。扫频测量所得的动态特性曲线峰值低于点频测量所得的静态特性曲线。扫频速度越快，下降越多；动态特性曲线峰值出现的水平位置（频率）相对于静态特性曲线有所偏离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化的方态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化的方向一侧倾斜；向一侧倾斜；动态特性曲线较平缓，其动态特性曲线较平缓，其3dB带宽大于静态特性带宽大于静态特性曲线的曲线的3dB带宽；带宽；小结：测量系统动态特性，必须用扫频法；为了小结：测量系统动态特性，必须用
5、扫频法；为了得到静态特性，必须选择极慢的扫频速度以得到得到静态特性，必须选择极慢的扫频速度以得到近似的静态特性曲线，或采用点频法。近似的静态特性曲线，或采用点频法。2常用频域测试仪器n（1）频率特性测试仪（2）频谱分析仪6.1.1 常用术语常用术语1.扫频信号发生器扫频信号发生器 2.扫频仪扫频仪 3.有效频率范围有效频率范围4.扫频宽度扫频宽度 5.扫频中心频率扫频中心频率 6.扫频方式扫频方式7.自动扫频自动扫频 8.手动扫频手动扫频 9.触发扫频触发扫频10.单次触发扫频单次触发扫频 11.对数扫频对数扫频 12.起止扫频起止扫频13.标志扫频标志扫频 14.窄带扫频外扫频窄带扫频外扫频
6、 15.频率标志频率标志16.分辨率分辨率 17.扫频线性误差扫频线性误差 18.扫频时间扫频时间6.1.2 扫频仪中的关键器件扫频仪中的关键器件1、变容二极管、变容二极管2.变容二极管扫频变容二极管扫频 等效电路如图等效电路如图 jCNPsRNPjCV1jojnCCVV0jC变容管在零偏压时的电容。变容管在零偏压时的电容。VPN结的内建电位差，硅管结的内建电位差，硅管=0。6vn电容指数，决定于电容指数，决定于PN结中杂质结中杂质浓度的分布情况，对于突变结浓度的分布情况，对于突变结变容管，变容管，而超突变结变，而超突变结变容管容管12n 1n势垒电容与外加电压的关系：势垒电容与外加电压的关系
7、：工作原理：基于工作原理：基于PN结反向偏置时，结电容与偏结反向偏置时，结电容与偏 置电压有关这一原理置电压有关这一原理 制成的。制成的。变容二极管构成的振荡回路变容二极管构成的振荡回路扫描信号隔直电容偏置电压接振荡器变容管扫频振荡器的优点：变容管扫频振荡器的优点：电路简单，频偏宽，对调制信号几乎不消耗功率电路简单，频偏宽，对调制信号几乎不消耗功率。它一般用。它一般用 于晶体管化的扫频仪中。于晶体管化的扫频仪中。L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XY变容二极管等效电路图表变容二极管等效电路图表变容特性曲线变容特性曲线2、电协调变容二极管、
8、电协调变容二极管 变容二极管有三种类型：参数变容二极管、变容二极管有三种类型：参数变容二极管、功率变容二极管、电调谐变容二极管。在扫频功率变容二极管、电调谐变容二极管。在扫频仪中使用的是电调谐变容二极管。仪中使用的是电调谐变容二极管。6.2 扫频仪工作原理扫频仪工作原理6.2.1整机电路原理框图整机电路原理框图 它主要由扫频信号源和显示系统两大部分构成。它主要由扫频信号源和显示系统两大部分构成。能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发生器或扫频信号源，简称扫频源。它既可作为独立生器或扫频信号源，简称扫频源。它既可作为独立的测量用信号发生器，又可作为频率特
9、性测量类仪的测量用信号发生器，又可作为频率特性测量类仪器的前端。器的前端。扫扫描描信信号号发发生生器器放放大大器器稳稳幅幅ALC低低通通滤滤波波器器宽宽带带 放放大大器器输输出出衰衰减减器器频频标标产产生生电电路路混混频频器器本本振振f0频频标标输输出出扫扫描描输输出出X 轴轴扫扫频频输输出出取取样样检检波波器器扫扫频频振振荡荡器器f1f2 典型的扫频源应具备下列三方面功能：典型的扫频源应具备下列三方面功能：产生产生扫频信号扫频信号（通常是等幅正弦波）；（通常是等幅正弦波）；产生同步输出的产生同步输出的扫描信号扫描信号，可以是三角波、，可以是三角波、正弦波或锯齿波等；正弦波或锯齿波等；产生同步
10、输出的产生同步输出的频率标志频率标志，可以是等频率，可以是等频率间隔的通用频标、专用于某项测试的专用间隔的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频标。频标及活动频标。对扫频源通常的对扫频源通常的技术要求技术要求：在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳定，以获得最大的动态范围；定，以获得最大的动态范围；调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便确定频带宽度和点频输出；确定频带宽度和点频输出；为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和谐波均应很小；谐波均应很小；扫频源输出的中心频
11、率稳定，并可以任意调节；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。有效扫频宽度扫频线性输出振幅平稳性121202ffffff min0max0kk 线线性性系系数数%1002121 AAAAM调调幅幅系系数数f0：扫频输出中心频率：扫频输出中心频率f1：扫频起点；：扫频起点；f2：扫频终点：扫频终点k0：压控特性：压控特性f-V曲线的斜率曲线的斜率A1：寄生调幅最大幅度：寄生调幅最大幅度A2：寄生调幅最小幅度：寄生调幅最小幅度1、扫频信号源的构成及功能、扫频信号源的构成及功能 扫频信号源由扫频单元、频标单元和衰减扫
12、频信号源由扫频单元、频标单元和衰减器三部分组成，在控制信号的作用下要求扫频器三部分组成，在控制信号的作用下要求扫频信号源具有以下功能信号源具有以下功能:能产生频率做线性变化的扫频信号；能产生频率做线性变化的扫频信号；这个扫频信号的输出是等幅的，且具有一定的这个扫频信号的输出是等幅的，且具有一定的功率；功率；扫频信号的频偏应尽可能大且中心频率可调；扫频信号的频偏应尽可能大且中心频率可调；要求扫频信号的线性度良好；要求扫频信号的线性度良好；能产生和扫频信号同步的频率标记；能产生和扫频信号同步的频率标记；输出阻抗要恒定。输出阻抗要恒定。2、显示系统的构成及功能、显示系统的构成及功能 对于显示系统而言
13、，主要的要求有两点：对于显示系统而言，主要的要求有两点：轨迹明亮而清晰，在不失真的前提下要有足够轨迹明亮而清晰，在不失真的前提下要有足够高的增益。高的增益。显示系统主要由斜波电压发生器，显示系统主要由斜波电压发生器，x，y 轴轴通道放大器及示波管等电路构成。通道放大器及示波管等电路构成。6.2.2 单元电路工作原理单元电路工作原理1.扫频单元扫频单元2、固定振荡器、固定振荡器3、扫频振荡器、扫频振荡器4、混频器和低通滤波器、混频器和低通滤波器6.3 频标单元频标单元1、单一频标产生的工作原理、单一频标产生的工作原理2、产生多个频标的工作原理、产生多个频标的工作原理 以以10MHz通用频标为例来
14、说明获得多个频标的通用频标为例来说明获得多个频标的工作原理：工作原理：频率标记是扫频测量中的频率定度频率标记是扫频测量中的频率定度 。产生频。产生频标的基本方法是标的基本方法是差频法差频法，利用差频方式可产生一个，利用差频方式可产生一个或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的基准频率的成分。基准频率的成分。所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高 频标幅度应基本一致、显示整齐频标幅度应基本一致、显示整齐 不包含杂频和泄漏进来的扫频信号不包含杂频和泄漏进来的扫频信号 多种频标形式以满足不同的显示和测量需要多种频标
15、形式以满足不同的显示和测量需要 电路时延尽可能小以减小频率定度误差电路时延尽可能小以减小频率定度误差菱形菱形频标频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。脉冲脉冲频标频标 由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。宽度较菱形频标
16、窄，在测量低频电路也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。时分辨力更高。线形线形频标频标 状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的频标形式。器特有的频标形式。频率标记：用于频率值的标定，频率标记简称频标频率标记：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）：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、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。（频标宽差频法：形成菱形频标，适用于高频扫频仪中。（频标宽度）度）扫 频 信 号发 生 器标 准 信 号 发 生 器混
17、频 器带通滤波器放大器sfminmaxff谐波发生器snf1 2 3n、频率标记频率标记4.98MHz5MHz5.02MHz扫频信号1MHz振荡信号的五次谐波5MHz20kHz20kHz混频输出通过窄带通滤波器并放大10MHz频标频标3、频标单元电路分析、频标单元电路分析 本电路包括四个部分：本电路包括四个部分：10MHz晶振、隔离放大晶振、隔离放大器、波发生器及混频滤波电路。器、波发生器及混频滤波电路。6.4 Y通道单元通道单元Y通道单元的具体要求为：通道单元的具体要求为：有较高的输入阻抗有较高的输入阻抗;有较好的频率特性有较好的频率特性;要求有较小的漂移要求有较小的漂移;6.5 操作使用操
18、作使用 以以BT-3GIII型频率特性测试仪为例来详细介绍扫型频率特性测试仪为例来详细介绍扫频仪的使用方法频仪的使用方法1、BT-3GIII型频率特性测试仪的面板布置型频率特性测试仪的面板布置2、旋钮的名称与作用、旋钮的名称与作用（1）显示器的旋钮与作用）显示器的旋钮与作用 亮度：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度亮度：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度最大，反之则扫描线最暗。最大，反之则扫描线最暗。聚焦：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。聚焦：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可水平校准：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调整。加以调整。Y输入：
19、通常接检波探头的输出端。对于含有内检输入：通常接检波探头的输出端。对于含有内检波的四端网络，该网络的输出可直接加到波的四端网络，该网络的输出可直接加到Y输入。输入。Y增益：用于调节输入信号的大小，以使得被测信增益：用于调节输入信号的大小，以使得被测信号能直观地显示在屏幕上。号能直观地显示在屏幕上。位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。上下移动。Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。上下移动。Y轴衰减选择挡：共分为轴衰减选择挡：共分为*1、*10、*100三挡，应和三挡，应和Y 增益
20、配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个Y轴的增益与扫描曲线的高度。轴的增益与扫描曲线的高度。（2）扫频信号源的旋钮与作用）扫频信号源的旋钮与作用 中心频率：调节该旋钮，可使需要的中心频率中心频率：调节该旋钮，可使需要的中心频率置于屏幕的中心位置。置于屏幕的中心位置。扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带扫频宽度：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。宽。输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组输出衰减：输出衰减共分七挡，通过不同的组合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输出幅度。扫频信号的输出幅度。扫频
21、输出：扫频信号的输出端，通常接到被测扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测四端网络的输入端。四端网络的输入端。（3）频标信号发生器的旋钮与作用）频标信号发生器的旋钮与作用 频标选择频标选择 频标幅度频标幅度 外接频标外接频标3.使用方法使用方法（1）使用前的准备工作）使用前的准备工作 将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头 接扫频输出插座，检波输出插头接接扫频输出插座，检波输出插头接Y输入。如输入。如图图6.5.2所示所示:（2）频标识别）频标识别 将频标选择旋钮置于将频标选择旋钮置于10/1位置，中心频位置，中心频率置于起始处，此时屏幕中出现不同于
22、率置于起始处，此时屏幕中出现不同于菱形频标的特殊标识，称作零拍。菱形频标的特殊标识，称作零拍。顺时针转动中心频率旋钮，会发现顺时针转动中心频率旋钮，会发现0拍及拍及右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大右面的大小频标逐渐左移。其中幅度大的为的为10MHz频标，幅度小的为频标，幅度小的为1MHz频标，频标，如图如图6.5.3（a）所示。）所示。将频标选择旋钮置于将频标选择旋钮置于50位置，扫频特性曲线如图位置，扫频特性曲线如图6.5.3（b）所示，在零拍右面的第一个频标为）所示，在零拍右面的第一个频标为50MHz，第二个频标为，第二个频标为100MHz，其余依次类推。，其余依次类推。（3）扫频宽度）
23、扫频宽度 不同的四端网络有着不同的频带，预置不同的四端网络有着不同的频带，预置扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的扫频宽度。扫频宽度。（4）中心频率读取）中心频率读取 不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右面，预置中心频率过低，被测曲线会在左面。面，预置中心频率过低
24、，被测曲线会在左面。调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，就可以对称地观察被测曲线。图就可以对称地观察被测曲线。图6.5.4示出了中心频率示出了中心频率为为20MHz扫频宽度为扫频宽度为24MHz的校准曲线。需要说明的校准曲线。需要说明的是，中心频率的是，中心频率20MHz是在是在0拍右面的第拍右面的第2个大频标。个大频标。6.6 测试实例测试实例1、单调谐回路的扫频测量、单调谐回路的扫频测量（1）单调谐回路的电路原理图）单调谐回路的电路原理图（2）扫频仪各旋钮预置如下：）扫频仪各旋钮预置如下：将将-/+置于置于+，AC/DC置于置于DC，Y衰减置
25、于衰减置于1;扫频输出衰减旋钮置于扫频输出衰减旋钮置于0dB;频标选择旋钮置于频标选择旋钮置于10/1MHz;扫频宽度旋钮置于扫频宽度旋钮置于5MHz；将低阻检波器和自校准插座分别接将低阻检波器和自校准插座分别接Y输入和扫频输入和扫频输出插座，调整输出插座，调整Y增益使得扫描曲线为增益使得扫描曲线为5大格，并大格，并记下此值记下此值（3）扫频仪与单协调回路的连接方法：）扫频仪与单协调回路的连接方法：注意：检波器为高阻检波器，扫频输出为带鳄注意：检波器为高阻检波器，扫频输出为带鳄鱼夹的高频电缆。鱼夹的高频电缆。（3）调节输出衰减为）调节输出衰减为47dB，单调谐回路的幅频特，单调谐回路的幅频特性
26、曲线性曲线:该单调谐回路的增益为该单调谐回路的增益为47dB，即放大量为，即放大量为100余倍。余倍。2、双谐调回路的扫频测量双谐调回路的扫频测量步骤如下：步骤如下：双谐调回路原理图：双谐调回路原理图：扫频仪各旋钮预置如实例扫频仪各旋钮预置如实例1；扫频仪与双谐调回路的连接方法与实例扫频仪与双谐调回路的连接方法与实例1相同；相同；调整输出衰减为调整输出衰减为50dB，被测双谐调回路的幅频，被测双谐调回路的幅频特性曲线如图：特性曲线如图：3、相位鉴频器的扫频测量、相位鉴频器的扫频测量相位鉴频器的特性曲线相位鉴频器的特性曲线4、利用扫频仪测量振荡器的振荡频率、利用扫频仪测量振荡器的振荡频率5、用扫
27、频仪测量无源的高通滤波器、用扫频仪测量无源的高通滤波器高通滤波器电路原理图高通滤波器电路原理图1频道高通滤波器特性曲线频道高通滤波器特性曲线6、主要技术指标、主要技术指标 扫频范围：扫频范围：1300MHz；扫频宽度：扫频宽度：100MHz;扫频非线性：扫频非线性：+-5%；输出电压：输出电压：0.5V(3.33mW)+-10%;输出平坦度：输出平坦度：+-0.25dB;输出衰减：输出衰减：070dB,1dB步进；步进；输出阻抗：输出阻抗：75欧；欧；频率标记：频率标记：50MHz、10MHz/1MHz复合及外接复合及外接三种，外接频标灵敏度优于三种，外接频标灵敏度优于300mV；显示部分垂直
28、灵敏度：优于显示部分垂直灵敏度：优于20mV(峰峰-峰）峰）/cm;显示屏幕有效尺寸：显示屏幕有效尺寸：100mm*80mm。6.7 频谱分析仪工作原理频谱分析仪工作原理6.7.1 时域和频域的关系时域和频域的关系频域和时域的关系频域和时域的关系 通常一个过程或信号通常一个过程或信号可以表示为时间可以表示为时间t的函的函数数f(t)，示波器常用来，示波器常用来观测信号电压随时间观测信号电压随时间的变化，是典型的时的变化，是典型的时域分析仪器。域分析仪器。过程或信号还可以表过程或信号还可以表示为频率示为频率f 或角频率的或角频率的函数函数s()，频率特性频率特性测试仪、频谱分析仪测试仪、频谱分析
29、仪都是以频率为自变量，都是以频率为自变量，以各频率分量的信号以各频率分量的信号值为因变量进行分析值为因变量进行分析的仪器。的仪器。常见电信号波形图与频谱图的对应关系常见电信号波形图与频谱图的对应关系 表中纯正弦波，只显示一条谱线，表中纯正弦波，只显示一条谱线，f0=1/T，线高等于正弦波的幅值；方波含有线高等于正弦波的幅值；方波含有1,3,5.奇次谐奇次谐波；三角波与梯形波也含有波；三角波与梯形波也含有1,3,5.奇次谐波，但奇次谐波，但各分量的幅值与方波不同；而锯齿波含有各分量的幅值与方波不同；而锯齿波含有1,2,3.各次谐波，按自然数排列。这些均可通过傅里叶各次谐波，按自然数排列。这些均可
30、通过傅里叶级数求出。级数求出。6.7.2频谱分析仪的分类频谱分析仪的分类 频谱分析仪按其工作原理分为实时频谱分析频谱分析仪按其工作原理分为实时频谱分析仪和非实时频谱分析仪两大类。仪和非实时频谱分析仪两大类。实时频谱分析仪按工作原理又可分为多通道实时频谱分析仪按工作原理又可分为多通道（信道）滤波式、时基压缩式、扫频超外差（信道）滤波式、时基压缩式、扫频超外差式、相关存储滤波式、快速傅里叶变换（式、相关存储滤波式、快速傅里叶变换（FFT）式）式等。等。1、FFT型实时频谱仪型实时频谱仪 付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数付里叶分析仪将输入信号数字化，再对时域数字信息进行字信息进行FFT变换以
31、获得频域表征，属于数字式变换以获得频域表征，属于数字式频谱仪。由于采用微处理器或专用集成电路，速度频谱仪。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，能进行实时分明显超过传统的模拟式扫描频谱仪，能进行实时分析；但它同时受析；但它同时受A/D转换器件的指标限制，通常带转换器件的指标限制，通常带宽是有限的，工作频段较低。宽是有限的，工作频段较低。FFTFFT分析仪原理及组成分析仪原理及组成 输入信号首先经过可变衰减器以提供不同的幅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仪器频率范围度测量范围，然后经低通滤波器除去仪器频率范围之外的高频分量。接
32、下来对信号进行时域波形的采之外的高频分量。接下来对信号进行时域波形的采样和量化，转变为数字信息。最后由微处理器利用样和量化，转变为数字信息。最后由微处理器利用FFTFFT计算波形的频谱，并将结果显示出来。计算波形的频谱，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 FFTFFT的基本特性的基本特性 FFTFFT是一种面向记录的算法。将是一种面向记录的算法。将N N个采样点作个采样点作为时间记录输入，得到为时间记录输入，得到N N个节点的频谱输出，输出记个节点的频谱输出，输出记录的复数值同时包含幅度、相位信息。各节点之间录的复数值同时包含幅度
33、、相位信息。各节点之间的频率间隔的频率间隔fstep由时间记录长度由时间记录长度N N和采样频率和采样频率f fS S决定：决定：fstep=fS/N，第，第n n个节点对应的频率值为个节点对应的频率值为fn=fSn/N。FFTFFT形成的频谱相对于折叠频率形成的频谱相对于折叠频率f ff f（f ff f=f fS S/2/2）对称，因此输出频率的前半部分是多余的，只需保对称，因此输出频率的前半部分是多余的，只需保留（留（N N/2/2）+1+1个有效节点，对应于频率从个有效节点，对应于频率从0 0到到f fS S/2/2 ，故故FFTFFT的输出频率范围为的输出频率范围为00f fS S/
34、2/2，类似于低通滤波。，类似于低通滤波。频谱泄漏及其处理频谱泄漏及其处理 FFTFFT在原理上是采用有限长的时间记录进行付氏在原理上是采用有限长的时间记录进行付氏变换，并在总体上不断重复以代表对无限长实际序变换，并在总体上不断重复以代表对无限长实际序列的积分。然而在重复波形时，某些波形的形状和列的积分。然而在重复波形时，某些波形的形状和相位可能会有瞬变，这种情况下的相位可能会有瞬变，这种情况下的FFTFFT频谱与付氏变频谱与付氏变换积分的结果有较大差异，频谱图中会看到谱线的换积分的结果有较大差异，频谱图中会看到谱线的频率范围变宽，这就是频谱泄漏。频率范围变宽，这就是频谱泄漏。常用解决办法是常
35、用解决办法是使用窗函数与时间记录相乘使用窗函数与时间记录相乘，即强迫波形在有限长度的时间记录之外变为零，于即强迫波形在有限长度的时间记录之外变为零，于是波形不再有瞬变现象。是波形不再有瞬变现象。2、扫频超外差式频谱仪、扫频超外差式频谱仪 外差式频谱分析仪 外差式频谱分析仪核心部分如同一台外差式接收机，其框图如下图所示。外差式频谱分析仪具有频率范围宽、灵敏度高、频率分辨力可变等优点，是频谱仪中数量最多的一种，高频频谱仪几乎全部采用外差式。图 外差式频谱分析仪的构成框图 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。视视频频滤滤波波X放放大大Y放放大大fx检检波波扫扫描描信信号号
36、发发生生器器LOfLIF滤滤波波中中频频信信号号处处理理输输入入电电路路 多级混频 高中频很难实现窄带带通滤波和性能良好的检高中频很难实现窄带带通滤波和性能良好的检波，需要进行多级变频（混频）处理。波，需要进行多级变频（混频）处理。第一混频实第一混频实现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混现高中频频率变换，再由第二、三级甚至第四级混频将固定的中频逐渐降低。频将固定的中频逐渐降低。每级混频之后有相应的每级混频之后有相应的带通滤波器抑制高次谐波交调分量。带通滤波器抑制高次谐波交调分量。低低通通滤滤波波带带通通滤滤波波带带通通滤滤波波射射频频输输入入100KHz3GHz第第一一本本振振4GHz
37、6.9GHz3.9GHz第第二二本本振振第第三三本本振振3.56GHz340MHz329.3MHz10.7MHz FFTFFT分析仪比外差式频谱仪测量速度快分析仪比外差式频谱仪测量速度快。外差。外差式频谱仪的测量速度受限于分辨率带宽，在较低式频谱仪的测量速度受限于分辨率带宽，在较低频段区分紧邻的谱线需要很窄的频段区分紧邻的谱线需要很窄的RBWRBW，因此导致扫，因此导致扫描时间可能会长到无法忍受。而描时间可能会长到无法忍受。而FFTFFT分析仪的速度分析仪的速度仅取决于量化和仅取决于量化和FFTFFT计算所需的时间，在相等的频计算所需的时间，在相等的频率分辨率下，率分辨率下，FFTFFT分析仪
38、较外差式频谱仪快得多。分析仪较外差式频谱仪快得多。由于由于FFTFFT分析仪需使用高速分析仪需使用高速ADCADC进行过采样，可进行过采样，可分析的频率范围受限于分析的频率范围受限于A/DA/D器件的速度，因而器件的速度，因而在频在频率覆盖范围上率覆盖范围上FFTFFT分析仪不及外差式频谱仪分析仪不及外差式频谱仪。现代频谱仪将外差式扫描频谱分析技术与现代频谱仪将外差式扫描频谱分析技术与FFTFFT数字信号处理技术相结合，兼有两种技术的优点：数字信号处理技术相结合，兼有两种技术的优点：前端仍采用传统的外差式结构，而在中频处理部前端仍采用传统的外差式结构，而在中频处理部分采用数字结构，中频信号由分
39、采用数字结构，中频信号由ADCADC量化，量化，FFTFFT则由则由通用微处理器或专用数字逻辑实现通用微处理器或专用数字逻辑实现。这种方案充。这种方案充分利用了外差式频谱仪的频率范围和分利用了外差式频谱仪的频率范围和FFTFFT优秀的频优秀的频率分辨率，使得在很高的频率上进行极窄带宽的率分辨率，使得在很高的频率上进行极窄带宽的频谱分析成为可能，整机性能大大提高。频谱分析成为可能，整机性能大大提高。6.7.3 信号频谱测量信号频谱测量1、调幅信号分析、调幅信号分析（1）扫频法）扫频法（2）时域法时域法（3）FFT频域法频域法（4）调幅（调幅（AM）信号测量方法的选择）信号测量方法的选择2、调频信
40、号分析、调频信号分析 调频信号的频谱是由无限边带组成的，然而调频信号的频谱是由无限边带组成的，然而在窄带调频情况下，只有两个主要的边带，它们在窄带调频情况下，只有两个主要的边带，它们的幅度相对于载波幅度为的幅度相对于载波幅度为:(1)扫频频域法扫频频域法 (2)贝塞尔贝塞尔(Bessel)零点法零点法(3)哈伯雷哈伯雷(Haberly)法法(4)斜率检波解调法斜率检波解调法 斜率检波解调法是将频谱仪设置在零扫宽的斜率检波解调法是将频谱仪设置在零扫宽的位置上位置上(SPAN=0Hz)，利用中频滤波器的斜率来解，利用中频滤波器的斜率来解调信号的。如果信号正好处于频谱仪中心频率处，调信号的。如果信号
41、正好处于频谱仪中心频率处，即中频信号位于中频滤波器中心处，显示信号就变即中频信号位于中频滤波器中心处，显示信号就变成一根直线，幅度上没有变化。如果调节频谱仪中成一根直线，幅度上没有变化。如果调节频谱仪中心频率，使得信号位于中频滤波器的斜边上，任何心频率，使得信号位于中频滤波器的斜边上，任何频率变化就变为幅度变化，因此得到解调波形。这频率变化就变为幅度变化，因此得到解调波形。这种方法对测量非正弦调制种方法对测量非正弦调制(如噪声、音频、数字调制如噪声、音频、数字调制)的峰值频偏是非常重要的。的峰值频偏是非常重要的。(5)调频调频(FM)信号测量方法的选择信号测量方法的选择3、脉冲调制信号分析、脉
42、冲调制信号分析(1)窄带测量窄带测量(2)宽带测量宽带测量4、复合信号频谱分析、复合信号频谱分析6.7.4 技术性能指标技术性能指标(1)频率分辨率频率分辨率(2)显示平均噪声电平显示平均噪声电平(3)视频滤波器和视频平均视频滤波器和视频平均(4)动态范围动态范围(5)检波器与检波方式检波器与检波方式(6)噪声边带噪声边带(7)假响应假响应(8)剩余响应剩余响应(9)多重响应多重响应(10)交调失真交调失真(11)增益压缩增益压缩(12)冲击带宽冲击带宽(13)预选器预选器6.7.5 操作使用要点操作使用要点1、选型依据、选型依据2、使用要点、使用要点(1)电源要求电源要求(2)静电防护静电防护(3)对输入信号的要求对输入信号的要求(4)更换电池更换电池(5)地址设置地址设置(6)其他说明其他说明90谢谢！谢谢！
