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频率测量仪器PPT课件

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第六章 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 频域测量仪器 频率特性测试仪 频谱分析仪器 付里叶分析仪 扫描式频谱仪 频谱分析仪在频域测试中的应用 谐波失真度测量 调制度测量 频谱仪的使用方法 第六章 频域测量仪器 本章重点 ? 扫频信号的产生 ? 扫频法测量电路的幅频特性曲线 ? 扫频外差式频谱显示技术 ? 频谱仪的工作原理及其应用 本章难点 ? 扫频测量技术 ? 外差式频谱仪工作原理 6.1 频率特性测试仪 6.1.1 概述 扫频仪主要参数: ? 中心频率f0及可调范围; ?扫频频偏:Δf表示调频信号在f0+Δf范围内连续改变; ?扫频线性:指扫频信号频率变化规律与预定的扫频规律之 间的吻合程度; ?频率标记:在幅频特性曲线上同时显示表示频率值的标记; ?扫频信号幅度:扫频仪输出的等幅扫频信号的最大值。 6.1.2 频率特性的测量法 点频测量法 ——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。 ? 所得频率特性是静态的,无法反映信号的连续变 化; ? 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,可能会因频 点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。 扫频测量法 频率源的输出能够在测量所需的范围内连续扫描, 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。 ?优点:扫频信号的频率连续变化,扫频测量所得 的频率特性是动态频率特性,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。 6.1.3 扫频测量技术 幅频特性的扫频测量法 u1示波器的水平扫描信号 u2扫频信号,频率变化 与扫描信号幅度变化同 步。 u3电路输出信号,体现电 路幅频特性 u4检波器取出的包络信 号,其形状即是被测电 路的幅频特性曲线. 1.扫频源的基本工作原理 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。 频标产 ALC 稳 幅 放大器 取 样 检波器 生电路 频标 输出 扫频振荡器 f 1~ f 2 混频器 本振 f0 低通滤波器 宽 带 放大器 输 出 衰减器 扫频 输出 扫描信号 发生器 X 轴 扫描输出 扫频源的基本工作原理(续) 典型的扫频源应具备下列三方面功能: ? 产生扫频信号(通常是等幅正弦波); ? 产生同步输出的扫描信号,可以是三角波、正弦 波或锯齿波等; ? 产生同步输出的频率标志,可以是等频率间隔的 通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频 标。 2.扫频源的主要特性 对扫频源通常的技术要求: ? 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; ? 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; ? 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; ? 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。 3. 扫频信号的主要工作特性 有效扫频宽度 ?所谓有效扫频宽度,就是指在扫频线和振幅平 稳性能符合要求的前提下,一次扫频能达到的最 大频率的覆盖范围。一次扫频时能获得的最高fmax 和最低fmin的瞬时频率之差就是有效扫频宽度, 用 ?f 表示。 ?中心频率 中心频率是指在线性扫频时,频率变化 是均匀的,称为频偏。中心频率为: f max ? f min f0 ? 2 中心频率范围 ?指f0的变化范围,也就是扫频仪的工作频率范围。 ?f ? 即 称为相对扫频宽度。 f 0 f max ? f min ?f ? 2? f0 f max ? f min 振幅稳定性 ?所谓振幅稳定性,就是指在幅频特性测试中, 扫频仪输出的扫频信号的幅度的变化情况。 ?理想情况下,扫频仪输出的扫频信号的幅度恒 定不变。通常用寄生调幅系数M来表示扫频信 号幅度的平稳性,寄生调幅系数越小,表示振 幅平稳性越高。 振幅稳定性 ?寄生调幅系数的检查,调节扫频宽度,在有效 面积内,使扫频宽度为15MHz,旋转中心频率 旋钮找一扫频线落差最大的地方,把最高点和 最低点的高度分别记A、B,如图所示。 那么M为:M= A?B A?B ? 100% 关 键 环 节 4. 扫频法的原理 扫频信号发生器 v2 v3 被测电路 v4 峰值检波器 Y v5 扫描发生器 v1 X 扫频速度(df/dt):扫频信号的频率随时间的 变化率 。 扫频仪的组成:利用示波器的显示原理,把时间轴 变成频率轴。主要由四部分组成:扫频信号发生器、 放大显示电路、频率标记发生器和电源。 5. 获得扫频信号的方法 1)磁调制扫频 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BT3(0——300M) 磁调制扫频法的原理图如下图所示,图( a )中 L2 、 C 调谐回路 1 的谐振频率f0为 f0 ? 2π L2 C 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。 式(6-1)中L 2为绕在高频磁芯MH上线圈的电感量,若 能用时基系统产生的扫描信号改变L 2,也就改变了谐振 频率。由电磁学理论可知,带磁芯线圈的电感量与磁芯 的导磁系数μ0。成正比: L2=? 0L (6-2) 式(6-2)中L为空芯线圈的电感量。由于高频磁芯MH接 在低频磁芯ML的磁路中,而绕在ML上的线圈中的电流 是交流和直流两部分的扫描电流,如图


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