电子测量技术（主编田华、刘斌、袁振东 第二版 西安电子科大版）课件：第8章 频域测量技术01.pptVIP

第8章　频域测量技术 　8.1　频域测量的原理与分类 8.1.1　频域测量的原理　　对于一个过程或信号，它具有时间—频率—幅度的三维特性，如图8.1所示。它既可表示为时间t的函数，又可以表示为频率或角频率的函数；既可以在时域对它进行分析，也可以在频域进行分析，以获得其不同的变化特性。 　　时域分析是研究信号的瞬时幅度u与时间t的变化关系，如信号通过电路后幅度的放大、衰减或畸变等。通过时域测量可测定电路是否工作在线性区、电路的增益是否符合要求、时间响应特性等。 图8.1　信号的三维特性 　　频域分析则是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，包括线性系统频率特性的测量和信号的频谱分析。频率特性测量和频谱分析都是以频率为自变量，以频率分量的信号值为因变量进行分析的，通常由频率特性测试仪(扫频仪)来完成。其中，频率特性测试仪利用扫频测量法，可直接在显示屏上显示被测电路的频率响应特性；频谱分析仪则是对信号本身进行分析和对线性系统非线性失真系数进行测量，从而可以确定信号所含的频率成份，了解信号的频谱占用情况，以及线性系统的非线性失真特性。 　　时域和频域两种分析方法都能表示同一信号的特性，它们之间必然是可以互相转换的。时域与频域间的关系可以用傅里叶级数和傅里叶变换来表征，因而在测得了一个信号的时域表征后，通过傅里叶变换，可以求得其相应的频域表征；反之亦然。 　　时域分析与频域分析虽然可以用来反映同一信号的特性，但是它们分析的角度是不同的，各有适用场合。某些测量，如测量脉冲的上升和下降时间，测量过冲和振铃等，都需要用时域测量技术，而且只能在时域里进行测量。频域分析法则多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度及谐波失真等。针对不同的实际情况，时域分析和频域分析各有其具体适用的场合，两者是相辅相成、互为补充的。 8.1.2　频域测量的分类　　根据实际应用的需求，频域分析和测量的对象和目的也各不相同，通常有以下几种：　　(1) 频率特性测量：主要对网络的频率特性进行测量，包括幅频特性、相频特性、带宽及回路Q值等。　　(2) 选频测量：利用选频电压表，通过调谐滤波的方法，选出并测量信号中某些频率分量的大小。 　　(3) 频谱分析：用频谱分析仪分析信号中所含的各个频率分量的幅值、功率、能量和相位关系，以及振荡信号源的相位噪声特性、空间电磁干扰等。 　　(4) 调制度分析测量：对各种频带的射频信号进行解调，恢复调制信号，测量其调制度，如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数以及它们的寄生调制参量。 　　(5) 谐波失真度测量：信号通过非线性器件都会产生新的频率分量，俗称非线性失真。这些新的频率分量包括谐波和互调。谐波失真度测量就是对这些谐波和互调失真的大小进行测量，如音频功率放大器、射频功率放大器的失真等。　　当然，对实际系统性能指标的测量可能包括以上多种测量，其涉及到的仪表也可能是多种多样的。 8.2　线性系统频率特性测量 8.2.1　基本测量方法　　1. 点频测量法　　点频测量法属于静态测量法。它是在保证加至被测网络输入端的正弦信号幅值不变的情况下，逐点改变输入信号的频率，测量被测网络输出端的输出电压值，计算不同频率点对应的放大倍数，再绘制出被测网络的幅频特性曲线。 　　信号发生器与被测电路之间应注意阻抗匹配。当被测电路的输入阻抗很高时，应外接适当的电阻，使之与该输入阻抗并联后，总阻抗等于信号发生器的输出阻抗。 　　点频测量法方法简单，但由于测试频率点是不连续的，测试过程中有可能漏掉特性曲线中的个别突变点。且实际信号包含的频率分量很多，有的信号频谱甚至是连续变化的，而静态法不能反映信号的这种变化，因而其准确度就有偏差，测量速度也较慢。动态测量法则能较好地反映被测网络的实际特性，图8.2中的曲线2就是使用动态测量法所获得的曲线。这时，曲线略有右移，最大值也略有降低。 图8.2　静、动态测量曲线 　　2. 扫频测量法 　　所谓扫频，就是利用某种方法，使激励正弦信号的频率随时间变化按一定规律在一定范围内反复扫动。这种频率扫动的正弦信号称为扫频信号。 　　扫频测量法就是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用显示器来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，因此在屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。 　　扫频测量法是一种动态测量法，它使我们可以测量被测器件或系统的动态特性。与点频测量法相比，扫频测量法具有以下优点： 　　(1) 可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，随时判明元件变化对幅频特性产生的影响，迅速调整，查找电路的故障。 　　(2) 由于扫频信号的频率是连续变化的