电子测量仪器与应用教学课件作者李福军第7章节频率特性测量及仪器课件幻灯片.pptVIP

2.示波测试与频谱分析的特点 示波器和频谱仪都可用来观测同一信号，两者所得到的结果应该是一致的。但是由于两者观察的角度不同，存在各自的特点，使用时应注意选择。 (a) 示波器测试波形 (b) 频谱仪测试波形 图7-15同一信号在时域和频域中的不同显示情况 (a) 用示波器观察两波形相位不同 (b) 用频谱仪观察两波形频谱相同 示波器和频谱仪对比观察相位不同的波形 (a)示波器不容易观察波形的微弱失真 (b)频谱仪容易观察微小的幅度和相位变化 用示波器和频谱仪观察波形微弱失真的情况 7.3.2 频谱分析仪的组成及工作原理 频谱分析仪按其工作原理可分为模拟式和数字式两大类。模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础，用适当的滤波器选出被测信号包含的频率分量，经检测后在示波器上显示出来。主要用于射频和微波频段；数字式频谱仪是以数字滤波器和快速博立叶变换为基础制成的，精度较高，主要用于低频和超低频。 1.模拟式频谱仪 模拟式频谱分析仪原理框图 超外差频谱仪原理框图 2.数字式频谱仪 数字式频谱分析仪包括数字滤波式频谱分析仪和计算式频谱分析仪。数字滤波式频谱分析仪是利用数字滤波器代替模拟滤波器，为了实现数字化，前面设有取样保持和A/D转换，数字滤波器的中心频率由时基和控制电路顺序改变。 计算式频谱分析仪常采用快速傅里叶分析法，即FFT法。它是将某一时刻的时间函数f(t)转换为频域函数s(ω)，由计算机与数据采集、显示电路配合，进行频谱显示。 低通滤波器 取样A/D 保持RAM FFT 显示 被测 信号 FFT型频谱分析仪原理框图 7.3.3 频谱分析仪的主要技术指标 1.输入频率范围 输入频率范围指频谱仪能够正常工作的最大频率区间，以HZ表示该范围的上限和下限，由扫描本振的频率范围决定。现代频谱仪的频率范围通常可从低频段至射频段，甚至微波段，如1kHz～4GHz。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。 2.灵敏度 灵敏度是指在给定分辨带宽、显示方式和其他影响因素的条件下，频谱分析仪能测得最小信号电平的能力，用dBm、dBu、dBv、V等单位表示。频谱分析仪的灵敏度主要取决于仪器内部的噪声电平，对于外差式频谱分析仪，其灵敏度不仅与噪声电平有关，还与扫频速度有关，扫频速度的越快，动态幅频特性峰值越低，灵敏度越低。 3.动态范围 动态范围是指频谱分析仪能够同时测量的最大信号电平与最小信号电平之差，如图7-21所示。它表示频谱分析仪显示大信号和小信号的频谱的能力。 频谱分析仪的动态范围 4.扫频宽度 扫频宽度是指频谱分析仪在一次频谱分析过程中所显示的频率范围，也称分析宽度。 5.扫描时间 扫描时间是指完成一次扫频过程所需要的时间，也称分析时间。它主要指从频谱分析仪水平轴最左端到最右端扫频一次所需要的时间，主要受分辨带宽滤被器的限制，一般希望扫描时间越短越好。但是，频谱分析仪的扫描时间是和频率量程、分辨带宽和视频滤波等因数有关联的。为了保证测量的准确性，扫描时间不可能任意地缩短。 6.扫频速度 扫频宽度与分析时间之比称为扫频速度。应该注意，扫频速度的大小对频谱分析仪的频率分辨力有较大影响，因此测量信号频谱时要对扫描速度进行合理选择，保证频谱测量具有高分辨率和高精度。 7.3.4 频谱分析仪的应用 频谱分析仪由于灵敏度极高、频带宽、频率稳定性好等许多特点，应用范围极为广泛，包括微波通信线路、雷达、电信设备、有线电视系统以及电磁干扰的诊断测试、元件测试、和信号监视等的生产和维护。频谱仪特别是在射频及微波频率下使用更是如鱼得水，所以又常叫做射频万用表。 1.正弦信号的测量 频谱分析仪虽不能测量正弦信号的相位，但可测量正弦信号的幅度和频率。 （1）幅度测量。把两个信号先后送入频谱仪进行显示，保证在影响增益的其它旋钮不动的情况下，调整频谱仪的输入衰减器，使两次测试都有同样的高度，则输入衰减器的前、后差值就等于两个信号的相对电平。 （2）频率测量。让频谱分析仪工作在手动状态，缓慢调节本机振荡频率，当谱线刚好出现时，本机振荡频率就等于被测信号的频率，精度远优于示波器，可达10-5。 2.手机灵敏度的定量测试 一般的手机维修只能对其通话功能进行测试，而无法测试手机的灵敏度。采用频谱分析仪能对每部手机灵敏度进行定量测试及比较，其灵敏度的大小反应在频谱仪Y轴上的高低，因此能大大提高通信设备的维修水平。 3.电磁干扰（EMI）的测试 频谱分析仪是电磁干扰（EMI）的测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。在诊断电磁干扰源并指出辐射发射区域时，采用便携式频谱分析仪是很方便的。测试人员可在室内对被