第9章頻域測(cè)試技術(shù)內(nèi)容提要：簡(jiǎn)介頻域測(cè)試的特點(diǎn)；說(shuō)明頻域測(cè)試的基本方法；對(duì)頻率特性測(cè)試儀、并行濾波實(shí)時(shí)頻譜儀、檔級(jí)濾波頻譜分析儀、掃描頻譜儀、外差式頻譜儀等的頻域測(cè)試儀器的工作原理和電路構(gòu)成進(jìn)行分析，介紹了頻譜分析儀器的使用和測(cè)試方法。重點(diǎn)：

頻率特性測(cè)試儀、外差式頻譜分析儀的工作原理及測(cè)試方法。難點(diǎn)：

頻率特性測(cè)試儀、頻譜分析儀的工作原理和電路結(jié)構(gòu)。

9.1概述1．頻域和時(shí)域的關(guān)系通常一個(gè)過(guò)程或信號(hào)可以表示為時(shí)間t的函數(shù)f(t)，示波器常用來(lái)觀測(cè)信號(hào)電壓隨時(shí)間的變化，是典型的時(shí)域分析儀器。過(guò)程或信號(hào)還可以表示為頻率f

或角頻率的函數(shù)s(ω)，頻率特性測(cè)試儀、頻譜分析儀都是以頻率為自變量，以各頻率分量的信號(hào)值為因變量進(jìn)行分析的儀器。任何一個(gè)過(guò)程或信號(hào)，既可在時(shí)域進(jìn)行分析來(lái)獲取其各種特性，也可以在頻域進(jìn)行，如圖9.1所示

電壓頻率時(shí)間頻域時(shí)域圖9.1時(shí)間、頻率和幅度的三維坐標(biāo)2．常用頻域測(cè)試儀器（1）頻率特性測(cè)試儀（2）頻譜分析儀（4）調(diào)制域分析儀調(diào)制域分析儀測(cè)量信號(hào)的頻率、相位和信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間間隔隨時(shí)間的變化規(guī)律。（3）選頻電壓表選頻電壓表采用調(diào)諧濾波的方法，選出并測(cè)量信號(hào)中某些頻率分量。（5）相位噪聲分析儀振蕩信號(hào)源的相位噪聲特性用譜密度來(lái)表征，因而相位噪聲的分析也要用到頻譜分析。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的分析也是通過(guò)信號(hào)分析來(lái)進(jìn)行的，因而與信號(hào)的頻率分析技術(shù)密切相關(guān)。（6）數(shù)字信號(hào)處理機(jī)數(shù)字信號(hào)處理機(jī)是新發(fā)展起來(lái)的一類分析儀，它采用FFT和數(shù)字濾波等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行包括頻譜分析在內(nèi)的多種分析。9.2頻率特性測(cè)試儀

頻率特性測(cè)試儀簡(jiǎn)稱掃頻儀，是一種根據(jù)掃頻測(cè)量法原理組成的分析電路頻率特性的電子測(cè)量?jī)x器，它的橫坐標(biāo)為頻率軸、縱坐標(biāo)為電平值，顯示的圖形上疊加有頻率標(biāo)志。9．2．1頻率特性的基本測(cè)量方法1．點(diǎn)頻測(cè)試法

保持輸入正弦信號(hào)大小不變，逐點(diǎn)改變輸入信號(hào)的頻率，測(cè)量相應(yīng)的輸出電壓值。2．掃頻測(cè)試法

掃頻測(cè)試法的掃頻頻率的變化是連續(xù)的。3．多頻測(cè)量法多頻測(cè)量將一個(gè)由多個(gè)正弦波組成的測(cè)試信號(hào)同時(shí)加到被測(cè)系統(tǒng)的輸入。4．廣譜快速測(cè)量法采用白噪聲作為測(cè)試輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)廣譜測(cè)試信號(hào)的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。9．2．2頻率特性測(cè)試儀的工作原理圖9.2頻率特性測(cè)試儀電路組成框圖外頻標(biāo)輸入Y輸入CRT低壓電源高壓電源

Y軸輸入電路Y偏轉(zhuǎn)放大電路掃描發(fā)生電路

X偏轉(zhuǎn)放大電路1.1MHZ頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路50MHZ外頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路掃頻信號(hào)發(fā)生電路寬帶放大電路

AGC控制器可調(diào)衰減器

75Ω衰減器檢波器被測(cè)系統(tǒng)1．掃頻信號(hào)發(fā)生電路掃頻信號(hào)發(fā)生電路主要包括掃頻振蕩器、穩(wěn)幅電路及輸出衰減器，如圖9.3所示。

輸出衰減器掃頻振蕩器

AGC控制器圖9.3掃頻信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成2．頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路常用的內(nèi)頻標(biāo)有兩種。（1）菱形頻標(biāo)菱形頻標(biāo)常用差頻法產(chǎn)生，如圖9.4所示。（2）針形頻標(biāo)在低頻掃頻儀中常用針形頻標(biāo)。針形頻標(biāo)的產(chǎn)生與菱形頻標(biāo)類似，如圖9.5所示。針形頻標(biāo)寬度比菱形頻標(biāo)窄，在測(cè)量低頻電路時(shí)有較高的分辨力。

低通濾波器圖9.4菱形頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路方框圖菱形頻標(biāo)信號(hào)輸出

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

諧波發(fā)生器

混頻器

掃頻信號(hào)發(fā)生器9.5針形頻標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生電路方框圖標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

諧波發(fā)生器

混頻器

低通濾波器掃頻信號(hào)發(fā)生器菱形頻標(biāo)

單穩(wěn)觸發(fā)器

整形電路針形頻標(biāo)輸出9．2．3頻率特性測(cè)試儀的主要技術(shù)指標(biāo)1．掃頻非線性系數(shù)k表示掃頻信號(hào)頻率與掃描電壓之間線性相關(guān)的程度，用f-u

曲線的斜率變化來(lái)表示。式中

（9-1）

——頻率的微小變化量；

——電壓的微小變化量；K——掃頻的非線性系數(shù)。

實(shí)際中可采用圖9.6的測(cè)試方法。中心頻率可在任意頻率上，調(diào)節(jié)頻偏為±15MHZ，則掃頻非線性系數(shù)為式中

A——頻偏的最大變化量；

B——頻偏的最小變化量；

k——掃頻的非線性系數(shù)。ABfo-△ffofo+△f圖9.6掃頻非線性系數(shù)的測(cè)量圖2．掃頻寬度

掃頻寬度也稱為掃頻頻偏，為掃頻中心頻率的最高與最低值的差值。

（9-3）式中

——掃頻寬度；

——掃頻的最高頻率；

——掃頻的最低頻率。

3．掃頻信號(hào)的寄生調(diào)幅系數(shù)輸出衰減置為0dB，選擇內(nèi)頻標(biāo)，Y增益適中，在額定的±15MHZ頻偏內(nèi)觀察，屏幕上出現(xiàn)方框，則寄生調(diào)幅系數(shù)為式中A——矩形框的最大值；B——矩形框的最小值；

——掃頻的寄生調(diào)幅系數(shù)。

AB圖9.7掃頻寄生調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量圖4．穩(wěn)定性掃頻中心頻率和掃頻范圍作為信號(hào)源的頻率指標(biāo)，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。5．掃頻信號(hào)電壓

是掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓，應(yīng)滿足被測(cè)系統(tǒng)處于線性工作狀態(tài)的要求，一般有效值大于0.1V。6．頻率標(biāo)記

一般有1MHZ、10MHZ、50MHZ及外接四種。7．輸出阻抗掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗一般選擇75Ω，以配合被測(cè)電路。9．2．4頻率特性測(cè)試儀的主要應(yīng)用1．使用前的檢查（1）通電預(yù)熱10分鐘左右，調(diào)好輝度和聚焦，掃描線應(yīng)明亮平滑。（2）極性開關(guān)“+”、“-”和AC、DC根據(jù)被測(cè)信號(hào)設(shè)定。（3）根據(jù)被測(cè)電路的工作頻率或帶寬，將頻標(biāo)選擇開關(guān)置于合適檔位，通過(guò)調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕，使其大小合適。（4）進(jìn)行零頻標(biāo)點(diǎn)的調(diào)試。（5）進(jìn)行0dB校正。零頻標(biāo)點(diǎn)的調(diào)試方法

將掃頻儀的輸出探頭與輸入探頭短接，即自環(huán)連接；將輸出衰減置0dB；調(diào)節(jié)Y增益至合適大小，熒光屏上將出現(xiàn)圖9.8（a）所示的兩條光跡，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，光跡將向右移動(dòng)，直至熒光屏上顯示的圖9.8（b）所示圖形，即光跡出現(xiàn)一個(gè)凹陷點(diǎn)，這個(gè)凹陷點(diǎn)就是掃頻信號(hào)的零頻標(biāo)點(diǎn)。(a)(b)

圖9.8掃頻信號(hào)零頻率點(diǎn)的調(diào)試2．頻率特性測(cè)試儀面板

和主要控鍵示意圖（1）輸入衰減。有3檔，分別為1、10、100倍衰減。（2）Y位移。調(diào)節(jié)時(shí)，可使顯示圖形上、下移動(dòng)。（3）極性開關(guān)。使屏幕上顯示的圖形可倒置。（4）中心頻率。在掃頻范圍內(nèi)改變中心頻率。（5）輸出衰減。按dB步進(jìn)衰減輸出信號(hào)。（6）掃頻方式。選擇是點(diǎn)頻或掃頻工作方式。（7）頻標(biāo)幅度?？筛淖冾l標(biāo)在屏幕上顯示的幅度。（8）外頻標(biāo)輸入插座。使用外頻標(biāo)時(shí)，由此插座輸入。（9）掃頻輸出。輸出掃頻信號(hào)的插座。3．使用注意事項(xiàng)（1）掃頻儀與被測(cè)電路連接時(shí)，必須考慮阻抗匹配問(wèn)題。（2）在顯示幅頻特性曲線時(shí)，如發(fā)現(xiàn)圖形有異常曲折，則表明電路有寄生振蕩，這時(shí)應(yīng)先采取措施消除自激。（3）測(cè)試時(shí)，輸出電纜與檢波頭的地線應(yīng)盡量短，切忌在檢波頭上加長(zhǎng)導(dǎo)線。被測(cè)電路掃頻儀輸出輸入檢波探頭

圖9.10電路幅頻特性的測(cè)試連線圖4．頻率特性儀測(cè)試實(shí)例（1）電路幅頻特性的測(cè)試（2）電路參數(shù)的測(cè)量

從掃頻儀屏幕顯示的幅頻特性上可求得各種電路參數(shù)。①增益的測(cè)量在調(diào)好幅頻特性的基礎(chǔ)上，分別調(diào)節(jié)粗調(diào)和細(xì)調(diào)衰減器，控制掃頻信號(hào)的電壓幅度，使熒光屏顯示的頻率特性曲線處于0dB附近，如果高度恰號(hào)與0dB線等高，此時(shí)為粗調(diào)輸出衰減B1（dB），細(xì)調(diào)輸出衰減為B2（dB），則該放大器的增益為式中B1——粗調(diào)輸出衰減的分貝值；

B2——細(xì)調(diào)輸出衰減的分貝值；

A——被測(cè)放大器的增益值。②帶寬的測(cè)量調(diào)節(jié)粗調(diào)和細(xì)調(diào)衰減器，控制掃頻信號(hào)的電壓幅度，使熒光屏顯示出高度合適的頻率特性曲線，然后調(diào)整Y增益，使曲線頂部與某一水平刻度線AB相切，如圖9.11（a）所。此后，Y增益旋鈕保持不動(dòng)，將掃頻儀輸出衰減細(xì)調(diào)衰減器減小3dB，此時(shí)熒光屏上顯示的曲線高出原來(lái)的水平刻度線AB，且與AB線有兩個(gè)交點(diǎn)，兩交點(diǎn)處的頻率分別為下截止頻率fL和上截止頻率fH，如圖9.11（b）所示，則被測(cè)電路的帶寬為（9-6）式中

f0——回路的諧振頻率；

fH——下截止頻率；

fL——上截止頻率。ABAB

fLfH

(a)(b)圖9.11掃頻儀測(cè)量帶寬時(shí)熒光