第六章 频域测量仪器
6.1 频率特性测试仪 6.2 频谱分析仪器 6.3 付里叶分析仪 6.4 扫描式频谱仪 6.5 频谱分析仪在频域测试中的应用 6.6 谐波失真度测量 6.7 调制度测量 6.8 频谱仪的使用方法
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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
(6-2)
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(6-8b)所示。当扫 描电流随时间变化时，使得磁芯的有效导磁系数也随着 改变，再由式(6-1)、(6-2)可知，扫描电流的变化就导致 了L2及谐振频率f0的变化，实现了“扫频”。
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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
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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调谐回路的
谐振频率f0为
f0
稳 幅 放大器 ALC
取 样 检波器
频标产 生电路 频标 输出
扫频振荡器 f1~f2
扫描信号 发生器
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
X 轴 扫描输出
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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；
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2).变容二极管扫频
等效电路如图
N
NP
P
势垒电容与外加电压的关系：
C
j
C jo
1
V V
n
C j0 V
n
Cj
Rs
Cj
V
变容管在零偏压时的电容。
PN结的内建电位差，硅管=0。6v
2π
1 L2C
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。
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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=µ0L
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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.
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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。
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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。
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➢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：
f0
fmax 2
fmin
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。
➢ 即 f
f0
称为相对扫频宽度。
f 2 fmax fmin
f0
fmax fmin
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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。
那么M为：M=
AB 100%
AB
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4. 扫频法的原理
关 键 环 节
扫频信号发生器 v3 被测电路 v4
峰值检波器 v5
v2
扫描发生器
v1
X
Y
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。
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。
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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
大和频最率 低f的mi覆n的盖瞬范时围频。率一之次差扫就频是时有能效获扫得频的宽最度高，fmax 用 f 表示。
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。
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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；
➢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。
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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。
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。
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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。