6.2 频率特性测试仪的操作使用方法
6.2.1频率特性的测量方法
1. 点频法就是“逐点”测量幅频特性的方法，注意明确被测 电路和选用相应仪器。
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。
2. 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。
关 键 环 节
扫频信号发生器 v3
v2
扫描发生器
v1
X
被测电路 v4
峰值检波器 v5
Y
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；电路中 LC元件的惰性会使幅度来自值有所偏差，因此会 产生频率偏离。
• 频谱分析仪的信号追踪产生器可直接测量待测件 的频率响应特性，但只能测量振幅。
3.频谱分析仪的基本原理
频谱分析仪是使用不同方法在频域内对信号 的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪 器。一般有FFT分析（实时分析）法、非实时分析 法两种实现方法。
➢FFT分析法：在特定时段中对时域数字信号进行 FFT变换，得到频域信息并获取相对于频率的幅度、 相位信息。可充分利用数字技术和计算机技术， 非常适于非周期信号和持续时间很短的瞬态信号 的频谱测量。
4.频谱分析仪的分类
• 按分析处理方法分类：模拟式频谱仪、数字式频 谱仪、模拟/数字混合式频谱仪；
• 按基本工作原理分类：扫描式频谱仪、非扫描式 频谱仪；
• 按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱 仪；
• 按频率轴刻度分类：恒带宽分析式频谱仪、恒百 分比带宽分析式频谱仪；
• 按输入通道数目分类：单通道、多通道频谱仪； • 按工作频带分类：高频、射频、低频等频谱仪。
第6章 电路频率特性的测量技术
引言
频域中的两个基本测量问题
信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成 线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成
• 什么是线性系统的频率特性？
正弦信号
稳态响应
线性网络
H(jω)：频率响应 幅度|H(jω)|：幅频特性 或频率特性 相位φ(ω) ：相频特性
6.1 频率特性的特点
• 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量 的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率 变化的幅度谱称为频谱。
• 频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以 获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶 变换。
• 频谱的两种基本类型 – 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表某个 频率分量的幅度，每两条谱线之间的间隔相等 – 连续频谱，可视为谱线间隔无穷小，如非周期 信号和各种随机噪声的频谱。
特点：所测出的幅频特性是我们需要的电路系统在稳态情况下 的静态特性曲线。但由于要逐点测量，操作繁琐费时，并且由 于频率离散而不连续，可能遗漏掉某些特性突变点。这种方法 一般只用于实验室测试研究；若用于生产线则效率太低了。 ➢如果能够在测试过程中，使信号源输出信号频率能自动地从 低到高连续变化并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出 送到示波器上显示，就可自动地描绘出幅频特性曲线。
2.信号的频谱分析技术
频谱分析以付里叶分析为理论基础，可对不同频 段的信号进行线性或非线性分析。
–信号频谱分析的内容： • 对信号本身的频率特性分析，如对幅度谱、相位 谱、能量谱、功率谱等进行测量，从而获得信号 不同频率处的幅度、相位、功率等信息；
• 对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失 真度、调制度、谐波分量的分布情况等。
3. 频率特性测试仪工作原理
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。
➢扫频信号发生器的基本工作原理
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。
• 模拟式频谱仪与数字式频谱仪
模 拟 式 频 谱 仪 ： 以 扫 描式为基础构成，采用 滤波器或混频器将被分 析信号中各频率分量逐 一分离。所有早期的频 谱仪几乎都属于模拟滤 波式或超外差结构，并 被沿用至今。
数字式频谱仪：非扫描 式，以数字滤波器或FFT 变换为基础构成。精度高、 性能灵活，但受到数字系 统工作频率的限制。目前 单纯的数字式频谱仪一般 用于低频段的实时分析， 尚达不到宽频带高精度频 谱分析。
1.脉冲宽度和频带宽度
➢ 周期信号的脉冲宽度和频带宽度是两个不同的概 念。有效频带宽度与脉冲宽度成反比。
➢ 脉冲宽度是时域概念，指在一个周期内脉冲波形 的两个零点之间的时间间隔；
➢ 频带宽度（带宽）是频域概念，通常规定：在周 期信号频谱中，从零频率到需要考虑的最高次谐波 频率之间的频段即为该信号的有效占有带宽，亦称 频带宽度。实际应用中，常把零频到频谱包络线第 一个零点间的频段作为频带宽带。
• 实时频谱仪和非实时频谱仪
实时分析应达到的速度与被分析信号的带宽及 所要求的频率分辨率有关。一般认为，实时分析是 指在长度为T的时段内，完成频率分辨率达到1/T的 谱分析；或者待分析信号的带宽小于仪器能够同时 分析的最大带宽。
扫描 发生器
扫频 振荡器
输出 衰减器
扫频信号
稳幅 电路
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。
6.3 频谱分析仪的操作使用方法
➢非实时分析法
在任意瞬间只有一个频率成分能被测量，无法 得到相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱 测量。
✓扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴 上扫描。
✓差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机 的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行 差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由 此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这 是频谱仪最常采用的方法。