第八章频域测量(精编).ppt

第 八 章  频域测量技术 由线性系统频域分析发展起来的频域测量技术，是当前对模拟系统测量的基本技术，在线性系统测量中具有重要意义。本章主要讲述两个问题，一是线性系统频率特性的测量，二是信号的频谱分析。线性系统频率的测量与被测量系统的工作频率密切相关。在低频和高频段，所接触的参数都是集总参数，只集中在理想电路元件（LCR）上，实际上，随着频率的升高，导线本身有电阻、电感、电容这些参数均匀分布在导线上，称为分布参数，不能忽略。所以， 频率在（30—300MHZ）段主要介绍频率特性测试仪（扫频仪） 频率在（300MHZ—300GHZ）段主要介绍网络分析仪。 这里讲的网络是指由器件、元件组成的网络，当年提出网络这个概念时还没有计算机网络等现代网络的概念。 8.1 概 述 1．频域和时域的关系 通常一个过程或信号可以表示为时间t的函数f(t)，还可以表示为频率f 或角频率的函数s(ω)。在时域分析中，就以时间为自变量，以被观测信号(电压、电流、功率)为变量进行的分析。例如示波器就常用来观测信号电压随时间的变化，它是典型的时域分析仪器。 在频域分析中，以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因变量进行分析的。频谱分析仪则可对信号本身分析和对线性系统非线性失真系数的测量，通过频谱测量确定信号的谐波分量,了解信号的频谱占用情况。 2、信号的定义及种类 信号一般可表示为一个或多个变量的函数。 根据信号随时间变化的特点可分为： A.确定信号与随机信号 B.连续时间信号与离散时间信号 C.周期信号与非周期信号 除了上述信号种类之外，还有很多分类方法，如奇信号、偶信号，调制信号、载波信号，能量有限信号、功率有限信号等。 3、频谱分析的基本概念 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量的总集，频谱测量就是在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的多种参数。狭义上，在一般的频谱测量中常将随频率变化的幅度谱称为频谱。 频谱测量的基础是付里叶变换，它以复指数函数 为基本信号来构造其他各种信号，其实部和虚部分别是正弦函数和余弦函数。任意一个时域信号都可以被分解为一系列不同频率、不同相位、不同幅度的正弦波的组合。在已知信号幅度谱的条件下，可以通过计算获得频域内的其他参量。对信号进行频域分析就是通过研究频谱来研究信号本身的特性。从图形来看，信号的频谱有两种基本类型：①离散频谱，又称线状谱线；②连续频谱。实际的信号频谱往往是上述两种频谱的混合。 4、信号的频谱分析技术 1）信号频谱分析的内容 信号的频谱分析包括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，从而获得信号在不同频率上的幅度、相位、功率等信息；还包括对线性系统非线性失真的测量，如测量噪声、失真度、调制度等。 2）频谱分析仪的基本原理 频谱分析仪就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。非实时分析方式有扫频式、差频式（或外差式）两种。外差式分析是频谱仪最常采用方法。 3）频谱分析仪的分类 按照分析处理方法的不同：可分为模拟式频谱仪、数字式频谱仪和模拟/数字混合式频谱仪；按照基本工作原理：可分为扫描式频谱仪和非扫描式频谱仪； 按照处理的实时性：可分为实时频谱仪和非实时频谱仪； 按照频率轴刻度的不同：可分为恒带宽分析式频谱仪、恒百分比带宽分析式频谱仪； 按照输入通道的数目：可分为单通道、多通道频谱仪； 按照工作频带的高低：可分为高频、射频、低频等频谱仪……等等。 2．常用频域测试仪器 （1）频率特性测试仪 （2）频谱分析仪 （3）选频电压表 （4）调制域分析仪 （5）相位噪声分析仪 （6）数字信号处理机 我们主要介绍第一、第二种仪器 3.线性系统幅频特性测量 频率特性测量的经典方法是以正弦波点频法为基础的，这是一种静态测量方法，而正弦波扫频测量或称动态测量，并被制成扫频仪，广泛应用在低频、高频线性系统的幅频特性测试中。在线性系统中，当加入正弦波激励信号，其输出响应仍是正弦信号，但与输入正弦信号相比，幅度和相位发生了变化，一般情况下，其幅度和相位都是频率的函数。 1）静态频率特性测量—点频法：点频法就是逐点测量频率的方法，正弦信号接入被测电路的输入端，由低到高不断改变信号频率，用测量仪器在各个频率点上测出输出信号与输入信号的幅度比，即可得到幅频特性。以f为横坐标，以幅度为纵坐标，就可逐点描绘出频率特性曲线。若测量仪器为相位计，能测量各个频率点上输出信号与输入信号的相位差，则可描绘出相频特性。 点频法由于要逐点测量，操作繁琐，费时，并且由于频率离散，可能遗漏掉某些特征突变点。一般只用于实验室研究，用于生产则效率太低。 2）动态频率特性测量—扫频法 ①扫频法工作原理