[信息与通信]第10章线性系统频率特性测量和网络分析2.ppt

第10章 线性系统频率特性测量和网络分析 10.1 线性系统频率特性测量 10.1.1 幅频特性测量 10.1.2 扫频测量与扫频源 10.1.3 相频特性测量 引 言 什么是线性系统的频率特性？ 10.1.1 幅频特性测量 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。 幅频特性扫频测量法 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；电路中LC元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。 两种幅频特性测量法的比较 扫频测量所得的动态特性曲线峰值低于点频测量所得的静态特性曲线。扫频速度越快，下降越多； 动态特性曲线峰值出现的水平位置（频率）相对于静态特性曲线有所偏离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大； 两种幅频特性测量法的比较（续） 当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化的方向一侧倾斜； 动态特性曲线较平缓，其3dB带宽大于静态特性曲线的3dB带宽； 小结：测量系统动态特性，必须用扫频法；为了得到静态特性，必须选择极慢的扫频速度以得到近似的静态特性曲线，或采用点频法。 10.1.2 扫频测量与扫频源 基本工作原理 扫频源的主要特性 获得扫频信号的方法 频率标记 宽频段扫频方法 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。 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； 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。 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； 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。 扫频源的主要特性（续） 有效扫频宽度 扫频线性 输出振幅平稳性 获得扫频信号的方法 变容二极管电调扫频 常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适中、扫频速度较快；扫频宽度小，在宽带扫频时线性差，需额外进行扫频线性补偿。 YIG（钇铁石榴石）电调扫频 常用于产生GHz以上频段的信号，利用下变频可实现宽带扫频。可覆盖高达10倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定性好。 合成扫频源 实际上是一种自动跳频的连续波工作方式，频率不完全连续变化，输出频率准确。 频率标记 为了在显示输出的水平轴上获得更精确的频率读数，通常在扫频信号中附带输出两个或多个可移动的频率标记脉冲，以便准确地标读扫描区间内任一点的信号频率值。 产生频标的基本方法是差频法，利用差频方式可产生一个或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的基准频率的成分。 频率标记（续） 频率标记是扫频测量中的频率定度，必须符合下列要求： 所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高 频标幅度应基本一致、显示整齐 不包含杂频和泄漏进来的扫频信号 多种频标形式以满足不同的显示和测量需要 电路时延尽可能小以减小频率定度误差 频率标记（续） 菱形频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准的晶振频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。 脉冲频标 由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。 线形频标 是光栅增辉式显示器特有的频标形式。状如一条条极细的垂直亮线，可以和电平刻度线组成频率-电平坐标网格。 宽频段扫频方法 差频式宽频段扫频