频率响应分析仪知识
频谱分析仪基础知识-性能指标及实用技巧
频谱分析仪基础知识性能指标及实用技巧频谱分析仪是用来显示频域信号幅度的仪器，在射频领域有“射频万用表”的美称。
在射频领域，传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度，示波器测量频率很高的信号也比较困难，而这正是频谱分析仪的强项。
本讲从频谱分析仪的种类与应用入手，介绍频谱分析仪的基本性能指标、操作要点和使用方法，供初级工程师入门学习；同时深入总结频谱分析仪的实用技巧，对频谱分析仪的常见问题以Q/A的形式进行归纳，帮助高级射频的工程师和爱好者进一步提高。
频谱分析仪的种类与应用频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，依据信号处理方式的差异分为即时频谱分析仪和扫描调谐频谱分析仪两种。
完成频谱分析有扫频式和FFT两种方式：FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合；扫频方式适合于宽频带分析场合。
即时频谱分析仪可在同一时间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号设置相对应的滤波器与检知器，并经由同步多工扫瞄器将信号输出至萤幕，优点在于能够显示周期性杂散波的瞬时反应，但缺点是价格昂贵，且频宽范围、滤波器的数目与最大多工交换时间都将对其性能表现造成限制。
扫瞄调谐频谱分析仪是最常用的频谱分析仪类型，它的基本结构与超外差式接收器类似，主要工作原理是输入信号透过衰减器直接加入混波器中，可调变的本地振荡器经由与CRT萤幕同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，再将混波器与输入信号混波降频后的中频信号放大后、滤波与检波传送至CRT萤幕，因此CRT萤幕的纵轴将显示信号振幅与频率的相对关系。
基于快速傅立叶转换（FFT）的频谱分析仪透过傅立叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，进而达到与传统频谱分析仪同样的结果。
新型的频谱分析仪采用数位方式，直接由类比/数位转换器（ADC）对输入信号取样，再经傅立叶运算处理后而得到频谱分布图。
频谱分析仪透过频域对信号进行分析，广泛应用于监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质、反无线窃听器等领域，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具。
英国N4L扫频响应分析仪SFRA45
SFRA45扫频响应分析仪SFRA45扫频响应分析仪知识了解FRA:频响分析仪,在一个很宽的频率范围内测量电气传递函数,频响分析来对电力变压器内部铁芯,绕组和固定设施的机械完整性进行评估。
SFRA：扫频响应分析仪，是一种比较方法，其对变压器状态的评估是通过实际测量到的SFRA结果与参考结果相比较来完成的。
通常有三种方法用于对所测量到的轨迹进行评估：●时间方法：当前的SFRA结果与同一设备先前所得的结果进行比较●类型方法：一个变压器的SFRA与同类型变压器相比较●相间比较：一相的SFRA结果与同一变压器其它相的结果进行比较SFRA测量的典型应用是：●短路试验后的变压器检查●变压器经运输后的完整性验证●高值暂态故障电流发生后的状态评估●例行的诊断测量●变压器报警或保护跳闸后的诊断●监视值（如可燃气体）发生重大变化后的测试●例行测试结果异常的进一步检查●科研工作原理：频响应分析仪向变压器绕组的一端输入频率持续上升的正弦波励磁电压，并在另一端测量返回信号。
输入和输出信号的比较生成唯一性的频率响应，可以与参考数据进行比较。
偏差反应了变压器内部的物理和/或电气变化。
由于是在频域的直接测量，所以不需要进行数据处理。
SFRA45扫频响应分析仪参数特征：领先的带宽精度：0.02dB基本精度，具有行内领先的高频性能带宽范围：5Hz到45MHz彩色VGA显示屏领先的相位精度：0.05°的基本精度通用接口：标配的RS232，USB和LAN接口LCR模式：全功能的LCR模式能够测量变压器的所有LCR参数多功能测量模式：FRA，RMS，LCR，SCOPE兼容IEC60076-18英国牛顿N4L中国区销售服务热线：400-600-4845。
频谱分析仪的响应函数
什么是频率响应函数动态信号分析仪的一个常见应用是测量机械系统的频率响应函数(FRF)。
这也称为网络分析，系统的输入和输出同时测量。
通过这些多通道测量，分析仪可以测量系统如何“改变”输入。
一个常见的假设是，如果系统是线性的，那么这个“变化”被频率响应函数(FRF)充分描述。
事实上，对于线性和稳定的系统，只要知道频率响应函数，就可以预测系统对任何输入的响应。
宽带随机、正弦、阶跃或瞬态信号在测试和测量应用中被广泛地用作激励信号。
图1说明了一个激励信号x，可以应用于一个UUT(测试单元)，并生成一个或多个由y表示的响应，输入和输出之间的关系称为传递函数或频率响应函数，由H(y,x)表示。
一般来说，传递函数是一个复杂的函数，描述系统如何将输入信号的大小和相位作为激励频率的函数。
在各种激励条件下，对UUT系统的特性进行了实验测量。
这些特征包括:频率响应函数(FRF)，通过以下参量描述: 增益频率函数。
相位频率函数。
共振频率，阻尼因素，总谐波失真，非线性。
利用宽带随机激励的FFT、交叉功率谱法测量频率响应。
宽带激励可以是高斯分布的真随机噪声信号，也可以是一个伪随机信号，其振幅分布可以由用户来定义。
宽带这一术语可能具有误导性，因为一个好的实现的随机激励信号应该是频带有限的，并由分析频率范围的上限控制。
也就是说，激励不应该激发高于测量仪器所能测量的频率。
随机发生器只产生频宽在分析频率范围内随机信号。
这也将把激发能量集中在有用的频率范围，以提高测试动态范围。
宽带随机激励的优点是它能在短时间内激发宽频段，因此总测试时间较短。
宽带激励的缺点是其频率能量在短时间内广泛传播。
每个频率点激发的能量贡献远小于总信号能量(大概是-30到-50dB小于总数)。
即使对于频率响应函数(FRF)估计有一个大的平均数字，宽带信号也不能有效地测量UUT的极端动态特性。
扫频正弦测量，优化了每个频率点的测量值。
由于激励信号是一个正弦波，在某一时刻其所有的能量都集中在一个频率上，改进了宽带激励中的动态范围不足的缺点。
Agilent35670A操作手册(106)
AGILENT 35670A频率响应分析仪使用简介1. 频率响应的测试(SOURCE，CH1接速度环输入端，CH2接测速机信号+端)SOURCE与CH1短连，并将一个探头与CH1连接，用于产生正弦信号激励信号。
接到速度环输入端。
CH2用于反馈信号，接到测速机信号+端。
信号的地与机壳地相连。
探头可不接地。
2. 写数据图形名称HP3562A频率响应分析仪使用简介1频率响应的测试(SOURCE，CH1接速度环输入端，CH2接测速机信号+端)1.1 探头连接CH21.21.31.3.1，选择正弦扫描b. A GAIN ON OFF，选择ONc. A GAIN SELECT 增益选择CH1 REF，选择通道CH1为参考REF LEVEL，设置参考电平为5-10V，设置扫频信号源的电平门限（可根据测试情设置0.3V左右）1.3.2.SOURCE LEVEL，设扫频信号源的电平幅度（可根据测试情设置0.3V左右，不超过门限值）SOURCE ON OFF，设置为ON，设置为从低到高扫频（也可相反）1.3.3.START FREQ，起始频率STOP FREQ ，终止频率，扫描速率，可用旋钮S/DC1.3.4.1.3.5.UNITS TRACE TITLE，输入文字最大20个ENTER，确定COORD MAG（db）【A】PHAS（deg）【B】/【A＆B】1.3.6.，开始绘图SELECT PENS，选择绘图笔号，均选同一支笔1.4 探头分配SOURCE与CH1短连，并将一个探头与CH1连接，用于产生正弦信号激励信号。
CH2用于反馈信号。
信号的地与机壳地相连。
探头可不接地。
2 时间捕获的使用时间捕获模式只能用CH1为输入通道（SOURCE 与CH1断开），类似于普通示波器。
2.1．MEASURMENT模式选择和捕获长度输入TIME CAPTURE….CAPTURE SELECT….CAPTURE LENGTH….10.0秒输入时间长度TIME LENGTH….1.0秒(CAPTURE LENGTH的十分之一)2.2．INPUT SELECTCHAN1 RANGE….5V(信号幅度选择)CHAN1 DCFLOAT CHAN1GROUD CHAN2TRIG LEVEL….TRIG LEVEL=.0.1V，CHAN1 INPUT，SLOP+2.3．SELECT DATA.TIME BUFFER2.4．MEASURMENT.TIME CAPTURE….CAPTURE SELECT….START CAPTURE2.5．SELECT DATAX SCALEY SCALEAGILENT35670A频率响应分析仪使用简介HP3562A频率响应分析仪使用简介中国电子科技集团公司电子第39研究所106研究室2008-08-08。
频率响应测试原理
频率响应测试原理频率响应测试原理频率响应测试是指对系统或设备在不同频率上的响应进行测试和评估。
主要用于评估音频系统、通信系统等的性能，检测设备是否符合规格要求，或者寻找故障原因等。
频率响应测试原理基于信号的传递和处理，主要涉及到信号源、传递媒介、传递器件和测量仪器等几个方面。
信号源在频率响应测试中，信号源是指产生测试信号的设备，主要用于模拟真实环境下不同频率下的信号。
通常使用正弦波作为测试信号，因为正弦波的频率、幅度和相位都可以精确控制，并且容易被仪器识别和测量。
传递媒介传递媒介是指信号传递经过的介质，通常包括导线、传输线、电缆、光纤等。
在频率响应测试中，传递媒介对测试结果有很大影响，因为它会对信号进行衰减和失真，从而影响测试结果的准确性。
因此，在进行频率响应测试时，要选择合适的传递媒介，确保测试信号稳定准确地传输。
传递器件传递器件是指信号传递中的各种电子元件，如放大器、滤波器、混频器等。
在频率响应测试中，传递器件对信号的响应会影响测试结果的准确性。
因此，在选择传递器件时，要根据测试需求和要求来选择合适的器件，确保测试结果的可靠性和准确性。
测量仪器测量仪器是指用于测量测试信号在不同频率下的响应的设备，包括频率分析仪、信号发生器、示波器等。
在频率响应测试中，测量仪器的准确性和灵敏度对测试结果的准确性至关重要。
因此，在选择并使用测量仪器时，要选择合适的品牌、型号和配置，并根据工作要求进行调整和校准，确保测试结果精确可靠。
总结频率响应测试是一种重要的测试手段，可以用于评估不同系统和设备的性能和可靠性。
在进行频率响应测试时，需要根据测试要求选择合适的信号源、传递媒介、传递器件和测量仪器，确保测试结果的精确性和可靠性。
在实际工作中，还需要合理设置测试条件，并认真分析和处理测试结果，从而不断优化测试方案和改进测试技术。
频率响应分析仪的原理及功能介绍
频率响应分析仪的原理及功能介绍频率响应分析仪是结合了新的模拟和数字技术，以及先进的数字信号处理技术（DSP），以提供多样化测试与分析功能。
这一综合性软硬件系统具有非常精密的测试功能，具有10μHz至40MHz的频宽和2个隔离输入端，并受到保护，峰值电压不超过600V。
仪器包含了新的CPLD技术，用以释放专用处理器的功率，从而执行所有数据采集和分析功能。
独立处理器处理所有通信功能。
优良的性能来源于使用CPLD内部存储器，实现处理器与模拟硬件之间的异步缓冲。
频率响应分析仪对两个输入端执行同步分析，可靠地收集所有数据。
它是真正的多功能仪器，通过坚固的便携式工具箱（仅重12磅），帮助您实现各种应用，获取用于生产、研发实验室、学术或现场操作的速度和技术。
频率响应分析仪通过行业标准IEEE-488接口运行，可导入/导出至MATLABTM和Excel，并以.jpeg文件格式保存波德/阻抗图。
导出的图片可用于图片展示软件或保存文件，进行离线数据处理，频率响应分析仪是您目前用于测量相位/增益和阻抗的完整、且易用的系统。
频率响应分析仪的主要功能是测量待测物在频域上的特性，了解其性能及稳定性，并可辅助控制线路的设计。
其工作原理是藉由输入一个频率变化的扫描讯号，并于系统的特定点，量测所造成的影响，藉此导出待测物在不同频率的响应特性。
除了测试系统的频率响应外，控制软件还包括了控制线路辅助设计和频域运算功能。
针对电源供应器的控制补偿，提供了常用的三种线路，使用者可依照其电源供应器的控制方式，选择适合的线路种类。
先量测系统原来的频率响应后，设定预计的设计目标：相位边限及交越频率等，软件即可自动运算出控制线路中适合的电阻及电容值。
使用者再加以实际验证即可。
频率响应分析仪这个功能更可帮设计者节省大量时间，还能达到优化的设计结果。
频率响应分析仪
频率响应分析仪频率响应分析仪简介该频率响应分析仪可以激发和测量两端口网络的频率响应。
如电源，滤波器，音频功率放大器，变压器，伺服放大器和物理系统。
您可以用它来测量组件或网络的阻抗，相位，电容，电感，ESR 电阻，质量因子/损耗因子等。
对于电源系统，它可以测试电源控制环路的增益/相位，测量电源正常工作时的输入/输出阻抗，以及电源的 PSRR 特性曲线等。
该频率响应分析仪是一款高性价比的频率响应分析仪，它的特点是虚拟示波器。
它本身就是一款U S B2.0数字示波器，10位A D C，100M S a/s采样速率，2个模拟通道，外部触发，4M存储深度，用于两个模拟通道及外触发通道。
标配内置隔离信号发生器（0-65M H z，可以产生正弦波信号），不需要额外增加外部隔离变压器就可以进行频率响应分析。
配有分析软件包及 2 组探头组。
前面板接地通过 USB 接口连接到 PC。
信号源技术参数: （DDS 合成，14 位DAC，4096 点，任意波形发生器）频率范围：正弦波0-65M H z交流振幅：0~7V p-p,1m V步长直流偏置：0~±3.5V输出精度：相位噪声-150d B c/H z@1K H z 频偏，S F D R-87d B c@10M H z 信号输出输出阻抗：50 Ω调制方式：相位，频率（点频，线性扫频，对数扫频），幅度输出隔离：300V r m s,C A T III分析仪技术参数：分析软件：（图形分析软件包）可以实时显示波特图（增益，相位），阻抗图（Z,L，C，E S R），P S RR特性曲线等可以存储图片文件及数据文件。
操作界面图：P C接口：U S B2.0(可以选配以太网接口）供电电源：6-20V 直流电源，6W 功率，电源适配器 100-240VAC， 50-60Hz温度：工作温度 0~40 度，储藏温度 -20~+60 度湿度：<90%(0~40度），<60%（>40度）海拔高度：工作（3000米），不工作（15000米）尺寸大小：高35mm,宽153mm,深193mm(含B N C接头）重量：约1.6K g频率响应分析仪标准配置2模拟通道,4M存储深度，分析软件包，2根无源探头，10位A D C，U S B2.0接口控制，隔离通道信号发生器。
频率特性测试仪相关知识
测量结果异常
可能是由于测试件连接不正确或测试件本身存在问 题。需要检查测试件连接是否正确，测试件是否工 作正常。
显示屏幕无显示
可能是由于显示屏幕损坏或电路板故障。需 要检查显示屏幕和电路板是否正常工作。
06
频率特性测试仪的发展趋势
和研究方向
频率特性测试仪的发展趋势
02
频率特性测试仪的应用范围
频率特性测试仪在电子工程中的应用
验证和表征电子元器 件的频率响应特性
调试和优化电子电路 的设计
评估电子设备的性能 和稳定性
频率的性能和容量
调试和优化通信设备的硬件和软件设计
频率特性测试仪在物理和生物医学工程中的应用
人工智能技术在频率特性测试仪中的应用也越来越广泛，能够 实现数据自动分析、报告生成等功能，提高了测试的智能化水
平。
频率特性测试仪的研究方向
01
02
03
04
高精度测量技术
进一步提高频率特性测试 仪的测量精度，研究新的 测量技术和方法，提高测 试的稳定性和可靠性。
宽频带测试技术
进一步拓展频率特性测试 仪的频带范围，研究宽频 带测试技术，满足更多设 备测试的需求。
增强智能化程度
引入人工智能、机器学习等技术， 使频率特性测试仪具备更强的智能 化程度，提高测试准确性和效率。
04
频率特性测试仪的操作步骤
使用前的准备工作
确认测试环境
确保测试环境中没有干扰 源，如手机、微波炉等。
检查测试仪器
检查频率特性测试仪的电 池电量是否充足，连接是 否牢固。
选择测试模式
根据测试需求选择合适的 测试模式，如单频测量、 扫频测量等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
频率响应分析仪知识
一、概述
（一）用途
频率响应分析仪是测量被测系统频率特性的仪器。
早期频率特性的测量是用信号源、电压表、频率计、相位计、示波器等单机组成，仪器操作复杂，易受干扰，测量精度低。
进入60年代，国外开发出以数字相关滤波为核心技术的频率响应分析仪，提高了测量精度。
随着技术发展，智能化、数字化程度不断提高，测量功能、精度得到了快速发展，拓宽了仪器应用范围。
目前，频率响应分析仪广泛地应用于航空航天、军工、机械制造的振动分析，大型机械的故障监测与诊断，自控系统、伺服系统的设计与调试，电子元件、压电元件的阻抗与谐振测试，高压电网滤波器调试，桩基检测，自动控制系统科研与教学等领域。
（二）分类与特点
频率响应分析仪可以分为基础型频率响应分析仪、教学型频率响应分析仪、多通道频率响应分析系统等类型产品。
●基础型频率响应分析仪的特点
性能指标高，接口齐全，方便与各种测试仪器及计算机联接组成测试系统，适用于各种领域的频率响应测试。
●教学型频率响应分析仪的特点
性能指标一般，频率范围窄，适用于低成本测试，如教学以及要求性能指标不高，能满足一定要求的场合。
●多通道频率响应分析仪的特点
性能指标高，多通道测试可达32通道，适用于大型机械、桥梁、堤坝等大型系统多点测试。
（三）产品国内外现状
国内生产频率响应分析仪的厂家主要有：天津中环电子仪器。
天津中环电子仪器自1958年建厂以来，一直致力于频率响应测试产品的研发，80年代与英国solartron公司合作，开发出以TD1250频率响应分析仪为代表的系列产品，同类产品技术水平国内领先。
国外厂家主要有：英国solartron公司和日本NF回路设计株式会社。
英国solartron公司以数字相关滤波为技术核心的产品，频率范围10微赫到65千赫（1250），以及10微赫到32兆赫（1260）等，具有双通道及四通道测试功能，1250侧重于低频与超低频，主要用于机械、自控等领域，1255上限频率较高，满足低频测试的同时可用于电子元件、压电元件等测试。
（四）技术发展趋势
●小型化成为频率响应分析仪的主要发展趋势；
●提高功能指标精度，嵌入式、PLD的采用是未来的趋势；
●降低成本，向教学普及扩大应用范围是未来主要发展方向。
二、基本工作原理
频率响应分析仪主要由：发生器、分析器、控制器、运算器、键盘与显示器、接口、选件等构成。
频率响应分析仪的原理框图如下图1所示。
键盘键盘显示显示GPIB 接口GPIB 接口串口
串口同步器
同步器辅助发生器
辅助发生器调制/解调器调制/解调器控制器和运算器控制器和运算器发生器
发生器分析器1分析器1分析器
2分析器2通道1通道2
图1 频率响应分析仪的原理框图
由信号发生器产生一个正弦波或方波电激励信号，用于系统测试。
两个分析器，
它们在系统的两个点上测量对应于激励信号的响应，经过运算器完成数学相关运算后
由显示器显示测量结果：直角坐标( a,jb )、极坐标（γ,θ）、对数坐标（log γ,θ）,
通过接口可以同其它仪器及计算机组成测试系统。
选件调制解调器：允许频响仪直接
同需要交流载波输入或产生交流载波输出的系统相接；辅助发生器：可以附加发生器，
同步到主发生器，可以产生与主发生器同相或正交信号；同步器：用外部信号发生器
与频响仪信号发生器同步。
三、主要技术指标
基础型频率响应分析仪功能强、指标高、应用范围广，以下叙述为基础型频率
响应分析仪的主要指标：
● 频率范围
指发生器输出信号的上限及下线频率，频带越宽仪器适用范围越广。
● 幅度范围
指发生器输出信号的幅度大小，用以激励系统。
● 幅度精度
指发生器输出信号的幅度误差，误差越小系统的测量精度越高。
● 量程
指分析器允许信号输入幅度的大小，可以分成几档和自动量程。
● 精度
指分析器对输入信号的测量精度，与被测信号的频率有关，不同的频率范围测量
精度不同，一般分频段划分。
● 分辨率
指分析器对输入信号测量结果的显示位数，分辨率越高说明分析器采用的A/D电路位数越高。
四、选购注意事项
●价格
选择适合工作要求的产品，主要考虑频率范围，不同的频率范围价格相差很大，同时，国内与国外产品价格相差很大。
●服务
频率响应分析仪服务对象往往是多学科交叉的应用技术，如机械与电子测量、桩基与电子测量、电化学与电子测量等等。
这就需要生产厂家或供货商，具备较强的仪器应用知识和能力。
●仪器的扩展性
如大型机械要求多通道测试系统的配套性，如计算机连接专用软件的开发等等，这都需要生产厂家有较强的技术支持能力。