电子测量技术(西电版)第7章 频域测量技术
第7章 频域测量技术
频域测量的两个基本问题是信号的频谱分析和线性系统 的频率特性测量。 进行频域分析和测量的电子仪器有很多种， 其中， 频谱分析仪是采用滤波器或傅立叶变换的方法， 分析 信号中所含的各个频率分量的幅值、 功率、 能量和相位关系。 选频电压表采用调谐滤波的方法， 选出并测量信号中感兴趣 的频率分量。 失真度测量仪则与之相反， 采用陷波的方法将 信号中基频滤去， 测量剩下的各次谐波分量和噪声的大小， 以及它们与基频的比值。 调制度分析测量是对各种频带的射 频信号进行解调， 恢复调制信号， 测量调制度。
第7章 频域测量技术
图7- 1 信号的时域波形及频域频谱
第7章 频域测量技术
从时域t方向描述的电信号就是我们在示波器上看到的 波形f(t)， 从频域f方向看到的这个信号可表示为一组沿频 率轴步进的正弦信号的集合， 即S(ω)， 每一个正弦信号代 表这个电信号在频率点所具有的分量值， 也称为信号的频 谱或频谱分量。
第7章 频域测量技术
然而频谱仪也有它的特点， 例如， 一个失真很小的正 弦波信号利用示波器观察就很难看出来， 一个复杂波形内 各频率分量的大小就更难以确定， 而用频谱仪就能定量测 出很小的频率分量。 所以时域分析和频域分析各具特点， 各自适用于不同的场合， 两者互为补充。
第7章 频域测量技术
7.1.2
第7章 频域测量技术
(2)实时和非实时的分类方法主要是针对低频频谱仪而言 的， 如语言信号的分析处理， 系统的实时控制等， 都要求对 信号进行实时分析。 “实时”并非纯粹指快， 实时分析所达 到的速度与信号的带宽和要求的频率分辨力有关。 一般认为， 所谓实时分析， 是指在长度为T的时间内完成的频率分辨力 达到1/T Hz的谱分析。 当然只能在一定的频率范围内进行实 时分析。
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一个电信号的特性可以用一个随时间变化的函数f(t) 来表示， 同时也可以用一个频率f或角频率ω=2πf的函数 S(ω)来描述， 这两种表示之间的关系在数学上可表示为 一对傅立叶变换关系：
S f tejtdt f t 1 Sejtd
2π
上述关系可以定性地用图7-1来表示。
频谱是对信号及其特性的频率域描述。 一个在时域看 来是复杂波形的信号， 它的频谱可能是简单的， 在时域 不容易获取信号的有关信息在频域可能是容易获取的。 一 般来说， 确定性信号存在着傅立叶变换， 由它可获得确 定的频谱。 随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作 出估算， 如均值、 方差等， 这类信号不存在傅立叶变换， 对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。
第7章 频域测量技术
例如， 在通信技术中， 蜂窝无线电系统的载波信号 的谐波会干扰工作于同一谐波频率下的其他系统， 所以 从事通信工程的技术人员常常需要检查蜂窝无线电系统 的载波信号的谐波成分。 调制在载波上的信息失真也是 通信领域内关切的问题之一， 如果三阶交调失真分量落 在工作频带内， 就会影响通信质量。 对于这些问题， 只 能通过频域测量来确定信号的谐波分量。 此外， 信号的 频谱占用情况也正受到越来越多的应用项目的关注， 如 电子产品的传输频谱宽度必须满足EMI、 EMC的相关要 求。 可见， 频域测量在电子测量中占有很重要的地位， 对频域测量的原理、 方法及应用进行研究具有现实意义。
本章主要介绍信号的频谱分析技术及线性系统的频率 特性测量技术， 包括频谱分析仪、 失真度测量仪、 扫频仪 及网络分析仪等的测量原理。
第7章 频域测量技术
7.1
7.1.1
对于任何一个信号， 既可以在时域进行分析和测量来获取 各种特征， 又可以在频域进行分析和测量来获取各种特征， 其中频域分析和测量在电子、 通信、 生物医学等方面有着 非常广泛的应用。
第7章 频域测量技术
第7章 频域测量技术
7.1 信号频谱分极及频谱分析仪 7.2 信号的失真度测量 7.3 线性系统频率特性的测量 7.4 网络分析仪 思考与练习
第7章 频域测量技术
前面我们讨论了信号及测量系统在时域内的有关特 征及测量方法,本章将讨论信号及测量系统在频域内的 有关特征及测量方法。 对许多测量来说， 频域测量和 时域测量同样重要。
第7章 频域测量技术
(1)模拟式频谱仪以模拟滤波器为基础构成， 用滤波器来 实现信号中各频率成分的分离。 所有的早期频谱仪几乎都离 不开模拟滤波器。 至今， 这种方法还在各种频段的频谱仪中 广泛使用。 数字式频谱仪是以数字滤波器或快速傅立叶变换 为基础而构成的， 特别是FFT算法的问世， 大大改变了频谱 分析技术。 数字式仪器由于受到数字系统工作速度的限制， 目前还多为数百千赫以下的低频频谱仪， 如被分析声频带或 振动频带的仪器所采用。 它们具有精度高、 性能灵活、 能 满足声频带与振动信号分析中的多功能要号的频域分析主要采用频谱分析仪， 频谱分析仪 分析和测量一个电信号在频率轴各点频谱分量的分布情况。 时域分析主要采用电子示波器， 用示波器分析和测量一个 电信号在时域的有关特征和信息。 实际的频谱分析仪通常 只给出幅度谱和功率谱， 不直接给出相位信息， 因此， 如 果两个信号内的基波幅度相等， 二次谐波幅度也相等， 但 基波与二次谐波的相位差不等， 则用频谱仪测量这两个信 号所显示的频谱图没有什么区别， 但用示波器观察这两个 信号的波形却明显不同。
第7章 频域测量技术
调制域分析仪测量信号的频率、 相位和信号出现的时 间间隔随时间的变化规律。 振荡信号源的相位噪声特性用 谱密度来表征， 因而相位噪声的分析也要用到频谱分析。 对网络的分析也是通过信号分析来进行的， 因而与信号的 频率分析技术密切相关。 数字信号处理机是新发展起来的 一类分析仪， 它采用FFT和数字滤波等数字信号处理技术， 对信号进行包括频谱分析在内的多种分析。
频谱分析仪种类繁多， 可以从多种角度对它们进行分 类。 例如， 可分为模拟式、 数字式、 模拟数字混合式； 实时型、 非实时型； 恒带宽分析、 恒百分比带宽分析； 单通道型、 多通道型。 按工作频带， 还可以分为高频、 低频等等。 按工作原理， 大致可以归为滤波法和计算法两 大类。 下面就上述几种分类， 对各类仪器的特点和应用对 象作一简要说明。
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电子测量技术v
Email: yksun @ home, swj tu .edu .cn西南交通大学电气工程学院6. 1概述6. 2频谱分析仪6.1 M 述冏频域和时域的关系日频谱分析誌常用频域测试仪器6.1.1频域和时域的关系6.1.2频谱分析在频域中分析信号的频率分■的情况。
通过对信号进行傅立叶变换，将信号表示成一个基波分量和许多谐波分量之和的形式，确定信号的频谱。
1・周期信号的频谱特性•:•频谱密度由无穷个冲激函数组成A禽散性：频谱是富散的，由无穷多个冲激场数A谗欢性：谱线只蛊基欢频率的整数僖上出现，即谱线代表的是基欢及其富次谗欢分受的幡度或相後信息;A收欽性：各次谐冰的幅度随着谐冰次数的增大而逐淅减小。
2 •非周期信号的频谱特性•:•频谱密度函数F(ju))是w的连续函数•:•当f⑴为实函数时，有F(/w) = F^jaj)•:•当f(0为虚函数时，有F(ju)) = -H-jo/)•:•无论f⑴为实函数或虚函数，幅度谱萨(闷)|关于纵轴对称，相位谱。
/(⑴关于原点对称3.脉冲宽度和频带宽度•:•脉冲宽度是时域概念A指准.一个周期内脉冲欢形的两个率A之间的对间间隔；❖频带宽度（带宽）是频域概念A盛周期信号频谱中，从率频率到需要考虑的最壽次谄欢频率之间的频段即为该信号的有效占有带宽；A卖际应用中，常把零频到频谱包络线第一个零点间的频段作为频帶宽带&测遛枝术》方商文通&爭4 •信号的能量谱能量密度谱,简称能量谱或能谱, 表示单位频带内所含能量。
任何带宽E(a 内的信号能量均与能量谱曲线下相应n的面积成正比S(劲伽)| L7T .+8 S(co}da)♦:♦信号的胄5 •信号的功率谱 ♦:♦信号的功率定义为 F(e) =丄厂恤尸呦伽 2龙 J —oo T ->+oo T < \2dt T-^+^T |S)「 S (劲=丄lim 卩In宀8 T 化则有T 2 S p(a))d®〔功率密度谱 <简称功率谱，表示单位频:带内单莅两帝闪的功率6 •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A对信号本身的频率特性分析A对线性糸统非线性夬真的测童7.频谱分析仪的基本原理•:・FFT分析（实时分析）法A症特定对段中对时城数学信号进行FFT变换,得到频城信息并获取相对于频率的幅度.相住信息7.频谱分析仪的基本原理（续）•:•离散时域信号的频谱特性付氏变换 A 期一 _ 期周散续周非离连7.频谱分析仪的基本原理（续）•:•非实时分析法A扫频式分析A差频式分析C外爰天分析丿6.1.3常用频域测试仪器1.频率特性测试仪（扫频仪）2.频谱分析仪3.网络分析仪6.2频错今祈仪「频谱分析仪的种类翩外差式频谱分析仪窗频谱分析仪的主要性能指标窗频谱分析仪实例6.2.1频谱分析仪的种类渎信号处理方式的泊同f ■模拟式频谱分析仪■数字式频谱分析仪■模拟数字混合式频谱分析仪■模拟式频谱分析仪用滤波器来实观信拟滤波器"賊号彳个频車咸今的今南，今南出的额卑今量證松波器检波咸直洗后，由显斥器显斥出来。
电子测量技术 (7)
• ③正确选择探头和电缆。BT-３测试仪附有 四种探头及电缆： • A.输入探头(检波头)：适于被测网络输出信 号未经过检波电路时与Ｙ轴输入相连。 • B.输入电缆：适于被测网络输出信号已经过 检波电路时与Ｙ轴输入相连。
• C.开路头：适于被测网络输入端具有75 Ω特 性阻抗时，将扫频信号输出端与被测网络 输入相连。 • D.输出探头(匹配头)：适于被测网络输入端 为高阻抗时，用此匹配头 ( 探头内对地接有 匹配电阻 ) ，将扫频信号输出端与被测网络 输入相连。
• • • • • •
(3)使用方法 7.3.5 测量举例 (1)调整方法 (2)连接测试电路 (3)增益测试方法 该放大器的带宽为：
• 7.4 BT-３频率特性测试仪常见故障与维修
图7.14 测量幅频特性连接图
图7.15 放大器的频率特性曲线
• • • •
②扫频频偏 最小扫频频偏≤±0.5 MHz； 最大扫频频偏＞±7.5 MHz。 ③寄生调幅系数：扫频频偏在±7.5 MHz时 ≤±7.5%。 • ④调频非线性系数:扫频频偏在±7.5 MHz时 ≤20%。
• ⑤频率标记:菱形，分为1 MHz、10 MHz和 外接三种。 • ⑥扫频信号输出阻抗：75(1±20%)Ω • ⑦扫频信号输出步进衰减 • 粗衰减： 0 、 10 、 20 、 30 、 40 、 50 、 60(dB) ； • 细衰减：0、2、3、4、6、8、10(dB)。
图7.5 变容二极管扫频振荡器原理图
• 结电容可表示为
• • • •
2)磁调制扫频 (3)稳幅电路 (4)输出衰减器 (5)频标电路
图7.6 磁调制扫频原理图
图7.7 差频法产生频标的原理图
图7.8 频标的形成过程
图7.9 荧光屏上的频标
《电子测量技术》chapter7
典型外差式频谱仪的框图
（2）外差式频谱仪的主要参数
• • • • 频率显示范围 （起始和终止频率） 电平显示范围 （参考电平） 分辨率带宽 （中频滤波器的3dB带宽 ） 扫描时间
（3）外差式频谱分析仪各模块的原理和功能
A、输入电路 输入阻抗：75Ω或50Ω 射频衰减器：0——60dB 步进 输入滤波器 ：低通，抑制镜像干扰
第八章
频谱分析原理
FFT分析仪的采样
根据奈奎斯特采样定律，采样频率应至少高于输入信号 最高频率的两倍 ，信号才可以被不失真的恢复。否则，产 生混叠。
前置的低通滤波器 Fs大于2.56 fc
第八章
频谱分析原理
有限次采样 ——加窗
不可能无限次采样，有限次采样相当于
加矩形窗，导致泄露现象，产生幅度和频率
频域测试的典型仪器——频谱分析仪
第八章
频谱分析原理
一、概 述（续）
频谱分析仪
也称为信号分析仪
网络分析仪
用于对电子网络的频率响应特性进行分析
失真度分析仪
用于测量音频电路的失真
射频功率计
用于精确测量音频和微波信号的功率电平
第八章
频谱分析原理
二、信 号
1、时域和频域的关系
例如： 100KHz带宽时动态范围可达100dB
• 灵敏度和精度 本机噪声、量化噪声、计算误差等 例如：±1.5dB, +27～-120dBV
第八章
频谱分析原理
FFT分析仪的性能指标
（3）分析速度 （4）其他特性
通道数、窗函数种类、平均计算等 取决于FFT运算、处理时间
第八章
频谱分析原理
六、外差式频谱分析仪
分辨率带宽
电子测量技术(西电版)第7章 频域测量技术
第7章 频域测量技术
图7- 2 等绝对带宽与等百分比带宽频谱的区别
第7章 频域测量技术
(4)单通道与多通道频谱仪。 单通道频谱仪只能对 一路信号进行分析， 双通道或多通道分析仪除了用于 信号分析外， 还可用于系统分析。 例如， 声强分析和 互功率谱分析需要对两个信号同时进行分析处理。 在 一些机电系统的分析和网络分析中， 需对它们的输入 输出信号或多个测量点的信号进行分析计算。
第7章 频域测量技术
对信号的频域分析主要采用频谱分析仪， 频谱分析仪 分析和测量一个电信号在频率轴各点频谱分量的分布情况。 时域分析主要采用电子示波器， 用示波器分析和测量一个 电信号在时域的有关特征和信息。 实际的频谱分析仪通常 只给出幅度谱和功率谱， 不直接给出相位信息， 因此， 如 果两个信号内的基波幅度相等， 二次谐波幅度也相等， 但 基波与二次谐波的相位差不等， 则用频谱仪测量这两个信 号所显示的频谱图没有什么区别， 但用示波器观察这两个 信号的波形却明显不同。
频谱分析仪种类繁多， 可以从多种角度对它们进行分 类。 例如， 可分为模拟式、 数字式、 模拟数字混合式； 实时型、 非实时型； 恒带宽分析、 恒百分比带宽分析； 单通道型、 多通道型。 按工作频带， 还可以分为高频、 低频等等。 按工作原理， 大致可以归为滤波法和计算法两 大类。 下面就上述几种分类， 对各类仪器的特点和应用对 象作一简要说明。
第7章 频域测量技术
图7- 3 滤波器分析频谱的过程
第7章 频域测量技术
图7- 4 滤波式频谱仪的基本组成
第7章 频域测量技术
1) (1)半功率带宽及有效噪声带宽。 半功率带宽即为3 dB 带宽。 当用于噪声分析时， 又引入了一个滤波器的有效噪 声带宽， 如图7- 5所示。 当理想的矩形滤波器在矩形曲线下 的面积与实际滤波器特性曲线下的面积相等时， 矩形的宽 度即为实际滤波器有效噪声带宽。
电子测量技术(60)
外差式频谱分析仪
（1）并行滤波式频谱分析仪 （2）顺序滤波式频谱分析仪
（3）扫描式频字方式对信号进行频谱 分析，精度高，动态范围宽，工作 频率不高。
数字滤波式频谱分析仪
快速傅立叶变换（FFT ）频谱分析仪
（1）数字滤波式频谱分析仪 （2）FFT频谱分析仪
纵轴对称，相位谱e j(ω)关于原点对称
3.脉冲宽度和频带宽度
❖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 ➢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；
➢实际应用中，常把零频到频谱包络线第一个零
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
8. 频谱分析仪的分类（续）
❖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
❖非实时分析法 ➢扫频式分析 ➢差频式分析（外差式分析）
8. 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
工作原理
提高性能的措施
多次变频以获得较高灵敏度和分辨力 采用锁相频率合成技术提高本地振 荡器的频率稳定度
6.2.3 频谱分析仪的主要性能指标
频率分辨力
频率分辨力是反映频谱分析仪频率特性的主 要性能指标。指频谱分析仪能够分辨的最小谱线 间隔，表征频谱分析仪能够区分两个频率相邻信 号的能力。
（1）并行滤波式频谱分析仪 （2）顺序滤波式频谱分析仪
（3）扫描式频字方式对信号进行频谱 分析，精度高，动态范围宽，工作 频率不高。
数字滤波式频谱分析仪
快速傅立叶变换（FFT ）频谱分析仪
（1）数字滤波式频谱分析仪 （2）FFT频谱分析仪
纵轴对称，相位谱e j(ω)关于原点对称
3.脉冲宽度和频带宽度
❖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 ➢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；
➢实际应用中，常把零频到频谱包络线第一个零
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
8. 频谱分析仪的分类（续）
❖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
❖非实时分析法 ➢扫频式分析 ➢差频式分析（外差式分析）
8. 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
工作原理
提高性能的措施
多次变频以获得较高灵敏度和分辨力 采用锁相频率合成技术提高本地振 荡器的频率稳定度
6.2.3 频谱分析仪的主要性能指标
频率分辨力
频率分辨力是反映频谱分析仪频率特性的主 要性能指标。指频谱分析仪能够分辨的最小谱线 间隔，表征频谱分析仪能够区分两个频率相邻信 号的能力。
电子测量频域测量课件
号能直观地显示在屏幕上。
电子测量频域测量课件
• ⑥位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线 上下移动。
• Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线 上下移动。
• Y轴衰减选择挡：共分为*1、*10、*100三挡，应和 Y 增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个 Y轴的增益与扫描曲线的高度。
3、频标单元电路分析 本电路包括四个部分：10MHz晶振、隔离放大
器、波发生器及混频滤波电路。
电子测量频域测量课件
中心频率和扫频范围
本扫频仪工作时是以某中心频率为中心进行扫频的。
现以第Ⅱ波段为例说其工作情况，中心频率是人工手调振荡回 路中的可变电容C，例如图中调到100MHz。扫频是扫描电流IM 作用于调制线圈LC使振荡频率在100MHz中心频率的基础上产 生±7.5MHz 的频偏，即扫频范围最大只有15MHz。
与响应的关系 K(j)U U O i((jj ))K()ej()
式中，K() 也可写成 K( f )，就是下面要测量的幅频特性。 () 是相频特性本节不讨论。
K( f )
K( f )
f
f
电子测量频域测量课件
静态频率特性测量----点频法
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。
电子测量频域测量课件
（3）扫频宽度 不同的四端网络有着不同的频带，预置
扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小； 预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会 很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的 扫频宽度。
电子测量频域测量课件
（4）中心频率读取 不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不
同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右 面，预置中心频率过低，被测曲线会在左面。
电子测量频域测量课件
• ⑥位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线 上下移动。
• Y位移：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线 上下移动。
• Y轴衰减选择挡：共分为*1、*10、*100三挡，应和 Y 增益配合使用，通过不同挡的选择，可改变整个 Y轴的增益与扫描曲线的高度。
3、频标单元电路分析 本电路包括四个部分：10MHz晶振、隔离放大
器、波发生器及混频滤波电路。
电子测量频域测量课件
中心频率和扫频范围
本扫频仪工作时是以某中心频率为中心进行扫频的。
现以第Ⅱ波段为例说其工作情况，中心频率是人工手调振荡回 路中的可变电容C，例如图中调到100MHz。扫频是扫描电流IM 作用于调制线圈LC使振荡频率在100MHz中心频率的基础上产 生±7.5MHz 的频偏，即扫频范围最大只有15MHz。
与响应的关系 K(j)U U O i((jj ))K()ej()
式中，K() 也可写成 K( f )，就是下面要测量的幅频特性。 () 是相频特性本节不讨论。
K( f )
K( f )
f
f
电子测量频域测量课件
静态频率特性测量----点频法
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。
电子测量频域测量课件
（3）扫频宽度 不同的四端网络有着不同的频带，预置
扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小； 预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会 很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的 扫频宽度。
电子测量频域测量课件
（4）中心频率读取 不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不
同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右 面，预置中心频率过低，被测曲线会在左面。
第7章_信号的频谱分析(电子测量)
第27页
电子测量技术
二、 频谱仪的工作原理
模拟式频谱仪
基本原理：先用带通滤波器选出待分析信号，然 后用检波器将该频率分量变为直流信号，再送到显 示器将直流信号的幅度显示出来。为显示输入信号 的各频率分量，带通滤波器的中心频率是多个或可 变的。
组成示意图如下：也叫顺序滤波频谱仪，由多个 通带互相衔接的带通滤波器和共用检波器构成。用 多个频率固定且相邻的窄带带通滤波器阵列来区分 被测信号的各种频率成分，因此得以全面记录被测 信号。
为了便于分析频谱图中的细节，有时需要窄带扫频；
现代频谱仪的扫频宽度都是做成可调的。
第43页
电子测量技术
扫描时间（Sweep Time，简作ST） 即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所 需的时间，也叫分析时间，实际上就是一次扫描正 程的时间。 通常扫描时间越短越好，但为保证测量精度， 扫描时间必须适当。与扫描时间相关的因素主要有 频率扫描范围、分辨率带宽、视频滤波。 现代频谱仪通常有多档扫描时间可选择，最小 扫描时间由测量通道的电路响应时间决定。
第2页
电子测量技术
1.1 信号分析和信号频谱的概念
信号的定义及种类 信号的概念广泛出现于各领域中。这里所说的均 指电信号，一般可表示为一个或多个变量的函数。按 照信号随时间变化的特点，可分为 确定信号与随机信号 连续时间信号与离散时间信号 周期信号与非周期信号
其它分类如：奇信号与偶信号，调制信号与载波 信号，能量有限信号与功率有限信号 ……
第4页
电子测量技术
图7-23所示为时域和频域测量的比较：
示波器是从时域观点进行测量的仪器，从屏幕上看到 的图形是v-t平面看到的情景，即呈现基波加二次谐波 的合成波形； 频率仪则是从频域观点进行测量的仪器，故屏幕上显 示v-f平面内看到的情景，即合成信号频谱分量——线 状频谱图
电子测量技术频域测量
第16页
电子测量原理
b.变容管扫频振荡电路 图8-6就是变容管组成的扫频振荡电路，它是一个改进 型电容三点式振荡电路，克服了三极管输入输出参数对频 率的影响，其振荡频率由L、C3、C4、Cj及C5决定。
图8-6 变容管扫频振荡电路 第17页
电子测量原理
其原理是，在锯齿波电压作用下，变容二极管的结电容改 变，从而振荡电路频率发生改变。所以是电压控制（简称 压控）振荡器。
(8-6) 式中：f1、f2见图8-3所示。
扫频宽度与扫频线性通常是矛盾的，一般在保证扫频线 性情况下通过电路扩展频带来解决。
(3)振幅平稳性 振幅平稳性定义为：
(8-7)
第13页
电子测量原理
产生原因是各种因素（如电源电压波动、噪声干扰、 温度变化等）的影响。扫频 宽度与平稳性也是矛盾的， 应采用稳幅电路。
b.磁调制扫频振荡器 典型的电路是电容三点式，将高频线圈的电感L作为 LC 振荡电路的电感参数（电路略）。那么，振荡器的振荡 频率可写成：
第21页
电子测量原理
（8-10）
式中：C为振荡回路电容；
L为磁调制高频线圈的空心电感。
按照前面的叙述，结构一定，η、L均为常数，回路电
容C也是常数，则式（8-10）可写为：
扫频图示测量与点频测量相比，扫频代替了人工调节 信号，示波显示代替了电压测量及人工作图，因而实现了 自动化测量，使之快而准确。 (二).扫频信号发生器
扫频信号发生器是扫频图示测量的重要组成部分，它 可单独作为信号源，也可作为扫描图示仪、频谱分析仪、
第11页
电子测量原理
网络分析仪、频率特性仪等的组成部分。 1.扫频振荡器的工作特性 (1).扫频线性 扫频线性指扫频信号的频率与控制信号间的线性情况
电子测量原理
b.变容管扫频振荡电路 图8-6就是变容管组成的扫频振荡电路，它是一个改进 型电容三点式振荡电路，克服了三极管输入输出参数对频 率的影响，其振荡频率由L、C3、C4、Cj及C5决定。
图8-6 变容管扫频振荡电路 第17页
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其原理是，在锯齿波电压作用下，变容二极管的结电容改 变，从而振荡电路频率发生改变。所以是电压控制（简称 压控）振荡器。
(8-6) 式中：f1、f2见图8-3所示。
扫频宽度与扫频线性通常是矛盾的，一般在保证扫频线 性情况下通过电路扩展频带来解决。
(3)振幅平稳性 振幅平稳性定义为：
(8-7)
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电子测量原理
产生原因是各种因素（如电源电压波动、噪声干扰、 温度变化等）的影响。扫频 宽度与平稳性也是矛盾的， 应采用稳幅电路。
b.磁调制扫频振荡器 典型的电路是电容三点式，将高频线圈的电感L作为 LC 振荡电路的电感参数（电路略）。那么，振荡器的振荡 频率可写成：
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电子测量原理
（8-10）
式中：C为振荡回路电容；
L为磁调制高频线圈的空心电感。
按照前面的叙述，结构一定，η、L均为常数，回路电
容C也是常数，则式（8-10）可写为：
扫频图示测量与点频测量相比，扫频代替了人工调节 信号，示波显示代替了电压测量及人工作图，因而实现了 自动化测量，使之快而准确。 (二).扫频信号发生器
扫频信号发生器是扫频图示测量的重要组成部分，它 可单独作为信号源，也可作为扫描图示仪、频谱分析仪、
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电子测量原理
网络分析仪、频率特性仪等的组成部分。 1.扫频振荡器的工作特性 (1).扫频线性 扫频线性指扫频信号的频率与控制信号间的线性情况
电子测量技术(60)
6.2.3 频谱分析仪的主要性能指标
频率分辨力
30kHz
10kHz
6.2.3 频谱分析仪的主要性能指标
频率分辨力
频率分辨力和本地振荡器的扫频速度有关。 这是由与频谱分析仪的窄带滤波器的幅频特性曲 线与扫频速度有关。
当扫频速度为零时，窄带滤波器的幅频特性 曲线的3dB带宽称为静态分辨力。
当扫频速度不为零时，窄带滤波器的幅频特 性曲线的3dB带宽称为动态分辨力。
纵轴对称，相位谱e j(ω)关于原点对称
3.脉冲宽度和频带宽度
❖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 ➢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；
➢实际应用中，常把零频到频谱包络线第一个零
扫频宽度、分析时间与扫频速度
是反映频谱分析仪扫频特性的三个主要的 性能指标。
扫频速度是指扫频宽度与分析时间之比。
扫频速度的大小对频谱分析仪的频率分辨力 有较大影响，应合理选择。
扫频速度 Bq2 静态分辨力
6.2.4 频谱分析仪实例
MS2711B型频谱分析仪 安立（Anritsu）公司
性能指标与面板介绍
点间的频段作为频带宽带
4.信号的能量谱
❖信号f(t)的能量定能义量为密度谱，简称能量谱或能谱，
表示单位频带内所含能量。任何带宽
E()内 的的面信积f号成(t)能正2d量比t均与能量谱曲线下相应
令 S() 1 F(j)2 2
E() S()d 0
5.信号的功率谱
❖信号f(t)的功率定义为
P()lim 1 T2 f(t)2dt
第四步：设置扫频宽度