第7章频域测量技术 第7章频域测量技术 2021/2/24
第7章 频域测量技术 2021/2/24 1 第7章 频域测量技术
第7章频域测量技术 教学目的和要求 了解: 1.时域测量和频域测量的关系; 2.频率特性尤其是线性系统频率特性的测量方法; 3.失真度测量仪的工作原理和基本操作方法 4.频谱分析仪的分类、工作原理及主要技术指标 掌握: 1.频率特性测试仪的使用方法 2.频谱分析仪工作原理,使用方法; 3.会使用频谱分析仪对信号进行测量和频谱分析 2021/2/24
第7章 频域测量技术 2021/2/24 2 教学目的和要求 了解： 1．时域测量和频域测量的关系； 2．频率特性尤其是线性系统频率特性的测量方法； 3．失真度测量仪的工作原理和基本操作方法； 4．频谱分析仪的分类、工作原理及主要技术指标。 掌握： 1．频率特性测试仪的使用方法 2．频谱分析仪工作原理，使用方法； 3．会使用频谱分析仪对信号进行测量和频谱分析
第7章频域测量技术 第7章频域测量技术 在电子测量中,往往需要分析复杂信号所包含的各个 频率分量的构成情况,或考察特定网络在不同频率正弦激 励信号作用下所产生的相应频率,这就涉及到了频域测量 频域测量主要内容包括频率特性、频谱分析和谐波失真等 频率测量仪器常用的有扫频仪、频谱分析仪。本章首先介 绍了频域测量的基本方法,然后对常用的测量仪器的电路 构成和工作原理进行了分析,并介绍了其主要应用和测量 方法 2021/2/24 3
第7章 频域测量技术 2021/2/24 3 第7章 频域测量技术 在电子测量中，往往需要分析复杂信号所包含的各个 频率分量的构成情况，或考察特定网络在不同频率正弦激 励信号作用下所产生的相应频率，这就涉及到了频域测量。 频域测量主要内容包括频率特性、频谱分析和谐波失真等。 频率测量仪器常用的有扫频仪、频谱分析仪。本章首先介 绍了频域测量的基本方法，然后对常用的测量仪器的电路 构成和工作原理进行了分析，并介绍了其主要应用和测量 方法
第7章频域测量技术 71频域测量的原理与分类 测量和观察一个电信号的最常用的仪器是大家熟悉的 示波器,它是以时间t为水平轴对信号波形进行测量和显 示,这种分析方法是在时间域内观察和分析信号,所以称 为信号的时域测量和分析。我们也可以以电信号的频率f 作为水平轴来测量分析信号的变化,这就是在频率域内对 信号进行观察和测量,简称为信号的频域测量和频谱分析 义上讲,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。信号的频域测量和频谱分析是很有用的,它往往能 提供在时域观测中所不能得到的独特信息。 2021/2/24
第7章 频域测量技术 2021/2/24 4 7.1 频域测量的原理与分类 测量和观察一个电信号的最常用的仪器是大家熟悉的 示波器，它是以时间t为水平轴对信号波形进行测量和显 示，这种分析方法是在时间域内观察和分析信号，所以称 为信号的时域测量和分析。我们也可以以电信号的频率f 作为水平轴来测量分析信号的变化，这就是在频率域内对 信号进行观察和测量，简称为信号的频域测量和频谱分析。 广义上讲，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。信号的频域测量和频谱分析是很有用的，它往往能 提供在时域观测中所不能得到的独特信息
第7章频域测量技术 71.1频域测量的原理 对于一个过程或信号,它具有时间一频率-幅度的三维特性, 如图7.1所示。它既可表示为时间t的函数,又可以表示为 频率或角频率的函数;既可以在时域对它进行分析,也可 以在频域进行分析,以获得其不同的变化特性, 频率 频域 电压 时域 时间 图7.1信号的三维特性 2021/2/24 5
第7章 频域测量技术 2021/2/24 5 7.1.1 频域测量的原理 •对于一个过程或信号，它具有时间-频率-幅度的三维特性， 如图7.1所示。它既可表示为时间t的函数，又可以表示为 频率或角频率的函数；既可以在时域对它进行分析，也可 以在频域进行分析，以获得其不同的变化特性。 图7.1 信号的三维特性 频率 频域 电压 时域 时间
第7章频域测量技术 71.1频域测量的原理 时域分析是研究信号的瞬时幅度u与时间t的变化关系, 如信号通过电路后幅度的放大、衰减或畸变等。通过时域 测量可测定电路是否工作在线性区、电路的增益是否符合 要求、时间响应特性等。例如,实际工作中常用的示波器 就是典型的时域分析仪器,我们常用它来观测信号电压随 时间的变化,但用它却无法获得信号中包含哪些频率成份 它们之间的相对幅度如何等信息,也无法得到信号通过某 个系统后是否产生了非线性失真、失真大小等信息,这些 都必须借助于频域分析完成。 2021/2/24
第7章 频域测量技术 2021/2/24 6 7.1.1 频域测量的原理 时域分析是研究信号的瞬时幅度u与时间t的变化关系， 如信号通过电路后幅度的放大、衰减或畸变等。通过时域 测量可测定电路是否工作在线性区、电路的增益是否符合 要求、时间响应特性等。例如，实际工作中常用的示波器 就是典型的时域分析仪器，我们常用它来观测信号电压随 时间的变化，但用它却无法获得信号中包含哪些频率成份、 它们之间的相对幅度如何等信息，也无法得到信号通过某 个系统后是否产生了非线性失真、失真大小等信息，这些 都必须借助于频域分析完成
第7章频域测量技术 71.1频域测量的原理 频域分析则是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f关系,包 括线性系统频率特性的测量和信号的频谱分析。频率特性测量和频谱 分析都是以频率为自变量,以频率分量的信号值为因变量进行分析的, 通常由频率特性测试仪(扫频仪)来完成。其中,频率特性测试仪利 用扫频测量法,可直接在显示屏上显示被测电路的频率响应特性;频 谱分析仪则是对信号本身进行分析和对线性系统非线性失真系数进行 测量,从而可以确定信号所含的频率成份,了解信号的频谱占用情况, 以及线性系统的非线性失真特性 时域和频域两种分析方法都能表示同一信号的特性,它们之间必然是 可以互相转换的。时域与频域间的关系可以用傅立叶级数和傅立叶变 换来表征,因而在测得了一个信号的时域表征后,通过傅立叶变换, 可以求得其相应的频域表征;反之亦然。 2021/2/24 7
第7章 频域测量技术 2021/2/24 7 7.1.1 频域测量的原理 频域分析则是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，包 括线性系统频率特性的测量和信号的频谱分析。频率特性测量和频谱 分析都是以频率为自变量，以频率分量的信号值为因变量进行分析的， 通常由频率特性测试仪（扫频仪）来完成。其中，频率特性测试仪利 用扫频测量法，可直接在显示屏上显示被测电路的频率响应特性；频 谱分析仪则是对信号本身进行分析和对线性系统非线性失真系数进行 测量，从而可以确定信号所含的频率成份，了解信号的频谱占用情况， 以及线性系统的非线性失真特性。 •时域和频域两种分析方法都能表示同一信号的特性，它们之间必然是 可以互相转换的。时域与频域间的关系可以用傅立叶级数和傅立叶变 换来表征，因而在测得了一个信号的时域表征后，通过傅立叶变换， 可以求得其相应的频域表征；反之亦然
第7章频域测量技术 71.1频域测量的原理 时域分析与频域分析虽然可以用来反映同一信号的特性, 但是它们分析的角度是不同的,各有适用场合。某些测量, 如测量脉冲的上升和下降时间,测量过冲和振铃等,都需 要用时域测量技术,而且只能在时域里进行测量。频域分 析法则多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度 及谐波失真等。针对不同的实际情况,时域分析和频域分 析各有其具体适用的场合,两者是相辅相成、互为补充的。 2021/2/24
第7章 频域测量技术 2021/2/24 8 7.1.1 频域测量的原理 时域分析与频域分析虽然可以用来反映同一信号的特性， 但是它们分析的角度是不同的，各有适用场合。某些测量， 如测量脉冲的上升和下降时间，测量过冲和振铃等，都需 要用时域测量技术，而且只能在时域里进行测量。频域分 析法则多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度 及谐波失真等。针对不同的实际情况，时域分析和频域分 析各有其具体适用的场合，两者是相辅相成、互为补充的
第7章频域测量技术 71.2频域测量的分类 根据实际应用的需求,频域分析和测量的对象和目的也各不相同, 通常有以下几种 (1)频率特性测量:主要对网络的频率特性进行测量,包括幅频特性、 相频特性、带宽及回路Q值等 (2)选频测量:利用选频电压表,通过调谐滤波的方法,选出并测量 信号中某些频率分量的大小。 (3)频谱分析:用频谱分析仪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,以及振荡信号源的相位噪声特性、空间电磁 干扰等。 4)调制度分析测量:对各种频带的射频信号进行解调,恢复调制信 号,测量其调制度,如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数 以及它们的寄生调制参量 (5)谐波失真度测量:信号通过非线性器件都会产生新的频率分量, 俗称非线性失真。这些新的频率分量包括谐波和互调。 2021/2/24 9
第7章 频域测量技术 2021/2/24 9 7.1.2 频域测量的分类 根据实际应用的需求，频域分析和测量的对象和目的也各不相同， 通常有以下几种： （1）频率特性测量：主要对网络的频率特性进行测量，包括幅频特性、 相频特性、带宽及回路Q值等。 （2）选频测量：利用选频电压表，通过调谐滤波的方法，选出并测量 信号中某些频率分量的大小。 （3）频谱分析：用频谱分析仪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，以及振荡信号源的相位噪声特性、空间电磁 干扰等。 （4）调制度分析测量：对各种频带的射频信号进行解调，恢复调制信 号，测量其调制度，如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数 以及它们的寄生调制参量。 （5）谐波失真度测量：信号通过非线性器件都会产生新的频率分量， 俗称非线性失真。这些新的频率分量包括谐波和互调
第7章频域测量技术 72线性系统频率特性测量 在电路的设计、生产和调试中,经常需要了解,当某 个电路网络的输入电压恒定时,其输出电压随频率变化的 关系特性,这就是我们在测量中经常提到的网络的频率特 性(通常指幅频特性)。 2021/2/24 10
第7章 频域测量技术 2021/2/24 10 7.2 线性系统频率特性测量 在电路的设计、生产和调试中，经常需要了解，当某 个电路网络的输入电压恒定时，其输出电压随频率变化的 关系特性，这就是我们在测量中经常提到的网络的频率特 性（通常指幅频特性）