测感技术42.pptx

4.2.1 4.2.1 线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量1.1.幅频特性测量幅频特性测量幅频特性测量幅频特性测量1)1)点频测量法点频测量法点频测量法点频测量法线性系统频率特性的经典测量法线性系统频率特性的经典测量法线性系统频率特性的经典测量法线性系统频率特性的经典测量法 每每每每次次次次只只只只能能能能将将将将加加加加到到到到被被被被测测测测线线线线性性性性系系系系统统统统的的的的信信信信号号号号源源源源的的的的频频频频率率率率调调调调节节节节到到到到某某某某一一一一个个个个频频频频点点点点。依依依依次次次次设设设设置置置置调调调调谐谐谐谐到到到到各各各各指指指指定定定定频频频频点点点点上上上上，分分分分别别别别测测测测出出出出各各各各点点点点处处处处的的的的参参参参数数数数，再再再再将将将将各各各各点点点点数数数数据据据据连连连连成成成成完完完完整整整整的曲线，从而得到频率特性测量结果。的曲线，从而得到频率特性测量结果。的曲线，从而得到频率特性测量结果。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；所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化；所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化；所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化；测测测测量量量量频频频频点点点点的的的的选选选选择择择择对对对对测测测测量量量量结结结结果果果果有有有有很很很很大大大大影影影影响响响响，特特特特别别别别对对对对某某某某些些些些特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线的的的的锐锐锐锐变变变变部部部部分分分分以及失常点，可能会因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。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。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。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。2)2)幅频特性扫频测量法幅频特性扫频测量法幅频特性扫频测量法幅频特性扫频测量法频频频频率率率率源源源源的的的的输输输输出出出出能能能能够够够够在在在在测测测测量量量量所所所所需需需需的的的的范范范范围围围围内内内内连连连连续续续续扫扫扫扫描描描描，因因因因此此此此可可可可以以以以连连连连续续续续测测测测出出出出各各各各频频频频率率率率点点点点上的频率特性结果并立即显示特性曲线。上的频率特性结果并立即显示特性曲线。上的频率特性结果并立即显示特性曲线。上的频率特性结果并立即显示特性曲线。优优优优点点点点：扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率连连连连续续续续变变变变化化化化，扫扫扫扫频频频频测测测测量量量量所所所所得得得得的的的的频频频频率率率率特特特特性性性性是是是是动动动动态态态态频频频频率率率率特特特特性性性性，也不会漏掉细节。也不会漏掉细节。也不会漏掉细节。也不会漏掉细节。不不不不足足足足：如如如如果果果果输输输输入入入入的的的的扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号频频频频率率率率变变变变化化化化速速速速度度度度快快快快于于于于系系系系统统统统输输输输出出出出响响响响应应应应时时时时间间间间，则则则则频频频频率率率率的的的的响响响响应应应应幅幅幅幅度度度度会会会会出出出出现现现现不不不不足足足足，扫扫扫扫频频频频测测测测量量量量所所所所得得得得幅幅幅幅度度度度小小小小于于于于点点点点频频频频测测测测量量量量的的的的幅幅幅幅度度度度；电电电电路路路路中中中中LCLCLCLC元元元元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。1.1.幅频特性测量幅频特性测量幅频特性测量幅频特性测量3)3)两种幅频特性测量法的比较两种幅频特性测量法的比较两种幅频特性测量法的比较两种幅频特性测量法的比较uu扫扫扫扫频频频频测测测测量量量量所所所所得得得得的的的的动动动动态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线峰峰峰峰值值值值低低低低于于于于点点点点频频频频测测测测量量量量所所所所得得得得的的的的静静静静态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线。扫扫扫扫频速度越快，下降越多；频速度越快，下降越多；频速度越快，下降越多；频速度越快，下降越多；uu动动动动态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线峰峰峰峰值值值值出出出出现现现现的的的的水水水水平平平平位位位位置置置置（频频频频率率率率）相相相相对对对对于于于于静静静静态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线有有有有所所所所偏偏偏偏离离离离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；uu当当当当静静静静态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线对对对对称称称称时时时时，随随随随着着着着扫扫扫扫频频频频速速速速度度度度加加加加快快快快，动动动动态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线明明明明显显显显出出出出现现现现不不不不对对对对称，并向频率变化的方向一侧倾斜；称，并向频率变化的方向一侧倾斜；称，并向频率变化的方向一侧倾斜；称，并向频率变化的方向一侧倾斜；uu动态特性曲线较平缓，其动态特性曲线较平缓，其动态特性曲线较平缓，其动态特性曲线较平缓，其3dB3dB带宽大于静态特性曲线的带宽大于静态特性曲线的带宽大于静态特性曲线的带宽大于静态特性曲线的3dB3dB带宽；带宽；带宽；带宽；uu小小小小结结结结：测测测测量量量量系系系系统统统统动动动动态态态态特特特特性性性性，必必必必须须须须用用用用扫扫扫扫频频频频法法法法；为为为为了了了了得得得得到到到到静静静静态态态态特特特特性性性性，必必必必须须须须选选选选择择择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。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。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。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。2.2.扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源(了解内容了解内容了解内容了解内容)1)1)扫频源的基本工作原理扫频源的基本工作原理扫频源的基本工作原理扫频源的基本工作原理 能能能能产产产产生生生生扫扫扫扫频频频频输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率源源源源称称称称为为为为扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号发发发发生生生生器器器器或或或或扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号源源源源，简简简简称称称称扫扫扫扫频频频频源源源源。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。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。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。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。典型的扫频源应具备下列三方面功能：典型的扫频源应具备下列三方面功能：典型的扫频源应具备下列三方面功能：典型的扫频源应具备下列三方面功能：（1 1 1 1）产生扫频信号（通常是等幅正弦波）；）产生扫频信号（通常是等幅正弦波）；）产生扫频信号（通常是等幅正弦波）；）产生扫频信号（通常是等幅正弦波）；（2 2 2 2）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；）产生同步输出的扫描信号，可以是三角波、正弦波或锯齿波等；（3 3 3 3）产产产产生生生生同同同同步步步步输输输输出出出出的的的的频频频频率率率率标标标标志志志志，可可可可以以以以是是是是等等等等频频频频率率率率间间间间隔隔隔隔的的的的通通通通用用用用频频频频标标标标、专专专专用用用用于于于于某某某某项项项项测测测测试的专用频标及活动频标。试的专用频标及活动频标。试的专用频标及活动频标。试的专用频标及活动频标。2.2.扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源(了解内容了解内容了解内容了解内容)2)2)扫频源的主要特性扫频源的主要特性扫频源的主要特性扫频源的主要特性 对扫频源通常的技术要求：对扫频源通常的技术要求：对扫频源通常的技术要求：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，在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳定，在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳定，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；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；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；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。以任意调节。以任意调节。以任意调节。有效扫频宽度：有效扫频宽度：有效扫频宽度：有效扫频宽度：f0：扫频输出中心频率：扫频输出中心频率 f1：扫频起点；：扫频起点；f2：扫频终点：扫频终点扫频线性扫频线性扫频线性扫频线性k0：压控特性：压控特性f-V曲线的斜率曲线的斜率输出振幅平稳性输出振幅平稳性输出振幅平稳性输出振幅平稳性A1：寄生调幅最大幅度：寄生调幅最大幅度 A2：寄生调幅最小幅度：寄生调幅最小幅度 2.2.扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源(了解内容了解内容了解内容了解内容)3)3)获得扫频信号的方法获得扫频信号的方法获得扫频信号的方法获得扫频信号的方法 变容二极管电调扫频：变容二极管电调扫频：变容二极管电调扫频：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、扫常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适中、扫常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适中、扫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。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。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。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。C C C CD D D D=C=C=C=C0 0 0 0/1+(v/1+(v/1+(v/1+(v/)n n n n C C C CD D D D为加上反偏电压后的结电容，为加上反偏电压后的结电容，为加上反偏电压后的结电容，为加上反偏电压后的结电容，C C C C0 0 0 0零偏电容，零偏电容，零偏电容，零偏电容，v v v v反偏电压，反偏电压，反偏电压，反偏电压，势垒电压势垒电压势垒电压势垒电压（硅管（硅管（硅管（硅管0.7V0.7V0.7V0.7V左右左右左右左右),n),n),n),n为为为为0.30.30.30.3到到到到0.5,0.5,0.5,0.5,结电容几十皮法数量级结电容几十皮法数量级结电容几十皮法数量级结电容几十皮法数量级。（加一个电子调频的例子）（加一个电子调频的例子）（加一个电子调频的例子）（加一个电子调频的例子）YIGYIGYIGYIG（钇铁石榴石）电调扫频：（钇铁石榴石）电调扫频：（钇铁石榴石）电调扫频：（钇铁石榴石）电调扫频：常用于产生常用于产生常用于产生常用于产生GHzGHzGHzGHz以上频段的信号，利用下变频以上频段的信号，利用下变频以上频段的信号，利用下变频以上频段的信号，利用下变频可实现宽带扫频。可覆盖高达可实现宽带扫频。可覆盖高达可实现宽带扫频。可覆盖高达可实现宽带扫频。可覆盖高达10101010倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定性好。性好。性好。性好。晶体谐振频率（晶体谐振频率（晶体谐振频率（晶体谐振频率（MHzMHzMHzMHz）：）：）：）：f=0.0112H0,H0f=0.0112H0,H0f=0.0112H0,H0f=0.0112H0,H0为晶体外置磁场强度。为晶体外置磁场强度。为晶体外置磁场强度。为晶体外置磁场强度。合成扫频源：合成扫频源：合成扫频源：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。如：化，输出频率准确。如：化，输出频率准确。如：化，输出频率准确。如：DDSDDSDDSDDS、PLLPLLPLLPLL 3.3.相频特性测量相频特性测量相频特性测量相频特性测量(了解内容了解内容了解内容了解内容)测测测测量量量量线线线线性性性性系系系系统统统统的的的的相相相相频频频频特特特特性性性性时时时时，常常常常以以以以被被被被测测测测电电电电路路路路输输输输入入入入端端端端的的的的信信信信号号号号作作作作为为为为参参参参考考考考信信信信号号号号，输输输输出出出出端信号作为被测信号，所测的输入端信号作为被测信号，所测的输入端信号作为被测信号，所测的输入端信号作为被测信号，所测的输入/输出相位差就是电路的相频特性点。输出相位差就是电路的相频特性点。输出相位差就是电路的相频特性点。输出相位差就是电路的相频特性点。相位测量同样可采用点频或扫频法以获得相频特性曲线相位测量同样可采用点频或扫频法以获得相频特性曲线相位测量同样可采用点频或扫频法以获得相频特性曲线相位测量同样可采用点频或扫频法以获得相频特性曲线1)1)1)1)双稳型鉴相器双稳型鉴相器双稳型鉴相器双稳型鉴相器 也称双稳型鉴相器，是模拟式相位计。采用也称双稳型鉴相器，是模拟式相位计。采用也称双稳型鉴相器，是模拟式相位计。采用也称双稳型鉴相器，是模拟式相位计。采用“过零时间法过零时间法过零时间法过零时间法”实现相位差测量，即测量两个同频信号波形的同向过零点实现相位差测量，即测量两个同频信号波形的同向过零点实现相位差测量，即测量两个同频信号波形的同向过零点实现相位差测量，即测量两个同频信号波形的同向过零点之间的时间间隔并与被测信号周期相比，从而得到相位差值。之间的时间间隔并与被测信号周期相比，从而得到相位差值。之间的时间间隔并与被测信号周期相比，从而得到相位差值。之间的时间间隔并与被测信号周期相比，从而得到相位差值。=(T/T)*360=(T/T)*360=(T/T)*360=(T/T)*3600 0 0 0=(I/Im)*360=(I/Im)*360=(I/Im)*360=(I/Im)*3600 0 0 0 QC2C1 3.3.相频特性测量相频特性测量相频特性测量相频特性测量(了解内容了解内容了解内容了解内容)2)2)数字式相位计数字式相位计数字式相位计数字式相位计 相相相相位位位位-时时时时间间间间变变变变换换换换型型型型：将将将将两两两两个个个个信信信信号号号号的的的的相相相相位位位位差差差差转转转转换换换换成成成成时时时时间间间间差差差差，再再再再用用用用计计计计数数数数器器器器测测测测量量量量该该该该时时时时间间隔；间间隔；间间隔；间间隔；瞬瞬瞬瞬时时时时值值值值型型型型数数数数字字字字相相相相位位位位计计计计属属属属于于于于相相相相位位位位-时时时时间间间间变变变变换换换换型型型型。若若计计数数门门的的计计数数值值为为N，则则相相位位差的计算式为差的计算式为:相位相位相位相位-电压变换型：电压变换型：电压变换型：电压变换型：将相位差转换成相应的电压值，用数字电压表完成测量。将相位差转换成相应的电压值，用数字电压表完成测量。将相位差转换成相应的电压值，用数字电压表完成测量。将相位差转换成相应的电压值，用数字电压表完成测量。若计数门的计数值为若计数门的计数值为N，则相位差的计算式为，则相位差的计算式为:3.3.相频特性测量相频特性测量相频特性测量相频特性测量(了解内容了解内容了解内容了解内容)3)3)矢量电压表矢量电压表矢量电压表矢量电压表 矢量电压表是一种能同时测量信号幅度和相位的测量仪器，矢量电压表是一种能同时测量信号幅度和相位的测量仪器，矢量电压表是一种能同时测量信号幅度和相位的测量仪器，矢量电压表是一种能同时测量信号幅度和相位的测量仪器，本质上属于矢量网络分析仪。本质上属于矢量网络分析仪。本质上属于矢量网络分析仪。本质上属于矢量网络分析仪。其相位差测量范围为其相位差测量范围为其相位差测量范围为其相位差测量范围为-180-180o o+180+180o o。图中预先经过图中预先经过图中预先经过图中预先经过 -6 60 0o o 、180180o o的相移是为了在零点平时的相移是为了在零点平时的相移是为了在零点平时的相移是为了在零点平时QQ与与与与/Q/Q对称，输出为对称，输出为对称，输出为对称，输出为0 0Q2Q1C2C14.2.2 网络分析的基本概念网络分析的基本概念网网络络对对实实际际物物理理电电路路和和元元件件进进行行的的数数学学抽抽象象，主主要要研究外部特性。研究外部特性。网网络络分分析析在在感感兴兴趣趣的的频频率率范范围围内内，通通过过线线性性激激励励-响应测试确定元件的幅频特性和相频特性的过程。响应测试确定元件的幅频特性和相频特性的过程。网网络络分分析析仪仪通通过过正正弦弦扫扫频频测测量量获获得得线线性性网网络络的的传传递递函数以及阻抗函数的仪器。函数以及阻抗函数的仪器。频频谱谱测测量量表表征征电电路路单单元元的的信信号号特特性性，而而网网络络测测量量表表征征电电路单元组成的系统特性。路单元组成的系统特性。