线性系统频率测试.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 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。扫频测量所得的频率特性是动态频率特性. 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。 幅频特性的扫频测量框图 10.1.2 扫频测量与扫频源 1.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。 2.扫频源的主要特性 有效扫频宽度 扫频线性 输出振幅平稳性 3.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。 4.频率标记 频率标记是扫频测量中的频率定度 。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。 5.宽频段扫频方法 差频式宽频段扫频 10.1.3 相频特性测量 测量线性系统的相频特性时，常以被测电路输入端的信号作为参考信号，输出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。 相位测量常见的有数字式相位计，高频段的矢量电压表等。 数字式相位计 瞬时值型数字相位计属于相位-时间变换型,将两个信号的相位差转换成时间差，再用计数器测量该时间间隔. 1.瞬时值型数字相位计 u1作为参考的信号在通道1中，用作计数门的启动信号。u1、u2间的相位差首先被处理成两个过零脉冲的时间间隔ΔT，其中由u1产生的过零脉冲启动主计数门，由u2产生的过零脉冲负责关闭计数门。 2.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，本质上属于矢量网络分析仪。 矢量电压表（续） 矢量电压表较多采用的相频特性测量方法是脉冲触发式。上图是一种宽频带双通道矢量电压表，其相位差测量范围为-180o~+180o。 高频信号u1、u2分别加到两个取样头变换为固定的中频信号，同时保持了高频输入原有的波形、幅度及信号间的相位关系。取样后的中频信号经过带通滤波器进行电压幅度测量，同时被整形为方波，然后进入双稳态触发型相位计中实现相位测量。 10.2 网络分析仪 10.2.1 网络分析的基本概念 10.2.2 网络分析系统 10.2.3 反射参数测量 10.2.4 传输参数测量 10.2.1 网络分析的基本概念 网络分析概述 微波网络S参数 S参数的流图表示及计算 网络分析概述 线性网络与非线性网络 线性网络（系统）：仅改变输入信号的幅度和（或）相位，不会产生新的频率信号； 非线性网络（系统）：改变输入信号的频率，或产生其他频率成分。 频谱测量表征电路单元存在的信号特性,而网络测量表征电路单元组成的系统特性.现代分析网络是以测量散射 (S参量)为基础的. 网络分析概述（续） 网络分析参数 标量反射参数： 标量传输参数： 矢量反射数： 矢量相位： 品质因数Q 微波网络S参数 微波网络常用散射参数（S参数）表示。任何网络都可用多个S参数表征其端口特性，对n端口网络需要n2个S参数。 微波网络S参数（续） 散射方程 S参数的流图表示及计算 信流图 使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其流动的方向，并用支路旁标代表支路的传递函数即信号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下： S参数的流图表示及计算（续1） 梅森（Mason）不接触环路法则 (将信流图简单、直观的表达方法与梅森法则结合,在分析网络特性时更方便) S参数具有以下优点 (1) S参数与惯常使用的增益、衰减、反射系数等物理量联系非常密切；(2) 对电路进行分析或设计时，