线性系统频率特性测量和网络分析

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1、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（2）线性系统的频率特性线性网络H(jω)正弦信号稳态响应H(jω)：频率响应或频率特性幅度

2、H(jω)

3、：幅频特性相位φ(ω)：相频特性（1）频域中的两个基本测量问题信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成10.1.1幅频特性测量为测量线性系统的频率特性，需要对被测电路输入激励源，此激励源的频率必须能在一定范围内调谐或选择，以获得被测系统在某一频率范围内的特性。放大器的幅频特性曲线幅频特性测量的方法有：点频法、扫频法。每次只向被测线性系统输入某一频率的激励信号，

4、测量过程中，依次改变激励源的频率，分别测出各频点处的参数，再将各点数据连成完整的曲线，从而得到频率特性测量结果。此方法是线性系统频率特性的经典测量法。缺点：所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化；测量频点的选择对测量结果有很大影响，特别对某些特性曲线的锐变部分以及失常点，可能会因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。点频测量法f0K(f)f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，并立即显示特性曲线。优点：扫频信号的频率连续变化，扫频测量所得的频率特性是动态频率特性，也不会漏掉细节。缺点：如果输入的扫频信号频率

5、变化速度快于系统输出响应时间，则频率的响应幅度会出现不足，扫频测量所得幅度会小于点频测量的幅度；电路中LC元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。两种幅频特性测量法的比较扫频法测量所得的动态特性曲线峰值低于点频测量所得的静态特性曲线。扫频速度越快，下降越多；动态特性曲线峰值出现的水平位置（频率）相对于静态特性曲线有所偏离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；同一线性系统使用点频法和扫频法获得的幅频特性曲线I为点频法；II、III为扫频法，且III的扫速较快。当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化方向的

6、一侧倾斜；动态特性曲线较平缓，其3dB带宽大于静态特性曲线的3dB带宽；同一线性系统使用点频法和扫频法获得的幅频特性曲线I为点频法；II、III为扫频法，且III的扫速较快。小结：测量系统动态特性时，必须用扫频法；测量系统静态特性时，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。10.1.2扫频测量与扫频源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。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

7、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。扫频信号源的组成扫频振荡器：输出扫频信号，频率范围f1~f2；扫描信号发生器：产生扫描锯齿波，控制输出频率线性变化；混频器：对扫描区间进行搬移；取样检波器：监测扫频输出信号的幅度；稳幅放大器：输出信号的自动稳幅控制（ALC）。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

8、越好，并可以任意调节。对扫频源的一般技术要求扫频源的主要特性指标f0：扫频输出中心频率；f1：扫频起点；f2：扫频终点k0：压控特性f-V曲线的斜率A1：寄生调幅最大幅度A2：寄生调幅最小幅度有效扫频宽度：扫频线性和振幅平稳性均符合要求的最大频率覆盖范围，一般用相对值表示：扫频线性：扫频振荡器的压控特性曲线的非线性（线性）程度，可用线性系数表示。输出振幅平稳性：通常用扫频信号的寄生调幅表示。越大越好越接近于1越好越小越好获得扫频信号的方法变容二极管电调扫频变容二极管的PN结电容随外加偏置电压变化而变化。在振荡电路中，通过改变PN结偏置电压，进而改变其电容，最终改变振

9、荡频率。此法常见于射频至微波段。优点：实现简单、输出功率适中、扫频速度较快；缺点：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YIG具有铁磁谐振特性。在直流磁场作用下，产生谐振。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。合成扫频源同时具有扫频源和合成信号源特性的信号源。通常有2中实现方式：DDS和PLL。输出一定频率间隔的频点，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。频率标记为了在扫频源显示器的水平轴上有准确的频率读数，