简易频谱分析仪和频率特性测试仪的原理

短命女 2022-06-11 09:57 276阅读 0赞

17年电赛的元器件清单下来了,基本仪器有频率特性测试仪，且13年国赛出现过，15年国赛也出现过频谱分析仪，知乎上有人猜测今年依然会出频域测量的题，这几天我就找了不少资料。了解了频谱分析仪和频率特性测试仪的原理。   
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**频谱分析仪**  
     频谱分析仪主要用来分析信号中各频率成分。主要有多滤波器并行分析式、扫频外差分析式和FFT分析式。但是电赛做简易频谱分析仪我们常用扫频法。多滤波器并行分析太依赖硬件，在做测量仪器中，硬件的难度已经很大了。FFT分析式太依赖AD采样速率，像15年的赛题，做80M~100M，如果想用FFT做就要求AD芯片的采样速率可以达到200M以上。如果想采用等效采样法需要产生待分析信号的同频率的方波，才能精准的产生等效采样的时钟信号（至少我们现在掌握的技术，刚才请教了我们队的硬件，需要特定的芯片去转换）。  
![这里写图片描述][SouthEast]  
    被测信号可能会有N个频谱分量，但利用一个**频率连续扫动**的扫频本地振荡器（扫频本振）产生的频率fL与被测信号混频，这样被测信号的第n个频谱分量总会有机会落入中频滤波器的通带中。通常令本地振荡的幅度保持不变，这时混频器的输出及经滤波后输出、显示都依次与被测信号的频谱分量的幅度成正比。检波后可在Y方向显示该频谱分量的大小。  
    图中的扫频本振的输出频率是受扫描电压发生器控制的。若线性扫频，那扫描电压的幅度及扫频发生器的输出频率呈线性变化。我们可以直接把扫描电压用来驱动显示器光点在X方向移动，并把横轴直接用被测信号谱线的频率来刻度。  
**频谱分析仪的主要技术指标**  
     **1、有效频率范围**是指在满足仪器性能指标的情况下，仪器能分析的最宽频率范围。在扫频外差式分析仪中，有效频率范围是指**滤波器能选出的信号最低频率至最高频率。**  
      **2、频率相对误差**是所有与频率相关仪器测量结果的基本保障，它对频谱仪是很重要的。  
      **3、灵敏度** 用来表征在给定的其他指标条件下，频谱仪能测量最小信号的能力。  
      **4、分析时间或扫描时间**，分析时间是指进行一次频谱分析所用的时间。对于扫频外差式分析仪分析时间实际上常指扫描或晨扫频时间，既显示器上扫描线从最左端扫到最右端所用的时间，应保证中频滤波器的动态特性不能因扫速过快而变坏。    
 **频率特性测试仪**  
    频率特性的测量有很多方法。其分类可以是正弦波点频测量，也可以是扫频测量；可以是直接法测量，也可以是比较法或称比值法测量；可以只反映幅值的增益或衰减，也可以既反映幅频特性又反映相频特性等。  
     **点频法**既是将正弦信号被调至一个个频率点进行测量。  
     **扫频法**是指采用一定方法使正弦信号的输出频率能随时间在一定范围内扫描。（个人理解和扫频外差式频谱分析仪差不多，一个是信号源经过系统，一个是和待测信号混频）  
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以上主要内容摘自《电子测量》第三版。侵删。

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