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1、电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第10 10章章 线性系统频率特性测量和网络分析线性系统频率特性测量和网络分析 q 10.1 线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量q 10.2 网络分析仪网络分析仪电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页10.1 线性系统频率特性测量线性系统频率特性测量u10.1.1 幅频特性测量幅频特性测量u10.1.2 扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源u10.1.3 相频特性测量相频特性测量电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页引引 言言u什么是线性系统的频率特性？什么是线性系统的频率特性？什么是线性系统的频率特性？
2、什么是线性系统的频率特性？线性网络线性网络正弦信号正弦信号稳态响应稳态响应H(j)：频率响应频率响应 或频率特性或频率特性幅度幅度|H(j)|：幅频特性幅频特性相位相位()：相频特性相频特性u频域中的两个基本测量问题频域中的两个基本测量问题频域中的两个基本测量问题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线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页10.1.1 幅频特性测量幅频特性测量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
3、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的的的曲线，从而得
4、到频率特性测量结果。曲线，从而得到频率特性测量结果。曲线，从而得到频率特性测量结果。曲线，从而得到频率特性测量结果。所所所所得得得得频频频频率率率率特特特特性性性性是是是是静静静静态态态态的的的的，无无无无法法法法反反反反映映映映信信信信号号号号的的的的连连连连续续续续变化；变化；变化；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以以以及及及及失失失失常常常常点点点点，可可可可能能能
5、能会会会会因因因因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页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上上上的的的的频频频频率率率率特特特特性性性性结结结结果果果果并立即显
6、示特性曲线。并立即显示特性曲线。并立即显示特性曲线。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频率特性是的频率特性是的频率特性是的频率特性是动态动态动态动态频率特性，也不会漏掉细节。频率特性，也不会漏掉细节。频率特性，也不会漏掉细节。频率特性，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
7、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LCLC元元元元件件件件的的的的惰惰惰惰性性性性会会会会使使使使幅幅幅幅度度度度峰峰峰峰值值值值有有有有所所所所偏偏偏偏差差差差，因因因因此此此此会会会会产产产产生频率偏离。生频率偏离。生频率偏离。生频率偏离。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页两种幅频特性测量法的比较两种幅频特性测量法的比较u扫
8、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。扫扫扫扫频频频频速速速速度度度度越越越越快快快快，下下下下降降降降越多；越多；越多；越多；u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，并并并并向向向向频频频
9、频率率率率变变变变化化化化的的的的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；方向移动。扫频速度越快，偏离越大；方向移动。扫频速度越快，偏离越大；方向移动。扫频速度越快，偏离越大；电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7页u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称称称，并并并并向向向向频频频频率率率率变变变变化化化化的的的的方方方方向一侧倾斜；向一侧倾斜；向一侧倾斜；向一侧倾斜；u动动动
10、动态态态态特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线较较较较平平平平缓缓缓缓，其其其其3 3dBdB带带带带宽宽宽宽大大大大于于于于静静静静态态态态特特特特性性性性曲线的曲线的曲线的曲线的3 3dBdB带宽；带宽；带宽；带宽；u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极极极慢慢慢慢的的的的扫扫扫扫频频频频速速速速度度度度以以以以得得得得到到到到近似的静态特性曲线，或采用点频法。近似的静态特性曲线，或采用点频法。近
11、似的静态特性曲线，或采用点频法。近似的静态特性曲线，或采用点频法。两种幅频特性测量法的比较（续）两种幅频特性测量法的比较（续）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页10.1.2 扫频测量与扫频源扫频测量与扫频源基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理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频率标记频率标记频率标记频率标记宽频段扫频方法宽频段扫频方法宽频段扫频方法宽频段扫频方法电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页扫频源的基本工作原理扫频源的基本工作原理 能能能
12、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。它它它它既既既既可可可可作作作作为为为为独独独独立立立立的的的的测测测测量量量量用用用用信信信信号号号号发发发发生生生生器器器器，又又又又可可可可作作作作为为为为频频频频率率率率特特特特性性性性测测测测量量量量类类类类仪仪仪仪器器器器的的的的前端。前端。前端。前端。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页 典型的扫频源应
13、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：产生产生产生产生扫频信号扫频信号扫频信号扫频信号（通常是等幅正弦波）；（通常是等幅正弦波）；（通常是等幅正弦波）；（通常是等幅正弦波）；产生同步输出的产生同步输出的产生同步输出的产生同步输出的扫描信号扫描信号扫描信号扫描信号，可以是三角波、正，可以是三角波、正，可以是三角波、正，可以是三角波、正弦波或锯齿波等；弦波或锯齿波等；弦波或锯齿波等；弦波或锯齿波等；产生同步输出的产生同步输出的产生同步输出的产生同步输出的频率标志频率标志频率标志频率标志，可以是等频率间隔，可以是等频
14、率间隔，可以是等频率间隔，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的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频标。动频标。动频标。动频标。扫频源的基本工作原理（续）扫频源的基本工作原理（续）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页扫频源的主要特性扫频源的主要特性 对扫频源通常的对扫频源通常的对扫频源通常的对扫频源通常的技术要求技术要求技术要求技术要求：在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳在预定频带内有
15、足够大的输出功率，且幅度稳定，以获得最大的动态范围；定，以获得最大的动态范围；定，以获得最大的动态范围；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，以便调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便确定频带宽度和点频输出；确定频带宽度和点频输出；确定频带宽度和点频输出；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为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和谐波均应很小；谐波均应很小；谐波均应很小；谐波均应很小
16、；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；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。频率偏移的范围越宽越好，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。频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页 有效扫频宽度有效扫频宽度有效扫频宽度有效扫频宽度扫频线性扫频线性扫频线性扫频线性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扫频源的主要特性（续）扫频源的主要特性（续）f0：扫频输出中心频率扫频输出中
17、心频率f1：扫频起点；扫频起点；f2：扫频终点扫频终点k0：压控特性压控特性f-V曲线的斜率曲线的斜率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电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第13页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、输出功率适常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适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，在宽带扫频时线中、扫频速度较快；扫频宽度小，在宽带扫频时线中、扫频
18、速度较快；扫频宽度小，在宽带扫频时线中、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。性差，需额外进行扫频线性补偿。性差，需额外进行扫频线性补偿。性差，需额外进行扫频线性补偿。YIGYIG（钇铁石榴石钇铁石榴石钇铁石榴石钇铁石榴石）电调扫频电调扫频电调扫频电调扫频 常用于产生常用于产生常用于产生常用于产生GHzGHz以上以上以上以上频段的信号，利用下变频频段的信号，利用下变频频段的信号，利用下变频频段的信号，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1010倍频程的频率范围，倍频程的频率范围，倍频程
19、的频率范围，倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定性好。扫频线性好、损耗低、稳定性好。扫频线性好、损耗低、稳定性好。扫频线性好、损耗低、稳定性好。合成扫频源合成扫频源合成扫频源合成扫频源 实实实实际际际际上上上上是是是是一一一一种种种种自自自自动动动动跳跳跳跳频频频频的的的的连连连连续续续续波波波波工工工工作作作作方方方方式式式式，频频频频率不完全连续变化，输出频率准确。率不完全连续变化，输出频率准确。率不完全连续变化，输出频率准确。率不完全连续变化，输出频率准确。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页频率标记频率标记 频频频频率率率率标标标标记记记记是是是是扫扫扫扫频频
20、频频测测测测量量量量中中中中的的的的频频频频率率率率定定定定度度度度 。产产产产生生生生频频频频标标标标的的的的基基基基本本本本方方方方法法法法是是是是差差差差频频频频法法法法，利利利利用用用用差差差差频频频频方方方方式式式式可可可可产产产产生生生生一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个频频频频标标标标，频频频频标标标标的的的的数数数数目目目目取取取取决决决决于于于于和和和和扫扫扫扫频频频频信信信信号号号号混混混混频频频频的的的的基基基基准准准准频频频频率的成分。率的成分。率的成分。率的成分。所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高所用的频率基准的频率稳定
21、度和准确度较高所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高 频标幅度应基本一致、显示整齐频标幅度应基本一致、显示整齐频标幅度应基本一致、显示整齐频标幅度应基本一致、显示整齐 不包含杂频和泄漏进来的扫频信号不包含杂频和泄漏进来的扫频信号不包含杂频和泄漏进来的扫频信号不包含杂频和泄漏进来的扫频信号 多种频标形式以满足不同的显示和测量需要多种频标形式以满足不同的显示和测量需要多种频标形式以满足不同的显示和测量需要多种频标形式以满足不同的显示和测量需要 电路时延尽可能小以减小频率定度误差电路时延尽可能小以减小频率定度误差电路时延尽可能小以减小频率定度误差电路时延尽可能小以减小频率定度误差电子测量原理电子测量
22、原理电子测量原理电子测量原理第15页频率标记（续频率标记（续）菱形菱形菱形菱形频标频标频标频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。脉冲，再和扫频信号混频。脉冲，再和扫频信号混频。脉冲，再和扫频信
23、号混频。脉冲脉冲脉冲脉冲频标频标频标频标 由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。宽度
24、较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。线形线形线形线形频标频标频标频标 状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的频标形式。频标形式。频标形式。频标形式。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页宽频段扫频方法宽频段扫频方法u差频式宽频段扫频差频式宽频段扫频差频式宽频段扫频差频式宽频段扫频 定定 频频振荡器振荡器扫频本振扫频本振低通低通滤波滤波宽带宽带放大放大宽带宽带输出输出 将将固固定定频频率率的的振振荡荡器器与与作作
25、为为本本振振信信号号的的扫扫频频振振荡荡源源在在混混频频器器上上取取差差频频。只只要要使使定定频频振振荡荡器器的的输输出出电电平平远远小小于于扫扫频频本本振振的的电电平平，则则差差频频信信号号的的幅幅度度便便由由定定频频振振荡荡器器的的幅幅度度决决定定，扫扫频频过过程程中中差差频频幅幅度度可可基本保持不变。基本保持不变。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17页宽频段扫频方法（续宽频段扫频方法（续1）u全基波多频段联合式扫频全基波多频段联合式扫频全基波多频段联合式扫频全基波多频段联合式扫频 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第18页全基波多频段联合式扫频全基波多频段
26、联合式扫频 将频段相衔接的几个单频段基波扫频振荡器组件将频段相衔接的几个单频段基波扫频振荡器组件将频段相衔接的几个单频段基波扫频振荡器组件将频段相衔接的几个单频段基波扫频振荡器组件封装起来，用逻辑电路控制微波开关，因此可以任意封装起来，用逻辑电路控制微波开关，因此可以任意封装起来，用逻辑电路控制微波开关，因此可以任意封装起来，用逻辑电路控制微波开关，因此可以任意选用某个频段的振荡器输出，也可使几个振荡器依次选用某个频段的振荡器输出，也可使几个振荡器依次选用某个频段的振荡器输出，也可使几个振荡器依次选用某个频段的振荡器输出，也可使几个振荡器依次产生连续的输出频率，实现宽频带扫频。产生连续的输出频
27、率，实现宽频带扫频。产生连续的输出频率，实现宽频带扫频。产生连续的输出频率，实现宽频带扫频。在在在在上上上上图图图图所所所所示示示示的的的的宽宽宽宽频频频频带带带带扫扫扫扫频频频频方方方方案案案案中中中中，多多多多个个个个输输输输出出出出频频频频率率率率相相相相接接接接的的的的YIGYIG调调调调谐谐谐谐基基基基波波波波扫扫扫扫频频频频源源源源结结结结合合合合在在在在一一一一起起起起，由由由由控控控控制制制制信信信信号号号号通通通通过过过过PINPIN开开开开关关关关进进进进行行行行选选选选择择择择、组组组组合合合合，按按按按需需需需提提提提供供供供单单单单频频频频段段段段或或或或多多多多频频
28、频频段段段段联联联联合合合合的的的的扫扫扫扫频频频频输输输输出出出出。两两两两个个个个定定定定向向向向耦耦耦耦合合合合器器器器与与与与两两两两个个个个检检检检波波波波器器器器的组合用于对高、低频段稳幅信号取样。的组合用于对高、低频段稳幅信号取样。的组合用于对高、低频段稳幅信号取样。的组合用于对高、低频段稳幅信号取样。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第19页宽频段扫频方法（续宽频段扫频方法（续2）u多倍频程宽带扫频多倍频程宽带扫频多倍频程宽带扫频多倍频程宽带扫频 以以以以较较较较宽宽宽宽频频频频带带带带的的的的基基基基波波波波扫扫扫扫频频频频振振振振荡荡荡荡器器器器为为为为基基基
29、基础础础础，除除除除了了了了直直直直接接接接输输输输出出出出这这这这个个个个低低低低频频频频段段段段信信信信号号号号外外外外，还还还还可可可可将将将将它它它它加加加加到到到到可可可可选选选选倍倍倍倍率率率率n n的的的的倍倍倍倍频频频频器器器器中中中中以以以以产产产产生生生生若若若若干干干干个个个个较较较较高高高高频频频频段段段段。基基基基波波波波回回回回路路路路与与与与倍倍倍倍频器是同时调谐的。频器是同时调谐的。频器是同时调谐的。频器是同时调谐的。这这这这种种种种倍倍倍倍频频频频式式式式（谐谐谐谐波波波波式式式式）宽宽宽宽带带带带扫扫扫扫频频频频源源源源较较较较全全全全基基基基波波波波式式式
30、式构构构构造造造造简简简简单单单单，但但但但在在在在高高高高频频频频段段段段输输输输出出出出时时时时可可可可能能能能夹夹夹夹杂杂杂杂来来来来自自自自低低低低频频频频段段段段的的的的部部部部分分分分谐谐谐谐波波波波频频频频率率率率寄寄寄寄生生生生信信信信号号号号；另另另另外外外外，倍倍倍倍频频频频之之之之后后后后的的的的信信信信号号号号寄生调频及噪声也随之倍增。寄生调频及噪声也随之倍增。寄生调频及噪声也随之倍增。寄生调频及噪声也随之倍增。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第20页10.1.3 相频特性测量相频特性测量 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
31、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端端端信信信信号号号号作作作作为为为为被被被被测测测测信信信信号号号号，所所所所测测测测的的的的输输输输入入入入/输输输输出出出出相相相相位位位位差差差差就就就就是是是是电电电电路路路路的的的的相相相相频频频频特特特特性点。性点。性点。性点。相相相相位位位位测测测测量量量量同同同同样样样样可可可可采采采采用用用用点点点点频频频频或或或或扫扫扫扫频频频频法法法法以以以以获获获获得得得得相相相相频频频频
32、特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线：扫扫扫扫频频频频法法法法所所所所得得得得的的的的相相相相频频频频特特特特性性性性主主主主要要要要是是是是被被被被测测测测网网网网络络络络的的的的相相相相位位位位和和和和时时时时延延延延特特特特性性性性的的的的动动动动态态态态测测测测量量量量；本本本本节节节节主主主主要要要要讨讨讨讨论论论论对对对对单单单单频频频频点点点点上上上上的的的的网网网网络络络络时时时时延延延延特特特特性性性性和和和和相相相相位位位位差差差差进进进进行行行行点点点点频频频频测测测测量量量量，以以以以及及及及用用用用于于于于点点点点频频频频测测测测量量量量的的的的相相相相频频频频特特特特性
33、性性性测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器，常常常常见见见见的的的的有有有有如如如如低低低低频频频频段段段段的的的的模模模模拟拟拟拟式式式式相相相相位位位位计计计计、数数数数字字字字式式式式相相相相位位位位计计计计，高频段的矢量电压表等。高频段的矢量电压表等。高频段的矢量电压表等。高频段的矢量电压表等。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第21页双稳型鉴相器双稳型鉴相器 也也也也称称称称双双双双稳稳稳稳型型型型鉴鉴鉴鉴相相相相器器器器，是是是是模模模模拟拟拟拟式式式式相相相相位位位位计计计计。采采采采用用用用“过过过过零零零零时时时时间间间间法法法法”实实实实现现现现相相相相位位位位差
34、差差差测测测测量量量量，即即即即测测测测量量量量两两两两个个个个同同同同频频频频信信信信号号号号波波波波形形形形的的的的同同同同向向向向过过过过零零零零点点点点之之之之间间间间的的的的时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔并并并并与与与与被被被被测测测测信信信信号号号号周周周周期期期期相相相相比，从而得到相位差值。比，从而得到相位差值。比，从而得到相位差值。比，从而得到相位差值。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第22页数字式相位计数字式相位计 有有有有两两两两种种种种：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
35、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间间间间间间隔隔隔隔；相相相相位位位位-电电电电压压压压变变变变换换换换型型型型将将将将相相相相位位位位差差差差转转转转换换换换成成成成相相相相应应应应的的的的电电电电压压压压值值值值，然然然然后后后后用用用用数字电压表完成测量。数字电压表完成测量。数字电压表完成测量。数字电压表完成测量。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。由由由由于于于于被被被
36、被测测测测信信信信号号号号在在在在传传传传输输输输过过过过程程程程中中中中的的的的干干干干扰扰扰扰会会会会直直直直接接接接影影影影响响响响计计计计数数数数门门门门的的的的开开开开启启启启和和和和关关关关闭闭闭闭时时时时间间间间，因因因因此此此此瞬瞬瞬瞬时时时时值值值值型型型型相相相相位位位位计计计计的的的的测测测测量量量量结结结结果果果果较较较较不不不不稳稳稳稳定定定定。可可可可以以以以采采采采用用用用多多多多次次次次测测测测量量量量求求求求平平平平均均均均的的的的办办办办法法法法以以以以提提提提高测量精度。高测量精度。高测量精度。高测量精度。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第
37、23页瞬时值型数字相位计瞬时值型数字相位计 u u1 1作作作作为为为为参参参参考考考考的的的的信信信信号号号号在在在在通通通通道道道道1 1中中中中，用用用用作作作作计计计计数数数数门门门门的的的的启启启启动动动动信信信信号号号号。u u1 1、u u2 2间间间间的的的的相相相相位位位位差差差差首首首首先先先先被被被被处处处处理理理理成成成成两两两两个个个个过过过过零零零零脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔 T T，其其其其中中中中由由由由u u1 1产产产产生生生生的的的的过过过过零零零零脉脉脉脉冲冲冲冲启启启启动动动动主主主主计计计计数数数数门门门门，由由由由u
38、u2 2产产产产生生生生的的的的过过过过零零零零脉脉脉脉冲负责关闭计数门。冲负责关闭计数门。冲负责关闭计数门。冲负责关闭计数门。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:电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第24页矢量电压表矢量电压表 矢矢矢矢量量量量电电电电压压压压表表表表是是是是一一一一种种种种能能能能同同同同时时时时测测测测量量量量信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度和和和和相相相相位位位位的的的的测量仪器，本质上属于矢量网络分析仪。测量仪器，本质上属于矢量网络分析仪。测量仪器，本质上属于矢量网络分析仪。测量仪器，本质上属于矢量网络分析仪。电子
39、测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第25页矢量电压表（续）矢量电压表（续）矢矢矢矢量量量量电电电电压压压压表表表表较较较较多多多多采采采采用用用用的的的的相相相相频频频频特特特特性性性性测测测测量量量量方方方方法法法法是是是是脉脉脉脉冲冲冲冲触触触触发发发发式式式式。上上上上图图图图是是是是一一一一种种种种宽宽宽宽频频频频带带带带双双双双通通通通道道道道矢矢矢矢量量量量电电电电压压压压表表表表，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。高高高高频频频频信信信信号号号号u u1 1、u u2 2分分分分别别别别
40、加加加加到到到到两两两两个个个个取取取取样样样样头头头头变变变变换换换换为为为为固固固固定定定定的的的的中中中中频频频频信信信信号号号号，同同同同时时时时保保保保持持持持了了了了高高高高频频频频输输输输入入入入原原原原有有有有的的的的波波波波形形形形、幅幅幅幅度度度度及及及及信信信信号号号号间间间间的的的的相相相相位位位位关关关关系系系系。取取取取样样样样后后后后的的的的中中中中频频频频信信信信号号号号经经经经过过过过带带带带通通通通滤滤滤滤波波波波器器器器进进进进行行行行电电电电压压压压幅幅幅幅度度度度测测测测量量量量，同同同同时时时时被被被被整整整整形形形形为为为为方方方方波波波波，然然然
41、然后后后后进进进进入入入入双双双双稳稳稳稳态态态态触触触触发发发发型型型型相相相相位位位位计计计计中中中中实实实实现现现现相相相相位位位位测测测测量量量量。固固固固定定定定的的的的中中中中频频频频信信信信号号号号单单单单独独独独输输输输出出出出还还还还可可可可用用用用于于于于调调调调幅幅幅幅度度度度及及及及波波波波形形形形失失失失真真真真等参数的测量。等参数的测量。等参数的测量。等参数的测量。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第26页10.2 网络分析仪网络分析仪u10.2.1 10.2.1 网络分析的基本概念网络分析的基本概念网络分析的基本概念网络分析的基本概念u10.2.2
42、10.2.2 网络分析系统网络分析系统网络分析系统网络分析系统u10.2.3 10.2.3 反射参数测量反射参数测量反射参数测量反射参数测量u10.2.4 10.2.4 传输参数测量传输参数测量传输参数测量传输参数测量u10.2.5 10.2.5 S S参数的全面测量及误差修正参数的全面测量及误差修正参数的全面测量及误差修正参数的全面测量及误差修正电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第27页10.2.1 网络分析的基本概念网络分析的基本概念网络分析概述网络分析概述网络分析概述网络分析概述微波网络微波网络微波网络微波网络S S参数参数参数参数S S参数的流图表示及计算参数的流图表示及
43、计算参数的流图表示及计算参数的流图表示及计算q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，主要研究外部特性。主要研究外部特性。q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-响响应应测测试试确确定定元元件件的的幅幅频频特特性性和和相相频频特特性性的的过程。过程。q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传递函数以及阻抗函数的仪器。的传递函数以及阻抗函数的仪器。q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电路单元组成的系统特性。征电路单元组成
44、的系统特性。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第28页网络分析概述网络分析概述u线性网络与非线性网络线性网络与非线性网络线线线线性性性性网网网网络络络络（系系系系统统统统）：仅仅仅仅改改改改变变变变输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的幅幅幅幅度度度度和和和和（或）相位，不会产生新的频率信号；（或）相位，不会产生新的频率信号；（或）相位，不会产生新的频率信号；（或）相位，不会产生新的频率信号；非非非非线线线线性性性性网网网网络络络络（系系系系统统统统）：改改改改变变变变输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率，或产生其他频率成分。或产生其他频率成分。或产生其他频
45、率成分。或产生其他频率成分。网网网网络络络络分分分分析析析析总总总总是是是是假假假假定定定定被被被被分分分分析析析析网网网网络络络络是是是是线线线线性性性性的的的的，因因因因而而而而可可可可以以以以基基基基于于于于正正正正弦弦弦弦扫扫扫扫频频频频法法法法进进进进行行行行频频频频率率率率特特特特性性性性的的的的定定定定量量量量分分分分析析析析。非非非非线性网络通常使用频谱仪进行测量。线性网络通常使用频谱仪进行测量。线性网络通常使用频谱仪进行测量。线性网络通常使用频谱仪进行测量。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第29页网络分析概述（续）网络分析概述（续）u网络分析参数网络分析参数网
46、络分析参数网络分析参数标量反射参数：标量反射参数：标量反射参数：标量反射参数：标量传输参数：标量传输参数：标量传输参数：标量传输参数：矢量反射参数：矢量反射参数：矢量反射参数：矢量反射参数：矢量网络参数：矢量网络参数：矢量网络参数：矢量网络参数：矢量相位：矢量相位：矢量相位：矢量相位：品质因数品质因数品质因数品质因数QQ电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第30页微波网络微波网络S参数参数 微微微微波波波波网网网网络络络络常常常常用用用用散散散散射射射射参参参参数数数数（S S参参参参数数数数）表表表表示示示示。任任任任何何何何网网网网络络络络都都都都可可可可用用用用多多多多个个个
47、个S S参参参参数数数数表表表表征征征征其其其其端端端端口口口口特特特特性性性性，对对对对n n端端端端口口口口网网网网络络络络需要需要需要需要n n2 2个个个个S S参数。参数。参数。参数。S10、S21、S12、S22：表表示示双双端端口口网网络络的的四四个个S参数，即散射参量。参数，即散射参量。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第31页微波网络微波网络S参数（续）参数（续）u散射方程散射方程散射方程散射方程u S S参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义b1、b2:端口端口1、2上的所有出射波上的所有出射波 a1、a2:端口端口1、2上的入射波上的入射波
48、 S10:端口端口2匹配时端口匹配时端口1的反射系数的反射系数S21:端口端口2匹配时的正向传输系数匹配时的正向传输系数S22:端口端口1匹配时端口匹配时端口2的反射系数的反射系数S12:端口端口1匹配时的反向传输系数匹配时的反向传输系数电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第32页S参数的流图表示及计算参数的流图表示及计算u 信流图信流图信流图信流图 使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其使用节点代表信号，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流动的方向，并用支路
49、旁标代表支路的传递函数即信流动的方向，并用支路旁标代表支路的传递函数即信流动的方向，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：号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下：号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下：号大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下：电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第33页S参数的流图表示及计算（续参数的流图表示及计算（续1）u梅森（梅森（梅森（梅森（MasonMason）不接触环路法则不接触环路法则不接触环路法则不接触环路法则T：信流图所代表的网络的增益或传输函数信流图所代表的网络的增益或传输函数Tk：第：第
50、k条路径上所有支路系数的乘积条路径上所有支路系数的乘积：信信流流图图行行列列式式，即即信信流流图图所所代代表表的的网网络络的的联联立立方方程组的行列式程组的行列式k：与第与第k条开路不接触的子信流图的行列式条开路不接触的子信流图的行列式 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第34页S参数的流图表示及计算（续参数的流图表示及计算（续2）uu 信流图计算举例信流图计算举例信流图计算举例信流图计算举例 在双端口网络的端口在双端口网络的端口在双端口网络的端口在双端口网络的端口2 2上终接一个反射系数为上终接一个反射系数为上终接一个反射系数为上终接一个反射系数为 L L的负载：的负载：的负载