扫频测试的原理及应用

频率特性是电子部件、电路或系统设备的一项重要术指标。测量电子部件、电路或系统设备的频率特性对于研究、分析电路，对电路采取改进措施以及检修电路的故障等具有重要意义。

扫频仪也称为频率特性测试仪，是运用扫频技术对被测网络进行快速的动态测试，得出被测网络的频率响应传输特性的实时测量结果的电量测试仪器。

传统的模拟式扫频仪一般由调频振荡器、阴极示波管、扫描发生器等部分组成，因而工艺复杂、体积较大、价格昂贵，而且使用起来操作程序复杂。模拟式扫频仪不能直接得到相频特性，更不能打印网络频率响应曲线，给使用者带来了诸多不便。智能控件化虚拟式扫频仪不仅弥补了硬件化仪器的这些固有缺陷，还增添了模拟式扫频仪所没有的功能，能够满足基本电子、电路频率特性检测的需求。

频率特性测试方法分为点频测量法和扫频测量法。

点频测量法测试时，信号源的频率为某一特定值，幅值保持不变，同时分别记录输入和输出的幅值（或相位差），从而完成一次点频测量，然后将信号源的频率调为另一个数值继续进行上述操作，直至获得足够的数据点，最后把信号频率的变化值定为横坐标，以幅值比（或相位差）定为纵坐标，逐点画出各频率点对应的幅值比（或相位差），便可以描绘出平滑曲线，即得到被测系统的幅频特性曲线（或相频特性曲线）。

扫频测量法是点频测量法的改进，将信号源的频率由低至高逐点连续调节，对每一频率信号激励下的系统进行一次点频测量，获取每一频率下的幅值比（或相位差），最后逐点画出每一频率对应的幅值比（或相位差），便可得到被测系统的幅频特性曲线（或相频特性曲线）。

智能控件化扫频仪测试系统频响特性的方法是扫频测量法。与点频测量法相比，它一方面改进了测试信号源的输出，用数据采集卡的异步双缓存连续模拟输出法，把逐点调节频率输出改为逐点扫动频率连续模拟输出；另一方面改进了输出和输入信号的接收，用数据采集卡的异步双缓存连续同步模拟输入法采集系统的激励和响应信号，保证了相位差的准确性；另外，还改进了系统频响特性曲线的显示，可用示波屏直观地显示幅频特性曲线（或相频特性曲线）在直角坐标（或对数坐标）下的曲线，并提供了多种便于观测的操作。

由扫频测量法的原理可以知道：点频测量法是扫频测量法的基础。因此，智能控件化扫频仪的测试算法实际上是计算每一频率信号激励下系统频响特性的叠加。

智能控件化扫频仪的系统测试结构如图14-43所示。

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图14-43 智能控件化扫频仪的系统测试结构

如果测试系统受到外界干扰，如图14-43所示，n₁（t）为输入噪声，n₂（t）为加入系统中间环节的噪声，n₃（t）为加在输出端的噪声。显然该系统的输出y（t）将为

y（t）=x′（t）+n′₁（t）+n′₂（t）+n₃（t）

式中，x′（t）、n′₁（t）和n′₂（t）分别为系统对x（t）、n₁（t）和n₂（t）的响应。

输入x（t）与输出y（t）的互相关函数为

R_xy（τ）=R′_xx（τ）+R′_xn1（τ）+R′_xn2（τ）+R_xn3（τ）

由于输入x（t）和噪声n₁（t）、n₂（t）、n₃（t）是独立无关的，则互相关函数R′_xn1（τ）、R′_xn2（τ）和R_xn3（τ）均为零，所以R_xy（τ）=R′_xx（τ），故S_xy（f）=S′_xx（f）=H（f）S_x（f）。由此可见，利用互谱进行分析将可排除噪声的影响。

系统的频率特性函数为