扫频测量信号源的选取与应用

1.扫频信号源的主要工作特性

频率按一定规律，在一定范围内反复扫动的正弦信号，称为扫频信号。其本质是调频信号，只是通常所说的扫频信号的瞬时频率范围（即最大频率覆盖范围），比调频信号的瞬时频率范围大许多。

扫频信号的波形如图5-4（a）所示。描述扫频信号时，常用以下3个参数。

（1）扫频宽度Bw：指一次扫频所达到的最大频率覆盖范围。

式中，fm、fn为一次扫频中最高瞬时频率和最低瞬时频率。

（2）中心频率fo：指一次扫频的平均频率。

（3）频偏Δf：指一次扫频最大频率覆盖范围的一半。

对扫频信号的基本要求如下。

①具有足够宽的扫频范围（即扫频宽度应大于被测带宽）。

②很高的振幅平稳性（即振幅应当恒定不变，以保证uo／ui正比于uo）。

③良好的扫频线性（以获得预定的扫频规律）。

衡量扫频信号源的性能优劣，主要用以下几个参数来表示：扫频宽度、寄生调幅、线性系数。

扫频宽度由预定要求的测量范围而定。例如，BT3C型扫频测量仪的扫频宽度大于30 MHz，一般说明书上用最大频偏Δf≥±15 MHz来表示。这个指标表明，BT3C型扫频测量仪可用来测量带宽在30 MHz以下的电路的幅频曲线。

寄生调幅是用来表示振幅的平稳性。如图5-4（b）所示，寄生调幅系数为

线性系数用来表示扫频振荡器的压控特性的非线性程度。如图5-4（c）所示，线性系数为

式中，Km、Kn为压控特性f-u曲线的最大斜率和最小斜率。

由扫频测量法原理知，扫频信号的振幅必须保持恒定不变，因此，寄生调幅系数应当越小越好。而线性系数越接近1，则扫频线性越好。

2.扫频信号的产生方法(www.zuozong.com)

产生扫频信号的方法很多，目前广泛采用变容二极管扫频。图5-5是BT3C型的扫频振荡器的电路原理图和等效电路。

由图5-5可见，这是一个电容三点式振荡电路，其振荡频率主要由电感L及变容二极管的等效结电容Cj决定。而变容二极管的结电容与所加偏压有以下近似关系：

图5-4　扫频信号、寄生调幅与压控特性

（a）扫频信号；（b）寄生调幅；（c）压控特性

式中，Cjo为零偏压时变容二极管的结电容；ur为变容二极管所加偏压；m为电容指数，为获得线性扫频，常取m＝2。

则当取电容指数m＝2时，扫频振荡器的振荡频率为

由上式可见，振荡频率与变容二极管所加偏压成正比。而偏压ur就是扫频振荡器的调制电压，即扫描电压us。因此，当锯齿波电压（即us）加到变容二极管上后，振荡器的频率将随us电压的变化而连续变化，于是产生扫频信号。

从式（5-7）可知，在其他条件不变的情况下，扫频信号的最高瞬时频率fm和最低瞬时频率fn，由偏压变化的最大值和最小值而定。因而两者之差（fm-fn）由偏压变化的范围控制。这就是说，调节调制电压ur的幅度，就改变了扫频宽度。这是扫频仪中，扫频宽度的调节原理。

图5-5　BT3C型扫频振荡器

（a）原理电路；（b）等效电路

3.获得宽频率覆盖的方法

通常把一个波段信号的最高频率fH与最低频率fL之比（fH／fL）称为波段的频率覆盖系数。但在振荡器中，覆盖系数（fH／fL）是受到限制的。这是因为一般振荡器采用LC作为振荡回路，而且采用调节电容（即C用可变电容）的方法来改变频率；于是可变电容的最大容量Cm与最小容量Cn之比和覆盖系数有以下关系：

由上式可见，若fH／fL＝2，则要求Cm／Cn＝4；若fH／fL＝3，则要求Cm／Cn＝9。由于可变电容的容量比（Cm／Cn）无法做得很大，所以覆盖系数通常在3以下。

扫频仪的工作频率范围是很宽的，这里是指中心频率的可调范围。例如BT3C型扫频仪的中心频率在1～300 MHz连续可调，其覆盖系数达到300。显然一般振荡器是无法实现的，通常需采用外差式电路来实现。

图5-6所示，扫频振荡器输出一高频的扫频信号，设中心频率为fo；可调固频振荡器的频率可以手动调节，调节范围fH～fL。当固频振荡器的频率在fH～fL间变化时，输出扫频信号的中心频率将在（fo-fH）～（fo-fL）之间变化。适当选择fH、fL及fo，就可以获得所需的宽频率覆盖。例如，选fH＝199 MHz，fL＝100 MHz，fo＝200 MHz，则扫频信号的中心频率变化范围是1～100 MHz。此时覆盖系数已达100，但固频振荡器的覆盖系数仅为fH／fL≈2，一般振荡器是可以实现的。实际在BT3C型扫频仪中，所选频率比上例更高，以获得1～300 MHz的频率覆盖。

图5-6　宽频率覆盖的获得方法

从图5-6可知，扫频信号的中心频率的调节原理，是手动调节固频振荡器的频率，从而改变该频率与扫频振荡器的频率（即fo）之差。