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        基于幅頻特性的相頻特性的測試法研究及仿真

        2013-08-20 04:59:06賀素霞樂麗琴
        電子設(shè)計工程 2013年21期
        關(guān)鍵詞:頻率特性幅頻特性波形圖

        賀素霞,樂麗琴

        (黃河科技學(xué)院 信息工程學(xué)院,河南 鄭州 450063)

        網(wǎng)絡(luò)的頻率特性包含幅頻特性和相頻特性兩個方面,其中關(guān)于幅頻特性的測量儀器技術(shù)成熟,應(yīng)用廣泛,在處理聲音信號情況下已能滿足實際需要。但對圖像信號的處理要求極為嚴格的相頻特性,否則將造成相位失真。因此對于相頻特性的測量將顯得尤為重要,縱觀國內(nèi)外關(guān)于相頻特性的測量,都是采用相敏檢波即鑒相器實現(xiàn)的。而這種測量盡管其測量精度高,適用范圍廣,但最終因為其價格極為昂貴,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修不便而無法得到廣泛的應(yīng)用。 同時,目前多媒體的廣泛應(yīng)用,圖像信息的廣泛交流,而圖像信息的優(yōu)質(zhì)傳輸與相頻特性密切相關(guān),基于此,在研究開發(fā)、生產(chǎn)維修等方面,急需一種性能可靠,價格低廉,使用方便,精確度高這一良好性能的相位特性的檢測儀器[1-7]。

        1 線性電路幅頻特性的測量

        1.1 點頻法測量幅頻特性

        所謂點頻法,簡單說就是“逐點”測量幅頻特性或相頻特性的方法,如圖1所示。圖1中ui(t)為正弦信號源,接于被測電路的輸入端,由低到高不斷改變信號源頻率,信號電壓不應(yīng)超過被測電路的線性工作范圍,用測量儀器在各個頻率點上測出輸出信號與輸入信號的振幅比(幅頻特性)和相位差(相頻特性)。以頻率為橫坐標(biāo),以振幅比或(相位差)為縱坐標(biāo),就可以逐點描繪出如圖1(b)所示的頻率特性曲線。點頻法原理簡單,需要的設(shè)備也不復(fù)雜。但由于要逐點測量,操作繁瑣費時,并且由于頻率離散而不連續(xù),非常容易遺漏某些特性突變點,而這常常是我們在測試和分析電路性能時非常關(guān)注的問題[4]。

        圖1 點頻法測量系統(tǒng)的幅頻特性Fig.1 Amplitude-frequency characteristics of the frequency measurement system

        1.2 掃頻法測量頻率特性

        掃頻法測量電路幅頻特性的原理圖示于圖2中,在圖2的原理框圖中,除被測網(wǎng)絡(luò)外,其余部分通常都安裝于稱為頻率特性測試儀(也稱掃頻儀)的同一儀器中,掃頻信號發(fā)生器實際上是頻率可控的正弦振蕩器,它的振蕩頻率受掃描電壓控制。

        2 相頻特性的描述方法

        以LCR并聯(lián)諧振電路作為代表,利用其幅頻特性來求得相頻特性,具體方法又分為求參數(shù)法,利用特殊值法以及求f0、BW0.7法。

        圖2 掃頻法測量網(wǎng)絡(luò)頻率特性原理Fig.2 Principle of frequency characteristics based on the scanning frequency measurement

        2.1 求參數(shù)法

        所以

        經(jīng)整理得:

        同理可求得:

        由式(9)可得:

        將式(11)代入到式(10)中可求得:

        所以

        程序如下:

        2.2 利用f0、BW0.7求相頻特性法

        從掃頻儀上紀錄下待測網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率、通頻帶,利用MATLAB對其編程,畫出其相頻特性波形圖,如圖4所示。這種方法快速簡便,適合精確度要求不高的場合使用。

        程序如下:

        圖3 相頻特性求參數(shù)法波形圖Fig.3 Diagram of Phase-frequency characteristics based on parameter

        圖4 利用f0、BW0.7求相頻特性法波形圖Fig.4 Diagram of Phase-frequency characteristics based on f0、BW0.7

        2.3 求特殊值法

        在掃頻儀上讀取頻率 ω1=ω0、ω2,其對應(yīng)的幅值為|A1|、|A2|,當(dāng)回路諧振時有ω0L=1/ω0C,將其代入到相頻特性式子中有

        所以

        將式(18)代入到式(17)可得

        式(21)即網(wǎng)絡(luò)的相頻特性,利用MATLAB對其編程,畫出其相頻特性波形圖,如圖5所示。此種方法設(shè)計簡單,精確度較高,容易在實踐中得到應(yīng)用推廣[4-10]。

        程序如下:

        圖5 利用求特殊值法求相頻特性波形圖Fig.5 Diagram of phase-frequency characteristics based on special value

        3 結(jié)束語

        研究排除了傳統(tǒng)的設(shè)計思想,采用了幅頻特性來描述相頻特性的方法,從而解決了大面積使用網(wǎng)絡(luò)的相頻特性問題;本文分析采用初等函數(shù)表示的方法便于推廣、使用;采用MATLAB編程,精確的給出了相頻特性,具有較高的實用價值。方案科學(xué)合理,簡單易性,測量精度高,成本低廉,便于推廣和應(yīng)用,因而具有一定的實用價值和較高的理論意義。如何同時獲得良好的幅頻特性和良好的相頻特性,還有待進一步的研究。

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