頻頻寬度

簡稱為“頻寬”，有時稱必要頻寬，是傳送模擬信號時的信號最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲。即為保證某種發射信息的速率和質量所需占用的頻頻寬度容許值。信號頻頻寬度的大小與允許誤差的大小有關。通常把頻譜中幅值下降到最大幅值的1/10時所對應的頻率作為信號的頻寬，稱1/10法則。

基本介紹

• 中文名：頻頻寬度
• 外文名：Bandwidth
• 簡稱：頻寬
• 單位：赫茲
• 拼音：pín dài kuān dù
• 類別：數位訊號

頻頻寬度定義

頻頻寬度是示波器的一項重要指標，它是當示波器垂直通道輸入不同頻率的等幅正弦波信號時，螢幕上對應基準頻率的顯示幅度隨頻率變化而下跌3dB 時的頻率就稱為頻寬。頻寬決定示波器對信號的基本測量能力，如果沒有足夠的頻寬，示波器將無法分辨高頻變化，幅度將出現失真，邊緣將會消失，細節數據將被丟失。因此，對數字示波器校準時，頻頻寬度是必須校準的一個項目。數字示波器頻頻寬度測量方法數字示波器頻頻寬度的測量按照 JJF 1057 －1998 《數字存儲示波器校準規範》中的要求，選定數字示波器的測量通道及量程。示波器設定通道為直流耦合，設定直流偏置為零。示波器校準儀輸出 50kHz 正弦波波信號，調節被校數字示波器觸發和時基，使信號穩定顯示。調節信號幅度使其居中覆蓋 80%螢幕範圍，利用數字示波器的峰 － 峰值自動測量功能，讀取其幅度 。保持示波器校準儀的正弦波輸出幅度不變，僅增加示波器校準儀輸出信號頻率，從數字示波器讀取其幅度。數字示波器頻頻寬度測量不確定度來源分析由數字示波器頻頻寬度的定義可知，數字示波器的頻頻寬度與示波器校準儀穩幅正弦波的幅度不準，數字示波器幅度讀數分辨力以及測量重複性均有關係，因此，不確定度主要來源有以下方面。測量重複性引入的標準不確定度 ，它主要是所用儀器的穩定性和隨機因素造成的;示波器校準儀穩幅正弦波幅度不平坦度引入的標準不確定度 ;數字示波器垂直分辨力引入的標準不確定度 ;示波器校準儀穩幅正弦波頻率不準引入的標準不確定度，該值一般為 10－ 7量級，很小，可以忽略不計。數字示波器頻頻寬度測量不確定度主要是由幅度不確定度引入的，標準不確定度分量是幅度單位，如 mV，而數字示波器頻率頻寬的校準值是頻率單位，如 MHz。所以在校準結果的不確定度評定就應考慮幅度不確定度向頻率不確定度轉換時，增益特性曲線在頻率邊緣點上的斜率。這個是很難準確計算的，有的採用比較保守的按照頻頻寬度符合一階 RC 電路的特性情況來計算; 有的按 －20dB / 十倍頻變化考慮，把示波器校準儀穩幅正弦信號輸出電壓的不平坦度引入的不確定度轉換為頻率不確定度。此兩種方法都是比較保守的計算，會人為的把不確定度計算偏大，而且，以上兩種方法主要是針對模擬示波器特性的估計，數字示波器和模擬示波器原理不一樣，所以該方法並不適合數字示波器。

在實際套用中，規定把電流I範圍在(0.7071I0 <I<I0)所對應的頻率範圍(f1 ~f2)叫做串聯諧振電路的通頻帶(又叫做頻頻寬度)，用符號B或 Df表示，其單位也是頻率的單位。

信號所擁有的頻率範圍叫做信號的頻頻寬度。信號的大部分能量往往包含在頻率較窄的一段頻帶中，這就是有效頻寬。

頻頻寬度類型

狹縫波導由於具有將光場限制在中間空氣狹縫區域中傳輸的特性，使其可用來提高太赫茲集成器件的性能。為了分析狹縫波導結構的太赫茲場的傳輸特性，利用二維有限時域差分法（COMSOL－光學模組）得到了矽材質的狹縫波導在波長為450μm時的太赫茲場的傳輸模式和頻頻寬度，並獲得了狹縫波導結構參數與狹縫區域太赫茲場限制能力的關係以及與頻頻寬度的關係。研究結果為太赫茲狹縫波導的設計提供了參考。太赫茲（THz）頻率範圍位於微波和紅外光之間，其頻率範圍為0．1～10THz。因此，太赫茲技術的研究和方案可以來自微波技術或光學技術，在許多情況下也可以是光學技術和微波技術的獨特組合。目前，已經出現了大量實現亞波長光限制的技術，這對於提高下一代的光通信系統的集成密度是至關重要的。近年來，大量基於太赫茲波段的波導結構相繼出現，主要有太赫茲條形波導、太赫茲光子晶體波導、太赫茲矽納米線波導、太赫茲錐形波導、太赫茲電漿波導、太赫茲圓形金屬波導等。這些主流的太赫茲波導結構都存在一些缺陷，比如傳輸損耗過大、頻寬過窄、加工難度太大等等。例如：電漿波導可以將光場能量限制在非常小的區域，然而，電漿波導並沒有克服太赫茲極大的傳播損耗問題；矽納米線波導技術有望大規模生產，但器件性能受到光的衍射極限的限制；金屬圓形波導在0．8～3．5THz的頻率範圍其功率吸收係數小於1cm－1，由於其色散接近截止頻率，太赫茲無失真傳播是不可能的。為了使太赫茲波導具有較低的傳播損耗和較高的光場限制能力，可以採用狹縫波導結構作為實現方案。狹縫波導的概念於2004年被首次提出，其結構由左右兩個矩形高折射率波導芯區和中間低折射率狹縫區域所構成。這種特殊的波導結構可將光場能量限制在中間低折射率的狹縫區域中，實現以極低的損耗傳輸光信號。基於此特性可以設計新型光學功能性器件，這種器件可用作光通信領域的高速回響光開關、非線性增強和光學感測等。在太赫茲頻段，由於狹縫波導可以將光場能量限制在空氣中，因此可以實現超低損失的太赫茲傳輸，這對太赫茲集成器件的研製和發展具有極大的推動作用。為了充分利用狹縫波導的結構優勢，使狹縫區域以最大程度限制太赫茲光場能量，本文研究了狹縫波導結構與太赫茲在狹縫波導中的模場分布的關係，並對結構參數與狹縫波導頻寬的關係進行了分析。大氣中，在波長550、450、620、73、87μm附近存在著相對透明的太赫茲視窗，因此，這些波段可套用在下一代超高速太赫茲通訊上。考慮到現階段太赫茲發展情況和實際實驗條件，本文選擇了450μm波長的太赫茲作為主要研究對象。本文以矽材質纖芯的狹縫波導為例，以狹縫波導的芯區高度、寬度和狹縫區域寬度為變數，用COMSOL軟體進行一系列仿真分析，從而得到了各變數與狹縫波導光場限制能力以及狹縫波導的頻寬的對應關係。

頻頻寬度套用

飛機系統頻頻寬度

頻頻寬度是判別直接力控制飛機操縱品質的有效參數。它既反映了系統閉環穩定性要求,也是阻尼要求和合適的回響特性要求。它是一個廣義的綜合性操縱品質判據。頻頻寬度作為直接力控制飛機的操縱品質判據,其基本原理可以從經典的自動控制理論得到解釋。頻頻寬度便於飛行試驗或模擬試驗測定,也便於計算確定。該判據的突出優點是便於進行控制系統的校正,有助於設計出滿意的操縱品質。隨著高機動性飛機設計和研究工作的進展,日益廣泛地採用直接力控制和全許可權電傳操縱系統,使飛機的精確恨蹤私航跡控制能力取得了突破性進展。由此也促進了飛行動力學的發展,出現了新的控制系統與飛機組合的飛行動力學理論和設計套用問題。如何評價直接力控制飛機的操縱品質是近年來研究的熱點之一,也是本文討論的主題。為實現直接力控制,控制系統與飛機組合的動力學系統無疑是高階系統。美國軍用規範MIL一F一8785C依據低階系統來評定飛機的操縱品質,因此必須對呈現高階系統的飛機用等效系統方法擬配作降階處理。這就意味著某些高階效應被略去,從而帶來“失配”。直接力控制飛機的潛在優勢在於實現精確地跟蹤和航跡控制。這種非常規控制下的非常規回響已經超出了美國軍用規範MILF一8785C的範圍。必須根據人機閉環理論的基木原理,並且在開環回響特性中進行分析研究。應採用頻域法以給出精確控制任務的最佳頻率回響邊界。本文依據參考文獻〔幻的研究結果,介紹直接力控制飛機操縱品質判據—頻頻寬度及其機理,給出試飛測量和計算方法,以供直接力控制飛機設計、試驗參考。

示波器頻頻寬度

在數字示波器校準時，一般採用 JJF 1057 －1998《數字存儲示波器校準規範》中提供的方法，先測量穩幅正弦波基準頻率50kHz 時的幅度，再測量穩幅正弦波幅度衰減 －3dB 時的頻率值，為該示波器的頻寬，該頻寬值大於技術說明書要求，則該示波器的頻寬滿足要求。但在進行數字示波器頻寬測量結果不確定度評定時，沒有準確的幅度和頻率的轉換關係公式，而且，不確定度主要來源於幅度測量，所以，我們在進行數字示波器頻寬不確定度評定時，歸結到測量數字示波器滿頻寬時穩幅正弦波幅度衰減的 dB 數，是否小於 －3dB，並精確評定該測量結果的不確定度。經實踐證明該方法準確、有效，可供撰寫示波器檢定裝置建標報告和示波器頻寬不確定度評定方面參考。

換能器頻頻寬度

隨著夾心式寬頻換能器在功率超聲中的套用越來越廣,頻帶展寬技術己成為壓電超聲換能器的一個重要發展趨勢"圍繞有效拓寬頻帶這一問題,換能器研究者們採用了不同的方法,其中大多數都是從增加換能器振動模態和激勵方式的角度出發來實現頻帶展寬,但還未提出在設計寬頻換能器時要使頻寬最最佳化,對換能器自身材料組成及結構尺寸的選擇規律"夾心式換能器具有體積小,結構堅固,較高頻率回響,溫度穩定性好,電聲效率高等特點,在功率超聲中被廣泛研究和套用"它的性能好壞與換能器的選材和製作工藝有著密切的聯繫。