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  • 光电探测器频率响应

    2021-01-19 20:16:44
    光电探测器正常工作所能探测到入射光信号的调制频率是有限的,调制频率高于光电探测器频率响应的入射光信号将不能被正确探测出。频率响应是光电探测器对加在光载波上的电调制信号的响应能力的反应,表征了光电探测器...
  • 光电探测器正常工作所能探测到入射光信号的调制频率是有限的,调制频率高于光电探测器频率响应的入射光信号将不能被正确探测出。频率响应是光电探测器对加在光载波上的电调制信号的响应能力的反应,表征了光电探测器...
  • 对于通信系统而言,元器件幅度和相位特性是影响性能重要因素。矢量网络分析仪可提供此类器件相关信息,包括放大器和晶体管等有源器件,以及电容器和滤波器等无源器件。而且,由于增加了时域功能,网络分析仪还...

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    对于通信系统而言,元器件的幅度和相位特性是影响性能的重要因素。矢量网络分析仪可提供此类器件的相关信息,包括放大器和晶体管等有源器件,以及电容器和滤波器等无源器件。而且,由于增加了时域功能,网络分析仪还能在测量过程中去除不需要的响应,只留下需要的信息。本应用指南说明了对射频滤波器进行的扫频测量,以及对通信频段放大器进行的扫描功率测量。

    滤波器测量

    对滤波器的特性进行全面的表征通常可以借助扫频测量来实现。图 1 显示了滤波器的频率响应。在左侧和底部,我们可以看到以对数幅度格式表示的传输响应;在右侧,我们可以看到反射响应(回波损耗)。最常测量的滤波器特性是插入损耗和带宽,如下图所示,其垂直标度经过扩展。另一个经常测量的参数是带外抑制。这项测量用于了解滤波器在其带宽内传输信号,同时在其带宽外抑制信号的能力如何。测试系统的动态范围通常决定了其评测这一特性的能力。

    以下回波损耗图显示了典型的无源反射滤波器特征,从图中可见其在阻带中显示为高反射(接近 0 dB),而在通带中表现出良好的阻抗匹配。吸收式滤波器则是一种不同的滤波器,其在阻带和通带中都能很好地匹配,可在广泛的频率范围中提供良好的匹配。

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    图 1. 通过频率扫描测试滤波器

    误差校正可以确保准确的通带测量

    恒定幅度响应在滤波器带宽内的变化会导致信号失真。想要准确测量滤波器通带,通常必须要进行误差校正。如果不经校准便使用网络分析仪来测量滤波器通带,那么取决于使用的网络分析仪和测试电缆,响应可能会存在非常大的差异(图 2)。

    在进行响应校准(归一化)后评测同一个滤波器时,测试系统的传输跟踪频率响应误差会从响应测量结果中消除,从而使得幅度失真窗口显著变窄。归一化后,测试系统显示的滤波器频率响应仍然有某种幅度纹波,这是由测试系统的信号源和负载匹配相互作用导致的。该纹波甚至会超过 0 dB 的参考线,表示有增益(这是不可能的,因为无源器件无法放大信号)。这样的视在异常是由失配测量误差所导致。通过在滤波器测量之前执行双端口校准,可以消除这些误差。

    完成矢量误差校正(双端口校准)后,很明显,滤波器的通带幅度响应相距中心频率变化的幅度不到 ±0.1 dB。以前使用未经校正的测试系统所测得的 ±1 dB 幅度变化并不是滤波器的实际带通响应。通过使用矢量网络分析仪执行误差校正,滤波器的真正特性得以显示出来 — 幅度相距中心频率的变化非常小,达到了低失真应用相对较严苛的幅度性能范围。

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    图 2. 系统测量误差

    扫描功率放大器测量

    除了为评测滤波器执行扫频测量外,很多网络分析仪还可执行扫描功率测量,这对于表征器件的非线性特性非常有用。图 3 中的示例显示了在单一频率下所测得的放大器的输出功率和输入功率。放大器有一个线性工作区域,在该区域中,增益是恒定的,不受功率电平影响。该区域中的增益称为小信号增益,与功率响应的斜率成比例。

    随着输入功率继续增大,曲线上放大器增益开始下降的点即为压缩区域开始的位置。放大器的输出在该区域不再是正弦波,且有部分输出在谐波中出现,而不全都在信号的基波频率中。随着输入功率不断增大,放大器变得饱和,输出功率保持不变。此时,放大器的增益降为零,输入功率即使再增加也不会使输出功率增加。虽然大多数类型的放大器都是如此,但行波管放大器和少数其他类型的放大器则例外,其输出功率会下降到饱和点以外。

    为了通过功率扫描来测量放大器的饱和输出功率,网络分析仪必须具有足够的输出功率来驱动放大器进入饱和状态。大功率放大器的输入端通常需要配备一个升压放大器才可以达到饱和状态,因为网络分析仪在较高频率上提供的测试端口功率相对较低。

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    图 3. 功率扫描表征压缩区域

    最常测量的放大器压缩参数是 1 dB 压缩点(图 4)。它是指以放大器的小信号或线性增益为基准,放大器增益降低 1 dB 时的输入功率(有时是相应的输出功率)。通过显示功率扫描获得的归一化增益,即可测量放大器的 1 dB 压缩点。

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    图 4. 1 dB 压缩

    如图所示,迹线的平坦部分表示线性的、小信号工作区域,而迹线斜率为负的部分则对应于较高输入功率电平处的压缩。以被测放大器为例,当在固定连续波频率 902.7 MHz 上测量时,1 dB 压缩发生在输入功率为 +12.3 dBm 处。

    由于了解与 1 dB 压缩点相对应的输出功率通常非常重要,因此可以使用大部分网络分析仪的双通道功能来同时显示归一化的增益和绝对功率。显示游标可以读取发生 1 dB 压缩处的输入功率和输出功率。您也可以将放大器在 1 dB 压缩点处的增益与 1 dB 压缩点处的输入功率相加,便可计算出相应的输出功率。在图 4 中,1 dB 压缩点处的输出功率为 12.3 dBm + 31.0 dB = 43.3 dBm。

    在这些类型的压缩测试中,功率扫描范围必须足够大,以便驱动被测放大器从线性工作区域进入压缩区域。现代网络分析仪通常可以提供超过 30 dB 的功率扫描范围,这足以驱动大部分放大器进入压缩区域。充分衰减大功率放大器的输出同样非常重要,这不仅可以避免损坏网络分析仪的接收机,还能使功率电平足够低,从而防止接收机压缩。

    评测 调幅-调相 AM-PM 转换

    测量调幅-调相(AM-PM)转换对于表征高频放大器的非线性特性同样非常重要。这类测量需要使用矢量网络分析仪。AM-PM 转换测量的是因系统中任何幅度变化所导致的无用相移。

    在通信系统中,意外的幅度变化(例如电源纹波、热漂移或多径衰落)可能会导致多余的相位调制。系统中使用何种调制类型也可能导致幅度变化,如正交调幅(QAM)或脉冲调制。

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    图 5. 测量调幅-调相AM-PM 转换

    AM-PM 转换在相位调制系统中非常重要,比如正交相移键控(QPSK),因为相位失真会导致模拟系统中的信号质量下降,数字系统中的比特误码率(BER)升高。AM-PM 转换与 BER 有直接关系,测量 AM-PM 转换可帮助您深入了解给定系统中 BER 升高的原因。这项测量可以作为 BER 测量的补充,因为 BER 测量本身不会对导致误码的现象进行任何有效的分析。

    AM-PM 转换通常定义为放大器输入功率每增加 1 dB 时输出相位的变化,用“度/dB” 表示。理想放大器的相位响应与输入信号电平不会相互影响。AM-PM 转换可以通过矢量网络分析仪上的功率扫描进行测量(图 5)。测试数据显示为正向传输相位(S21)随功 率的变化。被测器件的 AM-PM 转换可以通过以特定功率电平为中心做小幅度步进(比如 1 dB)并注意相位变化来计算。幅度和相位的变化可以通过迹线游标轻松测量。相位变化除以幅度变化,即可得到 AM-PM 转换。在图 5 中,AM-PM 转换等于 0.86 度/dB,中心输入功率为 –4.5 dBm,中心输出功率为 16.0 dBm。

    结论

    正如上述演示的一样,矢量网络分析仪是一种高精度仪器,可以评测有源和无源元器件,例如放大器和滤波器。是德科技提供了一系列射频和微波网络分析仪,用于 5 Hz 到 120 GHz 频率范围内的测量。这些仪器有多种选件和测试集可供选择,可以简化独立使用和在自动测试设备(ATE)中使用时的测量。

    如欲了解关于矢量网络分析仪的更多信息,请阅读:

    矢量网络分析仪产品培训电子教学计划

    PXI 矢量网络分析仪

    ENA 矢量网络分析仪,5 Hz 至 20 GHz

    精简系列 USB 矢量网络分析仪

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  • 2.固有频率介绍

    千次阅读 2020-05-11 17:14:17
    不管外界有没有对结构进行激励,结构的固有频率都是存在的,只是当外界有激励时,结构是按固有频率产生振动响应的。 2.固有频率影响因素 从上面的公式我们可以看出,结构的固有频率只受刚度分布和质量分布的...

    1.固有频率的定义

            结构系统在受到外界激励产生运动时,将按特定频率发生自然振动,这个特定的频率被称为结构的固有频率,通常一个结构有很多个固有频率。固有频率与外界激励没有关系,是结构的一种固有属性。不管外界有没有对结构进行激励,结构的固有频率都是存在的,只是当外界有激励时,结构是按固有频率产生振动响应的。

    2.固有频率的影响因素

           从上面的公式我们可以看出,结构的固有频率只受刚度分布和质量分布的影响,而阻尼对固有频率的影响非常有限。而在百度百科中说固有频率受形状、材质的影响,我个人觉得是不准确的。材质不同,其材料属性(密度、杨氏模量和泊松比等)不同,影响的最终参数还是质量和刚度;而形状的不同,影响的也是这两个参数。

           因此,影响固有频率的只有质量和刚度,而其他任何因素,最终影响的也是这两个因数。如结构的边界条件不同,固有频率必然不同,这是因为边界条件会影响到结构的刚度分布。

           质量增大,结构的固有频率必然降低;刚度增大,结构的固有频率必然增大。但是刚度继续增大,固有频率不会无限增大,只会增大一定距离。刚度增加越快,频率移动越慢。

    3.为什么存在多阶固有频率?

    我们在对结构系统进行固有频率测试时,通常能得到多阶固有频率。

    因为1个自由度对应1阶固有频率(或者是1阶模态)。自由度是指用于确定结构在空间上运动所需要的最少独立的坐标个数。质点有三个平动自由度;刚体有六个自由度,分别为三个平动和三个转动自由度。

    一个连续体或弹性体实际上有无穷多个自由度,此时,任意连续结构都可以看成是无限多个微刚体组成的,每个微刚体有6个自由度,因而,我们可以认为任意连续结构具有无限多个自由度,但是,所有这些结构又可以近似地看作是由有限个微刚体组成的(比方有限元分析时只能划分有限数量的单元),因此又可以认为连续结构具有有限个自由度。该自由度数决定了解析质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的维数,也决定理论上存在的固有频率阶数和模态振型阶数。

    虽然连续体在理论上是有无限多阶固有频率,但很多情况下我们只关心低阶的固有频率或者特定阶的固有频率。这是因为固有频率越低,越容易被外界所激励起来。另外,结构也可能受到特定的激励,如在某恒定转速下运行,因此,也可能关心特定阶的固有频率。

    4.基频和主频

    基频是指结构的第一阶固有频率。结构发生振动时,通常不会是以某一个频率振动,而是有多个振动频率,通常在这些振动频率中,能量最大的振动频率称为主频。因此,这个主频可能是结构的固有频率,也可能是强迫响应频率。

    基频一定是固有频率,主频可能不一定是结构的固有频率,主频主要看的是能量的大小。因为我们知道,当结构产生强迫振动时,振动的频率是与外界激励频率相等的,但此时,这个激励频率很大程度上不是结构的固有频率,而它的能量又是最大的,此时,主频就不是固有频率。

    5.与共振频率的关系

    共振是指系统受到外界激励时产生的响应表现为大幅度的振动,此时外界激励频率与系统的固有振动频率相同或者非常接近。共振是一种现象,共振发生时的频率称为共振频率。不管共振发生与否,结构的固有频率是不变的,而只有当外界的激励频率接近或等于系统的固有频率时,系统才发生共振现象。

    当结构的阻尼非常小时,共振频率近似等于结构的固有频率,也是材料自身分子的自由振动频率。因而,单个共振是外界的激励频率等于或非常接近结构或材料的固有频率时,结构或材料发生大幅度的振动。共振时,结构的振动非常剧烈,这将导致不可预料的行为。因此,通常都要避免共振,但也有利用共振原理的,如振动筛。

    当激励频率与固有频率相等或接近时,才发生共振。因而,共振频率不一定完全与固有频率相等,共振频率是按外界的激励频率来讲的,而固有频率是从结构来讲的。虽然很多情况下,都认为共振频率就是固有频率。 在频响函数曲线中,共振峰所对应的频率为结构的固有频率,如下图所示。但很多情况,共振不是发生在单一频率(固有频率)处,而是具有一定宽度的共振带。也就是存在一个频率区间,在这个区间内很容易发生共振。

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  • 反馈控制环路设计影响到许多因素,包括电压调整、稳定性和瞬态响应。 当某个反馈控制环路在某个频率的环路增益为单位增益或更高且总相位延迟等于360 时,反馈控制环路将会产生振荡。稳定性通常用下面两个参数来...

    开关电源依靠反馈控制环路来保证在不同的负载情况下得到所需的电压和电流。反馈控制环路的设计影响到许多因素,包括电压调整、稳定性和瞬态响应。

    当某个反馈控制环路在某个频率的环路增益为单位增益或更高且总的相位延迟等于360 时,反馈控制环路将会产生振荡。稳定性通常用下面两个参数来衡量:

    相位裕量:当环路增益为单位增益时实际相位延迟与360 间的差值,以度为单位表示。

    增益裕量:当总相位延迟为360 时,增益低于单位增益的量,以分贝为单位表示。

    对多数闭环反馈控制系统,当环路增益大于0dB时,相位裕量都大于45 (小于315 )。当环路相位延迟达到360 时,增益裕量为-20dB或更低。

    如果这些条件得到满足,控制环将具有接近最优的响应;它将是无条件稳定的,即不会阻尼过小也不会阻尼过大。通过测量在远远超出控制环通常操作带宽的情况下控制环的频率响应,可以保证能够反映出所有可能的情况。

    一个单输出开关电源的控制环增益和相位响应曲线。测量是利用一个GP102增益相位分析仪(一种独立的用来评价控制环增益和相位裕量的仪器)进行的,然后输入到电子表软件中。

    在这一例子中,从0dB增益交点到360 测量得到的相位裕量为82 (360 到278 )。从0dB增益交点到相位达到360 的增益裕量为-35dB。把这些增益和相位裕量值与-20dB增益裕量和60 相位裕量的目标值相比较,可以肯定被测试电源的瞬态响应和调节是过阻尼的,也是不可接受的。

    0dB交点对应的频率为160Hz,这导致控制环的响应太慢。理想情况下,在1或2KHz处保持正的环增益是比较合适的,考虑到非常保守的增益和相位裕量,不必接近不稳定区即可改善控制环的动态特性。当然需要对误差放大器补偿器件进行一些小的改动。进行修改后,可以对控制环重新进行测试以保证其无条件稳定性。

    通常可利用频率响应分析仪(FRA)或增益-相位分析仪进行这种测量。这些仪器采用了离散傅里叶变换(DFT)技术,因为被测信号经常很小且被掩盖在噪声和电源开关台阶所产生的失真中。DFT用来从中提取出感兴趣的信号。

    测试信号注入

    为进行测量,FRA向控制环中注入一个已知频率的误差信号扰动。利用两个FRA通道来判断扰动要多长时间才能从误差放大器输入到达电源输出。

    扰动信号应该在控制环反馈信号被限制在单条路径的地方注入,并且来自低阻抗的驱动源。连接到电源输出或误差放大器输出的反馈路径是注入扰动信号的好地方。

    通过信号发生器通过一个隔离变压器连接到测试电路,以保证FRA信号发生器和被测试电路间的电气隔离。注入方法将扰动信号注入到误差放大器的输入。对于电源输出电压在FRA最大输入电压限制以内的情况,这一方法是合适的。

    如果被测量电源的输出电压比FRA最大输入电压还要高,那么第一种注入方法就不适用了。扰动信号被注入到误差放大器的输出,此处的控制环对地电压比较低。如果电源电压超过FRA输入范围则应采用这种注入方法。

    选定合适的注入点以后,还必须仔细地设定扰动信号的幅度。扰动的响应可通过连接到电源输出的示波器看到。

    开始时,FRA信号发生器幅度应该设为零和低频率,通常在控制环带宽的低端。然后慢慢提高FRA信号发生器的幅度。FRA信号发生器幅度的一个比较好的起始点是能够在示波器上看到电源输出电压波动为额定输出电压的5%左右。

    必须在控制环带宽的高端重复这一过程以确保是否可在整个控制环带宽上使用同样的驱动水平。FRA发生器不能欠驱动或过驱动控制环。在此种条件下进行的任何测量都是不准确的。

    不大可能在整个控制环带宽范围内使用同一组FRA信号发生器设置。这种情况下,可以利用幅度补偿来保证频率切换和环增益变化时扰动信号稳定。这可以通过控制FRA信号发生器幅度,从而保证恒定的误差放大器输入来达到。

    进行测量

    FRA的两个输入分别连接到注入隔离变压器的次级的两端。CH2测量控制环输出,CH1测量控制环输入。测量是相对于地进行的。

    从10Hz扫描到30KHz,观察增益和相位测量重复性,以保证注入控制环的扰动信号幅度是正确的。参考增益-相位图表核对控制环增益和相位裕量。

    可在误差放大器一级加入适当的补偿器件。再次进行从低频到高频的扫描可以看到补偿值变化的效果。理想情况下,环增益每频程应该下降-20dB,特别是在控制环增益经过单位增益时。

    功率因数校正电路

    反馈控制环并不仅限于用于开关电源的输出调节。通常用在整流桥后的动态功率因数校正(PFC)电路中采用两个控制环来达到正弦输入电流,从而使负载功率因素接近1.0。PFC电路通常基于专用的控制器IC、一个开关器件和一个能量储存电感器,即所谓的DC连接。

    第一个控制环即电压控制环,试图在DC连接或PFC电路输出维持一个稳定的直流电压。这一控制环响应相对比较慢,大约在10Hz左右跨越0dB。第二个控制环即电流控制环有效地控制输入电流的波形。这一脉宽调制(PWM)斩波器电路必须跟踪整流正弦电压波形,因此,电流控制环的参考点是动态的。由于电流控制环必须跟踪交流电源频率,因此其交叉点可能达数KHz。

    测试电压控制环

    测试较慢的电压控制环和快速的电流控制环需要不同的方法:

    PFC 电压控制环

    电压控制环的测试是比较直接的。不需要对电路进行改动。实际上,在对电压环测试时,电流控制环仍在工作。注入点选择的一般规则在这儿都适用。您可在环中找一个源为低阻抗且信号限制在单条路径的点来注入扰动信号。注入采用的电阻值大约1,000 。

    PFC电流控制环

    测试较快的电流控制环需要更多考虑和注意,因为需要对电路进行一些变动才能获得对增益和相位裕量的真实评估。

    1. 利用一个0 至 400-V 直流电源为PFC电路的输入供电。不需要交流电源,并且应该断开。

    2. 禁止电压控制环工作,但并非整块IC。

    3. 如果需要,为PFC控制器IC提供一个辅助电源,典型为+18V。

    4. 利用一个0至10-V直流电源根据输入电压的相应水平来控制PFC输出电流。实际上,0至10V直流电源将控制控制器内的控制增益并代替电压参考(对50或60Hz交流电频率通常每秒变化100至120次)。电流反馈环应当跟踪输入电源,因此利用0至10V直流电流来设定不同的条件。

    5. 在PFC的输出适加一个可变负载。

    6. 采用一个100- 注入电阻连接在电流传感电阻和PFC传感输入之间。

    7. 从50Hz扫描到约开关频率的一半。检查在第4点和第5点中所描述的不同设置组合情况下的环响应。例如,应该对控制环在零电流、峰值电流和中间状态下进行测试。

    在PFC区的测量是危险的。应该确保隔离地和频率-响应分析仪输入通道以及信号发生器,以及后两者。

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  • 1、CPU,这个主要取决于频率和二级缓存,频越高、二级缓存越大,速度越快,未来CPU将有三级缓存、四级缓存等,都影响响应速度。2、内存,内存存取速度取决于接口、颗粒数量多少与储存大小(包括内存接口,如:...

    电脑配置取决的因素:
    1、CPU,这个主要取决于频率和二级缓存,频越高、二级缓存越大,速度越快,未来CPU将有三级缓存、四级缓存等,都影响响应速度。2、内存,内存的存取速度取决于接口、颗粒数量多少与储存大小(包括内存的接口,如:SDRAM133,DDR233,DDR2-533,DDR3-800),一般来说,内存越大,处理数据能力越强,速度就越快。
    3、主板,主要还是处理芯片,如:笔记本i965比i945芯片处理能力更强,i945比i910芯片在处理数据的能力又更强些,依此类推。
    4、硬盘,硬盘在日常使用中,考虑得少一些,不过也有是有一些影响的,首先,硬盘的转速(分:高速硬盘和低速硬盘,高速硬盘一般用在大型服务器中。如:10000转,15000转;低速硬盘用在一般电脑中,包括笔记本电脑),台式机电脑一般用7200转,笔记本电脑一般用5400转,这主要是考虑功耗和散热原因。
    5、显卡:这项对运行超大程序软件的响应速度有着直接联系,如运行CAD2007,3DStudio、3DMAX等图形软件。显卡除了硬件级别上的区分外,也有“共享显存”技术的存在,和一般自带显存芯片的不同,就是该“共享显存”技术。需要从内存读取显存,以处理相应程序的需要。或有人称之为:动态显存。这种技术更多用在笔记本电脑中。
    6、电源,这个只要功率足够和稳定性好。
    7、显示器:显示器与主板的接口也一样有影响(请查阅显示设备相关技术资料)。

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  • 飞控中一些知识点总结

    千次阅读 2019-06-10 21:36:54
    因此就目前的算法而言,影响飞控性能的因素主要有以下几点: 1、环路延迟 环路延迟对控制比较致命,引起延迟的因素很多,概括来说有以下几个方面: 1)IMU采样更新率和滤波器截止频率 由于受振...
  • 考虑到谐振环几何形状和相互作用等因素,利用细铜丝制作了六边形开口谐振环 ( split ring resonator),研究了单个和多个谐振环在微波 X波段(8-12GHz)电磁响应行为。研究结果表明 :对于单个谐振环,开口位置影响谐振...
  • 借助磁场分析软件Ansoft's Maxwell研究了影响能量采集器的频率特性及电能输出的因素,为获得最优性能的能量采集器提供设计依据。根据分析设计了振动能量采集装置并进行了实验,实验结果表明:在振动加速度为0.2 g(g=9.8...
  • 分析了算法精度的影响因素、激光章动信号频率与抖动频率的关系,用Matlab仿真及实验验证了算法可行性。实验得到脱靶量角度精度约为3 μrad,结合空间激光通信系统验证了系统可行性。没有扰动时系统耦合效率为...
  • 通过改变F-P激光器的偏置电流,DFB激光器的输出功率以及两激光器间的波长失谐量,对注入锁定F-P激光器的光谱特性、功率特性以及频率响应特性进行实验分析,找出影响注入锁定F-P激光器稳定性的因素,并测量注入锁定F-P...

空空如也

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影响频率响应的因素