基于超外差頻譜儀的脈沖信號(hào)測(cè)試方法研究

劉璇　趙越　曲晟明

摘 要： 利用超外差頻譜儀測(cè)量脈沖信號(hào)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頻譜顯示不連續(xù)，導(dǎo)致功率、帶寬測(cè)試不準(zhǔn)確的情況。介紹了超外差頻譜儀的工作原理，在此基礎(chǔ)上介紹了利用超外差頻譜儀測(cè)試脈沖信號(hào)的方法。利用此方法可以獲得連續(xù)的頻譜，進(jìn)而可以獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

關(guān)鍵詞： 超外差頻譜儀； 脈沖信號(hào)測(cè)試； 工作原理； 測(cè)試方法

中圖分類號(hào)： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）01?0077?02

Abstract： The discontinuous spectrum display often occurs when the superheterodyne spectrometer is used to test the pulse signal， which will lead to inaccurate power and bandwidth. The working principle of superheterodyne spectrometer is introduced in this paper. The pulse signal testing method based on the superheterodyne spectrometer is given， with which the continuous spectrum and accurate testing results can be obtained.

Keywords： superheterodyne spectrometer； pulse signal test； working principle； testing method

0 引 言

信號(hào)可以通過(guò)時(shí)域、頻域以及空間域三個(gè)方面進(jìn)行研究[1?2]。頻譜儀是信號(hào)頻域研究的必須設(shè)備。利用頻譜儀，可以獲得信號(hào)的功率、頻率、占用帶寬等很多信息，常用的頻譜儀有實(shí)時(shí)頻譜儀和掃頻式頻譜儀[3]。利用掃頻式頻譜儀研究脈沖信號(hào)的頻譜時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)由于掃頻式頻譜儀自身的特點(diǎn)，導(dǎo)致頻譜顯示不連續(xù)，甚至?xí)?dǎo)致功率等參量的測(cè)量錯(cuò)誤[4]。

本文在介紹掃頻式頻譜儀工作原理的基礎(chǔ)上研究了脈沖信號(hào)的測(cè)試方法。利用文中方法，可以獲得連續(xù)的頻譜，進(jìn)而獲得正確的測(cè)試結(jié)果。

1 超外差頻譜儀工作原理[5?7]

信號(hào)可以通過(guò)時(shí)域和頻域兩種方式進(jìn)行分析。頻譜分析儀（頻譜儀）是信號(hào)頻域特性分析的重要工具。它將一個(gè)由許多頻率分量組成復(fù)雜的信號(hào)分解成各個(gè)頻率分量，每一個(gè)頻率分量的電平被依次顯示出來(lái)。頻譜儀可以分為實(shí)時(shí)頻譜儀和掃頻式頻譜儀。常用的掃頻式頻譜儀是超外差掃頻式頻譜儀。下面對(duì)超外差頻譜儀的工作原理做簡(jiǎn)單介紹[8?9]。圖1是掃頻式頻譜儀的原理框架。

輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻衰減后控制在頻譜儀的安全輸入電平范圍內(nèi)，信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器和預(yù)選器進(jìn)入混頻器，信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器后，會(huì)包括原有信號(hào)、本振信號(hào)，原有信號(hào)和本振信號(hào)的和頻信號(hào)/差頻信號(hào)，以及其他高次諧波信號(hào)。通常取其差頻信號(hào)，稱之為中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻放大器放大后，通過(guò)檢波器及視頻濾波器后加到顯示器進(jìn)行顯示。實(shí)際中用到的頻譜儀為了能夠?qū)芨哳l率的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，通常會(huì)包含多級(jí)變頻，但是超外差頻譜儀在實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)測(cè)量的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)性較差。這是因?yàn)椋瑸榱藢?shí)現(xiàn)一定寬度的頻率信號(hào)測(cè)量，超外差頻譜儀必須以一定的步進(jìn)變化來(lái)不斷調(diào)諧掃描。所以在對(duì)一定寬度范圍的信號(hào)測(cè)量時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一定的掃描時(shí)間完成一次掃描。

2 脈沖信號(hào)測(cè)試方法

測(cè)量脈沖信號(hào)時(shí)，由于超外差掃頻式頻譜儀的實(shí)時(shí)性較差，在有限的脈沖出現(xiàn)時(shí)間內(nèi)能夠完成的掃描遠(yuǎn)小于信號(hào)的寬度，不能完成對(duì)整個(gè)信號(hào)的掃描。

利用超外差掃頻式頻譜儀對(duì)TD?SCDMA信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，按圖2所示將矢量信號(hào)源與頻譜分析儀相連。

針對(duì)這一問(wèn)題，通?？梢酝ㄟ^(guò)兩種方法解決。

（1） 延長(zhǎng)掃描時(shí)間。對(duì)于掃頻式頻譜儀，如果頻率變化率（即掃描速度）太快，某頻率分量尚未達(dá)到穩(wěn)定的幅度值，便變成了另一個(gè)頻率，以致在各個(gè)頻率都達(dá)不到，輸出波形比中頻濾波器的曲線（亦即在慢速掃頻時(shí)的顯示）有明顯的壓低、展寬和滯后。掃描時(shí)間延長(zhǎng)，能夠防止幅度失真，如圖5所示。從圖5可以看出，掃描時(shí)間為500 ms，信號(hào)功率測(cè)試結(jié)果為-24.39 dBm，相比圖3測(cè)試結(jié)果，功率有所提高，但是頻譜仍舊不連續(xù)。這種方法是針對(duì)時(shí)域信號(hào)占空比較大的情況，當(dāng)時(shí)域信號(hào)占空比較小時(shí)，需要采取第（2）種方法。

（2） 通過(guò)頻譜儀Trigger鍵觸發(fā)，配合時(shí)域選通功能（gate）使頻譜連續(xù)，從而測(cè)得準(zhǔn)確結(jié)果，如圖6所示。這個(gè)方法的原理是設(shè)置時(shí)域選通的觸發(fā)時(shí)延以及觸發(fā)時(shí)間長(zhǎng)度，使得觸發(fā)的時(shí)間段正好是跳頻信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)段。這樣就可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)功率達(dá)到觸發(fā)門(mén)限時(shí)，進(jìn)行掃描，而當(dāng)輸入信號(hào)功率低于觸發(fā)門(mén)限時(shí)，停止掃描。這樣重復(fù)多次，經(jīng)過(guò)多個(gè)周期對(duì)脈沖信號(hào)觸發(fā)掃描，就可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)的頻譜軌跡，將這些頻譜拼接起來(lái)即可獲得完整頻譜[10]。從圖6看出，其功率測(cè)試結(jié)果為-15.23 dBm，與信號(hào)源發(fā)射功率相符。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文首先介紹了掃頻式頻譜儀的工作原理，在此基礎(chǔ)上介紹兩種利用超外差頻譜儀測(cè)量脈沖信號(hào)的測(cè)試方法，解決了頻譜不連續(xù)進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射功率、占用帶寬不準(zhǔn)確的問(wèn)題。通過(guò)采用以上方法獲得完整的信號(hào)頻譜，在此基礎(chǔ)上可以準(zhǔn)確獲得發(fā)射功率、占用帶寬等參數(shù)。

注：本文通訊作者為曲晟明。

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