蜂窩基站測試中的射頻信號取樣

田斌

（云南省無線電監(jiān)測中心，云南昆明，650228）

蜂窩基站測試中的射頻信號取樣

田斌

（云南省無線電監(jiān)測中心，云南昆明，650228）

從系統(tǒng)角度出發(fā)，主要討論蜂窩基站測試的射頻信號的取樣問題。根據(jù)國標(biāo)中的相關(guān)要求，通過實(shí)驗(yàn)比較討論衰減器和耦合器的非線性特性，從理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析并得出結(jié)論。

蜂窩基站；雜散輻；取樣；衰減器；耦合器

0 引言

移動通信在高速發(fā)展，第四代移動通信已在成熟運(yùn)行，第五代移動通信的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也在大量進(jìn)行中。眾多通信基站的存在將不可避免的產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的互相干擾，這些是運(yùn)營商所關(guān)注的問題，作為無線電管理者的無線電監(jiān)測站，遇到的問題更為棘手，因?yàn)橐媾R的是三大運(yùn)營商之間共同遇到并且會交叉產(chǎn)生的干擾問題。

縱觀通信發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)隨著社會的進(jìn)步，移動通信的發(fā)展更多地取決于市場和企業(yè)行為，而其中政府干預(yù)的因素在逐漸減少。甚至連作為國家資源的無線電頻率資源，也在某種程度上預(yù)先“開放”給了市場。這種頻率資源的“開放”給無線電管理帶來了新的挑戰(zhàn)，將面臨眾多通信制式和頻率的存在，同時將面對那一大堆的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要找出各種通信系統(tǒng)的共性，并提出相應(yīng)的測試方法。

查閱各種標(biāo)準(zhǔn)，我們可以發(fā)現(xiàn)蜂窩基站雜散測試要求的以下共同點(diǎn)。雜散測試關(guān)注9kHz～12.75GHz頻段；對雜散輻射要求比較苛刻的是對GSM制式的保護(hù)（小于-98dBm/100kHz）和對CDMA制式的保護(hù)（小于-86dBm/1MHz）；可能存在多載頻測試的情況。

本文將要討論的是針對上述三個要求的射頻取樣問題，因?yàn)檫@是決定是否順利完成測試的第一個環(huán)節(jié)。

1 基本的射頻取樣電路

我們知道，蜂窩基站的指標(biāo)測試要依靠頻譜分析儀或者信號分析儀來完成，但是這種儀器的最大輸入功率、動態(tài)范圍和自身的非線性特性都決定了需要在被測發(fā)射機(jī)和頻譜分析儀之間接入一個子系統(tǒng)。

這個子系統(tǒng)并非隨意搭建，而要考慮到被測設(shè)備的所有射頻條件和測試要求。一般常見的采用集總參數(shù)衰減器或者寬帶定向耦合器作為射頻信號取樣手段， 這二種看似極為簡單的射頻取樣電路，會對雜散測試產(chǎn)生不同的影響。

2 射頻測試和測量的精度原則

從事射頻測試的工程師們都了解測量精度的10dB原則——任何測試系統(tǒng)的精度應(yīng)比被測設(shè)備的最好指標(biāo)再高10dB。

一個無源互調(diào)測量系統(tǒng)的自身剩余互調(diào)比被測指標(biāo)好10dB時，其測試不確定度為+2.4/-3.3dB。這個準(zhǔn)則適用于任何射頻測量系統(tǒng)。

現(xiàn)在我們將通過一些實(shí)驗(yàn)來討論衰減器和定向耦合器的非線性特性以及對蜂窩基站雜散測試精度的影響。

3 集總參數(shù)衰減器的非線性特性

集總參數(shù)衰減器在很多測試場合得到了廣泛應(yīng)用，但是在蜂窩基站的雜散測試應(yīng)用中采用這種器件，則需要十分謹(jǐn)慎，因?yàn)檫@種器件自身具有一定的非線性特性。

我們通過在衰減器的兩端加裝濾波器來進(jìn)行集總參數(shù)衰減器的諧波測試，其中前端濾波器調(diào)諧在功放的輸出頻率（如875MHz），以保證輸入到被測衰減器的載頻是干凈的；接在衰減器輸出端的濾波器則調(diào)諧在放大器載頻的二次諧波處（1750MHz），以保證測得的諧波是由衰減器產(chǎn)生的，而不是頻譜分析儀產(chǎn)生的。

測試結(jié)果顯示，當(dāng)輸入功率增加1dBm時，二次諧波增加2dBm，這遵循諧波的變化規(guī)律，說明集總參數(shù)衰減器存在二次諧波的事實(shí)。當(dāng)輸入功率為+43dBm時，衰減器的諧波為-48dBm，而當(dāng)功率達(dá)到+47dBm時，諧波約為-40dBm。對照蜂窩基站的測試要求，我們會發(fā)現(xiàn)衰減器自身的諧波要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基站所產(chǎn)生的雜散要求。

顯然，集總參數(shù)衰減器作為蜂窩基站雜散測量的取樣電路有待商榷。

我們再來看看衰減器的互調(diào)特性，用圖1進(jìn)行集總參數(shù)衰減器進(jìn)行互調(diào)測量，測試頻率為1805-1880MHz，測試功率為2×43dBm，互調(diào)出現(xiàn)在1710-1785MHz頻段。圖2是傳輸互調(diào)測試結(jié)果。

圖1 互調(diào)測試電路

圖2 集總參數(shù)衰減器的互調(diào)特性

如果將這個衰減器用于蜂窩基站測試系統(tǒng)，則其產(chǎn)生的傳輸互調(diào)則會落入頻譜分析儀，這個信號的幅度要大于被測基站的雜散，由此得出的最終測試結(jié)果也不真實(shí)。

和基站測試要求比較，我們會發(fā)現(xiàn)集總參數(shù)衰減器自身的非線性已經(jīng)超出由系統(tǒng)剩余產(chǎn)生的測試誤差的比較范圍，其“測試不確定度”計算比較困難。

作者通過對“低互調(diào)”設(shè)計的集總參數(shù)衰減器進(jìn)行了大量的測試，發(fā)現(xiàn)一個經(jīng)過“低互調(diào)”設(shè)計的集總參數(shù)衰減器，其反射互調(diào)值可以保證在-67dBm@2×43dBm；而未經(jīng)“低互調(diào)”設(shè)計的衰減器的互調(diào)值通常在-50dBm以上。

4 定向耦合器的無源互調(diào)特性

定向耦合器的一種射頻取樣電路，其主饋線是一條微波傳輸線，可以輕易實(shí)現(xiàn)低互調(diào)。

圖3示低互調(diào)定向耦合器具有非常良好的低互調(diào)表現(xiàn)，其自身產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物為-120dBm@2×43dBm，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基站的指標(biāo)。用這種器件作為蜂窩基站測量的取樣電路是十分理想的。

圖3 低互調(diào)定向耦合器的互調(diào)特性

5 結(jié)束語

蜂窩基站的測試較為復(fù)雜，要做好這項(xiàng)測試，需要對測試標(biāo)準(zhǔn)、測試目標(biāo)和測試方法有深入的了解。而了解微波器件的特性，則是這一切的基礎(chǔ)從器件特性開始，通過各種實(shí)驗(yàn)來模擬蜂窩基站的測試原理，才能更好的確定蜂窩基站的測試方法。不妥之處，希望同行提出寶貴意見。

[1]朱輝.《實(shí)用射頻測試和測量》.第1版.北京：電子工業(yè)出版.2010年1月.

[2]袁路花.移動臺與基站性能指標(biāo)測試及分析. 《山東大學(xué)》.2006.

[3]崔志峰.淺談蜂窩移動通信基站檢測工作中常見的問題. 《中國無線電》.2010.

福祿克計量校準(zhǔn)正式推出新款便攜式校準(zhǔn)恒溫槽—6109A/7109A

2017年5月18日福祿克計量校準(zhǔn)正式推出新款便攜式校準(zhǔn)恒溫槽—6109A/7109A，具有優(yōu)異的系統(tǒng)準(zhǔn)確度和校準(zhǔn)效率，適用于批量校準(zhǔn)探頭。溫度范圍廣，顯示準(zhǔn)確度達(dá)±0.1℃。同時，不銹鋼外殼的設(shè)計符合生物制藥科技行業(yè)的潔凈過程需求。

該產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

?溫度量程寬，覆蓋絕大多數(shù)過程應(yīng)用：6109A：35℃至250℃7109A：-25℃至140℃

?優(yōu)異的顯示準(zhǔn)確度：±0.1℃，為關(guān)鍵應(yīng)用提供4:1測試不確定度比(TUR)

?校準(zhǔn)效率高，同時校準(zhǔn)多達(dá)4個卡箍式衛(wèi)生型傳感器

?體積小巧，便于搬運(yùn)

?不銹鋼外殼能夠承受刺激性滅菌藥品，以及防銹

?易于使用和維護(hù)

?遍布全球的福祿克技術(shù)支持和服務(wù)

RF signal sampling in cellular base station testing

Tian Bin
（Yunnan radio monitoring center,Kunming Yunnan,650228）

Mainly discuss signal sampling on the radio frequency test of cellular mobile communication system base station from the perspective of test system According to the requirements of national standard, through the experimental comparison discuss nonlinear characteristics of attenuator and coupler, analyze and conclude from theoretical and experimental results

cellular base station; stray radiation; sampling; attenuator; coupler