GB T 11299.2-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第1部分 分系统和分系统组合通用的测量 第2节 射频范围内的测量.pdf

1、中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第二节射频范围内的测量发布实施中华人民共和国电子工业部发布中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第二节射频范围内的测量中华人民共和国电子工业部批准实施本标准为卫星通信地球站无线电设备测量方法系列标准之一本标准等同采用国际电工委员会标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第二节射频范围内的测量主题内容与适用范围本标准规定了卫星通信地球站中发射设备和接收设备的射频范围内的测量方法本标准既适用于分系统又适用于分系统组合的测量概述

2、在下述各种类型的测量中不可能全面地叙述为都能获得所要求的精度所必需的那些预防措施但是应当注意到如下一些普遍关注的情况不应忽视在测试信号输入端可能存在杂散信号包括谐波这些杂散信号可能会干扰测量设备的工作也可能会干扰被测系统或分系统的工作虽然这些杂散信号的幅度不足以影响测试设备但仍然应当考虑去除测试端的这些无用信号因为它们的存在可能改变被测的射频特性例如发热的影响不应变动部件包括铁氧体隔离器和环行器的机械安装和射频屏蔽的位置除非能确信变动后的全部性能足以代表被测系统或分系统的性能在下述测量方法中没有提及使测量设备免受可能的射频干扰的各种要求采用扫频法测量时根据扫描信号的波形测试接收机选频放大器幅度

3、检波器和示波器的通带应为扫描频率的到倍测试人员应根据需要来安排测量设备使测量误差保持在允许的范围内表述测量结果时应给出实际使用的测量设备配置图标出图中负载隔离器低通滤波器和其他器件此外还应列出所用的各种测量仪器的型号和衰减器的额定功率在给出测量结果时应说明测量精度和误差来源并作其他必需的说明以免对结果的解释含糊不清载波频率定义和一般考虑在卫星通信系统中被测设备的输出通常有一个以上的载波频率载波频率是射频信号频谱中被信息信号所调制的频率在没有基带测试信号的情况下例如当载波频率被高调制指数的扩散信号调制时在频谱分析仪上可能不容易分辨出与载波频率相对应的谱线在这种情况下假定平均间隔足够长例如最低调制

4、频率所对应周期的倍那么载波频率可以定义为每秒钟正或负过零的平均次数本标准推荐两种测量射频载波频率的方法第一种方法适用于未调制的射频载波第二种方法适用于正弦基准测试信号调制的载波有工作基带信号如频分复用电话或电视调制的射频载波频率的测量未予考虑载波频率可在无线电发射机的射频输出端测量也可经过一些分系统传输后进行测量这时由于本机振荡器频率的误差将会得到不同的测量值本机振荡器的频率也可用所述方法测量测量方法未调制的射频载波测量未调制射频载波频率的通用设备配置如图所示仅在有杂散信号时才要求有滤波器只有当频率计不能覆盖规定的电平范围和或频率范围时才需要放大器和或衰减器及变频器在进行任何测量之前应使被测设

5、备和测量设备都达到热稳定如果有能量扩散装置应使其停止工作然后每间隔一段时间例如一秒钟读取一次数字频率计的读数间隔时间将由所用仪器的闸门时间选择来定此外图所示的记录仪可用来记录数字频率计的数值如有次计数就足够了但是通常在任何一个给定的情况下记数次数取决于噪声是否存在和噪声是否调制信号或叠加在信号上通常对几个测量间隔上取平均值的统计数列的分析将提供可重复的结果注当射频载波为一基带信号所调制时假定数字式频率计不造成误差也可采用上述方法这些误差取决于调制信号频率和频率偏移数字式频率计的平均间隔应超过调制频率所对应周期的倍在多载波系统中每一载波都应该单独进行测量其他载波或者关掉或者用适当的滤波器滤除已调

6、制射频载波已调制射频载波的测量设备配置如图所示这种测量方法可用来确定载波频率在调制后是否有明显变化为了使载波频率对应的谱线按要求的精度识别出来应适当选择本测量所用的调制信号被测信号无论是已调的还是未调的显示在有一定分辨率的频谱分析仪上只需显示频谱的中心部分然后调整基准振荡器的频率直到屏幕上出现该频率的信号并与被测信号的载波频率重合一致这样基准振荡器的频率就是被测载波的频率并可在数字频率计上读出注如果方便也可在中频上进行测量结果表示法采用直接测量法条时数字频率计的读数可以人工地或自动地记录为时间的函数应当给出所选用的数字频率计的闸门时间间接测量法条不适合自动记录读数但可用人工记录将射频频率表示成

7、时间调制电平调制频率或任何其他相应变量的函数要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容单个或多个载波频率容差测试用的调制信号阻抗或导纳定义和一般考虑卫星通信系统中所用设备的输入和输出阻抗导纳通常可用相对于被测设备的标称阻抗的回波损耗来表示或用电压驻波比来表示阻抗相对于其标称值的回波损耗由下式给出或由下式给出式中为阻抗相对于标称值的电压反射系数即回波损耗与电压驻波比的关系如下测量方法下列测量方法适用于测量线性装置的回波损耗非线性装置的测量或有外加信号存在时的测量要求采用专门方法这里不做规定可采用扫频法或逐点测量法进行测量逐点测量法需要进行大量的单个测量耗时长两种测量方法都可采用

8、测量线技术或反射计技术采用最佳的测量设备时电压驻波比的测量精度约在以内测量线逐点测量法典型的测量线法的测量设备配置如图所示被测设备在电压驻波比指示器要求的信号电平上应具有线性特性信号发生器通常是调幅的而移动探针包括一个可调的或宽带的二极管检波器电压驻波比指示器通常是一个选频电压表该电压表调谐在调制频率上例如而测量应在有关的整个射频频段上进行测量线扫频测量法典型的测量线扫频测量法的测量设备配置如图所示扫频发生器通常是调幅的而移动探针包括一宽带二极管检波器音频放大器的输出端有一检波器该放大器调谐在调制频率上电压驻波比指示器可以是一个示波器最好是存储型示波器也可以是记录仪测量设备是用失配值为已知的失

9、配负载来校准的示波器的水平扫描对应于发生器的频率扫描而测量是这样进行的检波器在最低射频频率上至少移动半波长频率扫描应当覆盖有关的整个射频频段在任意给定的射频频率对应于横坐标上给定点上由定标线给出的显示包络的最大和最小幅值之比就是该频率上的电压驻波比扫频反射计法典型的扫频反射计法的测量设备配置如图所示用四端口定向网络获得入射功率和反射功率的取样测出每个频率反射系数的幅值为了校准测量设备用短路器来替代被测设备调整衰减器使其模拟已知的回波损耗例如衰减对应于回波损耗这种校准方法比那种必须知道检波律的方法更可取如果在被测频段内入射波的电平非恒定校准时应调整在有关状态下记录校准线注定向网络的方向性超过被测

10、回波损耗的程度决定了可达到的精度例如方向性能使被测的回波损耗的测量精度达到能同时测量幅度和相位的反射计可用来显示阻抗圆图结果表示法测量结果应以曲线或带标度的示波器显示的图形照片或记录仪绘制的曲线图表示当结果不用图形表示时应按下例表示在频率范围内回波损耗大于应给出各种情况下测试结果的最大误差要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容标称阻抗允许的最小回波损耗频率范围电平和增益定义本标准使用的电平功率增益插入增益或损耗和隔离度的定义如下电平在卫星通信地球站中对射频而言电平通常指的是功率输入电平定义为信号发生器传送到被测设备输入端的功率该发生器的输出阻抗与被测设备端口的标称阻抗相匹

11、配注如果被测设备与发生器阻抗不匹配则传输至被测设备的功率就不是最大值输出电平定义为被测设备输出到负载的功率该负载与被测设备输出端口的标称阻抗相匹配功率增益设备或分系统的功率增益的定义为输出电平与输入电平之比如果被测设备是非线性的应指出功率增益的条件例如是饱和功率增益或是小信号功率增益如果以分贝表示的功率增益为一负数通常应改变符号并称之为损耗注天线功率增益的定义参见本系列标准第二部分第二节天线包括馈源网络插入增益设备或分系统的插入增益定义为当负载直接接到实际信号源上所吸收的功率和当同一负载通过被测设备接到同一信号源上所吸收的功率二者之比以分贝表示的插入增益为如果用分贝表示的插入增益为一负数通常改

12、变其符号并称之为插入损耗隔离度器件的两端口之间器件两端口之间的隔离度定义为所有端口都接标称阻抗时一端口入射波的电平与该入射波泄漏在另一端口的电平之比用分贝表示测量方法功率电平用功率计测量有时用具有标称阻抗的已校准二级管检波器测量二极管通常装在一支架中该支架用以实现匹配并在宽的射频带宽上获得均匀频率响应但检波器的灵敏度不高并且要求没有任何明显的干扰信号以获得最高精度采用说明原文误为射频功率计测量头的实际阻抗接近其标称阻抗这些测量头非常适合于测量被测端口的资用功率功率计可用于测量从不到一微瓦到数瓦的功率如遇到较大功率时可用相应额定功率的精密衰减器和或已校准的定向耦合器来扩大量程当要求较高灵敏度或者

13、测量端口有杂散信号存在时可采用如选频电平表或经过适当校准的频谱分析仪等其他方法注当被测信号通过一波导时可能会发生波模转换即部分功率转换为主模以外的其他模在这种情况下就要求用波模转换器来保证测量的是射频信号的总功率但是通常接收到的主模功率是足够的见条输入电平输入测试信号的电平应在具有标称阻抗的负载上获得信号发生器的输出直接接到被测设备的输入端而无需再调整电平该负载相对于标称阻抗的回波损耗应优于注采用先进仪器时可能无需上述步骤这些仪器通常以匹配负载两端的电动势或电位差来校准输出电平低电平测量将带有载波电平表的高灵敏度和高选择性的接收机通过一匹配的可变衰减器接到被测端口上为了确保接收机处于不饱和状态

14、当减小衰减器的衰减量时电平表读数应随着输入信号电平的变化线性地增大然后调整衰减器使电平表得到适当的读数并记录该数值用一输出功率已知的信号发生器替代被测设备并把发生器调在与接收机相同的频率上调整精密可变衰减器可以是发生器内部的或为外部的使电平表读数与上述记录的读数相同这时信号发生器的功率输出减去衰减器的衰减值就等于被测端口的功率输出高电平测量在被测端口和负载之间接入一校准好的定向耦合器如果需要可在功率计前面的定向耦合器测量臂上接入校准好的衰减器和合适的滤波器以消除杂散信号谐波或其他无用载波应考虑到所用的定向耦合器和任何衰减器的总插入损耗对得出的读数予以修正增益衰减和隔离度的测量增益衰减和隔离度都

15、可用合适的电平表采用直接校准法或用和条所述的替代法进行测量测量隔离度的方法是在一有关端口加上信号然后测量第二个端口由其引起的信号电平测量应当在所有其他端口都端接其标称阻抗的情况下进行任何无用信号的电平应该是可以忽略不计的用射频替代法测量典型测量设备配置如图所示该图指的是一种特殊情况采用调幅的扫频信号发生器和负载阻抗均与传输线的标称阻抗相匹配来测量作为频率函数的损耗显示装置既可以是记录仪也可以是如图中虚线所示的双线示波器将扫描电压加到显示装置的放大器上采用记录仪时扫描速率应与记录仪的移动速率一致信号发生器输出端口的射频信号由一音频信号例如进行调幅并且在规定的频率范围内同时进行扫描射频检波器的输出

16、为原来的低频信号该信号由一低频放大器检波器分离放大和检波采用对数放大器能方便地显示大的插入损耗变化低频信号的幅度与射频检波器输入端口的射频信号大小有关也与插入损耗有关这个低频信号加到记录仪的放大器端或者加到示波器的一个输入端一个附加检波器用来监视加到被测设备的射频输入电平的任何变化此外该检波器可用来自动控制射频信号发生器的输出电平并用示波器的第二个输入端检验加到被测设备的信号是否保持恒定注记录仪也可用来检验被测设备的输入电平是否保持恒定其方法是将放大器检波器的输入端接到监视检波器的输出端在进行任何测量之前测量设备都应当进行校准方法是将输出耦合器直接接到输入耦合器上如图所示的点和点精密可变衰减器

17、根据进行电平校准的要求调至各种不同的值例如等扫频信号发生器调至各固定频率点上调整精密可变衰减器以建立这些频率点上的电平校准将被测设备接在图所示的测量设备配置图中的点和点之间并将衰减器置于校准过程中的最小值位置然后绘制出被测设备的插入损耗对频率的变化曲线假定用一隔离器替代输出耦合器并保证全部输出功率通过可变精密衰减器和检波器则这种方法可用来测量高达的损耗值用中频替代法测量采用基于扫频技术的商品化测量设备测量增益插入损耗或回波损耗模数和角这种测量设备利用在宽动态范围例如内为线性的混频器将两种信号供测插入损耗的输入信号和输出信号以及供测回波损耗的入射信号和反射信号都变成中频信号例如并在中频上用替代法

18、进行测量上述这些混频器在频率范围内具有均匀响应采用这种测量设备能在宽范围内确定绝对损耗其精度为并能测量范围内的宽带频率响应精度为采用这种类型设备时应严格遵循制造厂家的说明书以获得最高精度其结果可用表头记录仪或示波器显示的增益损耗与频率的关系曲线来表示结果表示法规定频率上的增益损耗或电平应根据需要用分贝数或相对于给定功率的分贝数来表示如果测量中所用的射频传输线能传输多种模式时则应当指出结果所适用的特定的单一模式或多种模式要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容电平增益和损耗频率范围使用的测量方法条和条振幅频率特性定义和一般考虑振幅频率特性是当输入信号电平保持恒定时输出电平对基

19、准电平之比用分贝表示与频率的关系曲线基准电平为基准频率通常定为频带中心频率上的输出电平输入信号的频率与输出信号的频率可以相差一固定值该定义只适用于线性或近似线性的网络非线性网络不包括在内测量方法优先采用扫频法进行测量也可采用逐点测量法但比较费时并且被测量在选定的频率点之间可能会发生变化而这些变化可能未被检测出来这两种方法都可采用上述射频或中频替代技术测量中可采用变频器条件为它们的固有误差是可容许的保护措施与条类似结果表示法采用扫频法进行测量时测量结果应用显示图形的照片或记录仪绘制的曲线表示当结果不用图形表示时应按下例表示振幅频率特性在范围内相对于的振幅在之内采用逐点测量法时测量结果可以列表或按

20、上述方法表示当测出的特性存在明显的波动时应指出它们的幅度峰峰值分贝及其对应的频带要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容允许的幅度变化频率范围基准频率群时延频率特性定义和一般考虑对于线性网络传递函数可写成式中线性网络的振幅频率特性线性网络的相位频率特性如输出信号滞后于输入信号则认为是正值网络的群时延定义为对的一阶导数即单位为秒对于中频和射频其定义相同通常需要测量的是群时延变化此群时延变化是上述群时延和基准频率群时延之差测量方法有两种测量方法第一种方法是采用一个在规定频率范围内扫频的调频射频信号第二种方法是采用一扫频的调幅射频信号但这种方法不适用于高度非线性网络调频法调频法通

21、常采用一个在规定频率范围内扫频的调频射频信号该信号通常由一类似的中频信号通过变频得到实际是在中频上进行测量如本系列标准第一部分第三节中频范围内的测量中第条所述但需要采用宽带线性上变频器和下变频器以使被测射频设备与中频信号发生器和接收机的频率范围相适应这需要进行两次测量一次是测量设备自环连接确定其残余群时延另一次是插入被测设备测定其总的群时延然后从总群时延中减去残余群时延则得出被测设备的群时延上变频器和下变频器的射频端口的阻抗应当非常接近它们的标称值以使变频器用长传输线互连时群时延波动最小不注意这一点就可能出现误差因为在最初的校准中没有计入被测设备的等效传输线长度的影响这些变频器在其中频和射频端

22、口之间应以线性方式工作此外上变频器输出射频端口应接入一射频带通滤波器以保证只有上边带或下边带加到被测设备上如果被测设备本身就是一射频带通滤波器则该滤波器可省略不用调幅法如图所示调幅法是用一幅度调制器例如二极管以之间的频率对射频扫频信号发生器的输出进行正弦调制在此之前信号发生器的输出电平应保持恒定该信号由接在被测设备输出端口的宽带检波器解调然后加到鉴相器中使其相位与原始调制信号的相位进行比较宽带检波器输出端的调制信号相位应与宽带检波器的射频输入电平无关鉴相器的输出则与群时延变化成比例结果表示法群时延频率特性应优先以频率为横坐标的示波器显示曲线图来表示其表示法应与本系列标准第一部分第三节中频范围内

23、的测量中图的表示方法相类似当结果不用图形表示时应按下例表示在的频率范围内总群时延变化为当测得的特性曲线存在明显的波动时应指出它们的幅度峰峰值毫微秒及其对应的频带如果载波频率两侧的群时延频率特性能用有限级数项足够精确地表示出来就可用幂级数项的展开式来表示而无须显示出特性曲线这些项的系数可由测得的响应特性算出并根据情况用表示要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容要求的射频带宽调制测量频率要求的射频带宽内允许的群时延变化使用的测量方法或条多载波互调比定义当两个或两个以上规定频率的信号通过一非线性网络在输出端产生一规定的相同的电平时每一互调产物的多载波互调比就是该产物的电平与上述

24、规定的相同输出电平之比通常简称为互调比测量方法所用的测量设备配置如图所示由校准的信号发生器和输出的射频信号通过四端口接头相加合成信号加到被测设备的输入端耦合度为已知的定向耦合器与功率计一起可用以检查该信号的电平发生器和的内部衰减器不能提供足够去耦为了避免两个信号发生器通过接头互相影响因此发生器和的输出端和接头的输入端之间必须插入衰减器或隔离器被测设备通过一匹配阻抗加载定向耦合器对输出端信号的一部分取样并加到接头的一个端口上频谱分析仪通过接头同耦合器的输出端和基准信号发生器的输出端相连接有时需要在频谱分析仪的输入端插入一个隔离器或衰减器为了避免测量误差频谱分析仪应有适当的动态范围和互调比在有关的

25、整个频段的不同频率上进行测量调整加到被测设备的每个信号的电平使之得到规定的输出电平在明显增益压缩时除外见注基准信号发生器用来确定由频谱分析仪显示的互调产物的频率如果需要也可用来测量这些互调产物的电平注如果被测设备的增益在规定的频段内不是均匀的那么上述测量程序就要求不同的输入信号电平如果所加信号各频率的输出电平是不相等的就取最小电平为基准电平如果被测设备呈现明显的增益压缩则可将每个互调产物的电平与由规定的相同输入电平得到的输出电平相比较结果表示法测量结果应当表示为每个互调产物的电平与被测设备输出端任一测试信号电平之比值以分贝表示这些结果应用频谱分析仪显示每个测试信号电平时的照片来表示和或用每个单

26、独的互调产物的互调比分贝与测试信号输出电平的关系曲线图表示要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容同时输入的测试信号的频率这些测试信号的输出电平或电平范围要测量的互调产物允许的互调比的最大值调幅调相转换系数定义调幅调相转换系数的定义为当输入频率给定时输出信号的相移对输入信号电平的一阶导数以度分贝表示测量方法调幅调相转换可用静态法测量也可用动态法测量静态法测量设备配置如图所示其中采用一合适的相位计例如网络分析仪或矢量电压表用来检测被测设备由规定的输入信号电平变化例如引起的输出信号的相位变化进行测量之前应当确定测量设备本身特别是测试衰减器和相位计由于电平变化引起的相移误差为使测

27、量设备造成的相移最小应采用合适的衰减器例如旋转式精密衰减器动态法典型测量设备配置如图所示它基本上是用于测量基带内微分增益失真的装置为了能在射频频段进行测量就需要频率调制器和解调器与上变频器和下变频器合用这些设备的残余调幅调相转换值与被测值相比较应该是小到可以忽略不计的将一群时延频率特性为准确已知的测试网络从被测设备输入端交替地插入和移去记下解调测试信号幅度的相对变化然后就可由下列方程求出调幅调相转换系数式中基带测试频率测试网络的群时延频率特性的一阶导数其中角频率以表示所加射频信号的角频率该测试网络通常具有一抛物线群时延频率特性在这种情况下和两者都与相对于中心频率的频率差成比例则方程可以简化成式

28、中随频率变化的曲线斜率抛物线群时延系数测试频率调幅调相转换系数应当注意方程只有当值为常数情况下适用正的调幅调相转换系数相应于由正的采用说明标准中采用符号本标准中采用表示调幅调相转换系数后者在国内外比较通用幅度调制引起滞后的相位调制综上所述调幅调相转换系数的误差由和的精度决定因而这些量的确定应使其误差可以忽略如果测试频率太低则测量设备的灵敏度就不够反之如果频率太高将造成大的误差最佳测试频率取决于被测设备的带宽通常的取值在之间比较合适结果表示法测量结果以度分贝表示最好用每一给定频率上的调幅调相转换系数对输入信号电平的关系曲线图来表示要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容使用的

29、测量方法见条或条输入射频信号的电平和频率允许的调幅调相转换系数的最大值杂散信号包括谐波定义杂散信号杂散信号为除互调产物以外的无用信号谐波频率为有用信号频率倍的信号称为谐波其中为整数测量方法测量方法取决于杂散信号是带内的还是带外的带内杂散信号一种适用的测量设备配置如图所示其中可用选频电平表来替代频谱分析仪如果被测设备的输出电平较低例如低于可用合适的低噪声放大器将输出放大到对频谱分析仪合适的电平但要注意此输入信号电平不应大到使频谱分析仪内产生明显的互调产物频谱分析仪的动态范围不应小于并且应当考虑到测量设备振幅频率特性的任何不均匀性的影响在射频载波有可能导致频谱分析仪过载的情况下应采用图所示的测量设

30、备配置带外杂散信号图所示的测量设备配置也可用来测量带外杂散信号如果频谱分析仪出现过载就应采用图所示的设备配置方法替代带通滤波器的带宽应小于被测设备的额定带宽带通滤波器调谐在规定的输出频率上并以小到可以忽略的损耗将被测信号反射到频谱分析仪其精度受到环行器特性和滤波器反射特性的限制当带外信号频率很高以致射频馈线中有多种传播模式存在时应采用条测量谐波的方法除用短路器连接环行器端口的办法进行频谱分析仪校准外条完全适用应注意将带通滤波器和标准终端负载接到环行器端口后频谱分析仪所显示的载波电平应大大减小例如减小谐波测量谐波时可采用图所示的测量设备配置和条的规定另外在谐波频率上频谱分析仪或选频电平表的输入阻

31、抗应与被测设备的阻抗相同若被测设备的输出电路是波导那么就要求有一个或几个合适的波模转换器结果表示法测量结果最好用有垂直和水平校准刻度的频谱分析仪的显示图形的照片表示或用记录仪的记录图表示如果采用选频电平表应指出其带宽并指出杂散信号的频率和电平要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容未调载波的电平和频率被测杂散信号的频率范围允许的最大杂散信号电平需要进行谐波测量的点图测量未调制射频载波频率的设备配置图测量已调制射频载波频率的设备配置注被测设备可以是一个中频调制器上变频器也可以是一个直接调制的射频发射机图用测量线逐点测量电压驻波比的典型设备配置图用测量线扫频测量电压驻波比的典型设备配置图用反射计测量回波损耗的典型设备配置图测量射频增益或损耗的典型设备配置图调幅法测量群时延频率特性的设备配置图测量多载波互调比的设备配置图静态法测量调幅调相转换系数的设备配置图动态法测量调幅调相转换系数的设备配置图测量带内杂散射频信号的设备配置图测量带外杂散射频信号的设备配置附加说明本标准由电子工业部第五十四研究所负责起草