GB 4958.14-1992 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 第一部分： 分系统和仿真无线电接力系统通用的测量 第二节 射频范围的测量.pdf

1、中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分 分系统和仿真无线电接力系统通用的测量第二节 射频范围的测量发布 实施国家技术监督局 发布中华人民共和国国家标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分 分系统和仿真无线电接力系统通用的测量第二节 射频范围的测量国家技术监督局 批准 实施本标准为地面无线电接力系统所用设备的测量方法系列标准之一本标准等效采用国际标准 地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分分系统和仿真无线电接力系统通用的测量第二节射频范围的测量主题内容与适用范围本标准规定了有关地面无线电接力系统中分系统和仿真无线电接力系统射频范围的基本测量方法本标准适用

2、于测量下列各参量载波频率阻抗电平振幅频率特性群时延频率特性微分增益和微分相位特性寄生信号 包括谐波引用标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分 分系统和仿真系统通用的测量第三节中频范围的测量地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分分系统和仿真无线电接力系统通用的测量第四节基带范围的测量地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分 分系统的测量第四节频率调制机地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分 分系统的测量第五节频率解调机通论对于下述各种测量不可能要求事先充分叙述在所有情况下要获得容许精度的定量测量结果应注意些什么为此下面仅论及一些通常所关心的问题在使用测量信号的端口处不应

3、忽略寄生信号包括谐波 的存在这些寄生信号可能干扰测量设备本身的使用或者干扰仿真系统及被测分系统应该去掉在测量端口处的不希望有的信号 虽然他们的幅值可能还不足以影响测量设备但可能改变被测的射频特性 例如由于热的产生不应改变包括铁氧体隔离器以及环行器在内的部件的机械固定或射频屏蔽的位置 除非有理由肯定改变后的总性能能充分代表被测仿真系统或分系统的性能在下面各章中将不提及如何防护测量装置以免可能受到射频干扰所需要的一些方法当进行扫频测量时 测试接收机选频放大器幅度检波器以及示波器 的通带大约是扫描重复频率的 倍与扫频信号的波形有关指导测量的任务是按照需要来安排测量设备从而使测量误差保持在容许限度内当

4、提供下面各章所述的测量结果时宜用一张实际使用的测量框图表明负载隔离器低通滤波器以及其它部件 并列出所用各种仪器的型号及衰减器的额定功率还应说明测量精度及误差来源如有不明确的地方亦应加以说明载波频率载频定义和一般考虑载波频率是射频信号频谱中的频率 这种频率可以用信息信号来调制 通常载频是在没有调制情况下测量的假如使用能量扩散则该载频测量结果无效注 载波频率在 关于射频信道配置的建议中用 或 表示在仿真系统中载频可以在端站发信机输出处测量或者经过多个外差式接力站传输后在接力站发信机输出处测量后者由于频率改变的次数以及本地振荡器的频率误差而会有不同的数值测量方法测量未调制载波频率的一般框图表示在图

5、中假如存在寄生信号就需要加带通滤波器假如频率计的电平范围小于测量所需的电平范围就需要加衰减器在作任何测量之前被测设备和测量设备本身都应达到热稳定图 测量未调制射频载波频率的框图被测设备 带通滤波器 需要时 衰减器数字频率计 记录仪 任选数字频率计的读数和它的累积时间有关是在某一时间间隔例如 内读出的记录仪可以用来记录数字频率计的一系列读数实用上近一百个读数就足够了这个数量和噪声是否存在以及噪声是否调制了这个信号还是叠加在它上面有关 通常在几个测量间隙上平均起来的统计系列分析证明其测量结果有重复性注 只要数字频率计不引入与调制信号频率及频偏有关的误差 上面的方法在射频载波被基带信号调制时也可以应

6、用 数字频率计的平均间隔应该超过调制频率 个周期测量结果的表示数字频率计的读数应该作为时间的函数人工地或自动地记录下来 数字频率计的累积时间应给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目载波频率容许偏差阻抗的测量定义和一般考虑用于无线电接力系统中的设备其输入或输出阻抗通常用相对于被测设备标称阻抗值的回波损耗或电压驻波比来表示阻抗 相对于其标称阻抗值 的回波损耗 由下式给出或表示为式中 为阻抗 相对于 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面的测量方法只适用于测量线性器件的回波损耗或电压驻波比 测量非线性器件或存在外加信号时 则需要一些专门的方法此处不再给出

7、测量可以用逐点法或扫频法进行逐点法需要大量测量因而时间浪费较大不论哪一种方法都可应用测量线或反射计技术 用最好的技术设备测量电压驻波比其精确度可以达到 以下测量线逐点法测量线逐点法的典型测量框图表示在图 上被测设备对需要使用在电压驻波比指示器上的射频信号电平是线性的 信号发生器通常是调幅的 可移动探头包括一个可调的或者一个宽带的二极管检波器电压驻波比指示器通常是一个调谐在调制频率 例如 上的选频放大器 测量应该在所需的全部射频段上进行图 用测量线逐点法测量电压驻波比的典型框图已调制的射频信号发生器 低通滤波器 射频衰减器带有移动探头和检波器的测量线 被测设备电压驻波比指示器测量线扫频法测量线扫

8、频法的典型测量框图表示在图 上扫频信号发生器是调幅的可移动探头有一个宽带二极管检波器 选频放大器输出端有一个检波器并且调谐在调制频率上 电压驻波比指示器可以是示波器存贮式的更好 或者是一台 记录仪测量设备可以用已知失配值的负载来校验 示波器的水平扫描相应于扫频信号发生器的频率扫描 在射频的最低端测量时 检波器至少得移动半个波长 频率扫描应包括所需的全部射频频段在任何一个已给射频频率上 相应于在横坐标上的一个已给点 所显示的用标定线标出的包络线其最大和最小幅值的比值就是在该频率上的电压驻波比图 用测量线扫频法测量电压驻波比的典型框图已调制的扫频信号发生器 低通滤波器和定向耦合器 射频衰减器 带有

9、移动探头和检波器的测量线 被测设备 已校正的存贮示波器选频放大器和检波器 自动电平控制检波器反射计扫频法反射计扫频法的典型测量框图表示在图 上入射功率和反射功率的取样可以用一个四端方向网络来得到从这些入射功率和反射功率的取样中 就可以测出每一个频率上的反射系数的模为了校正该测量设备被测设备可用短路线来代替 用衰减器模拟已知的回波损耗例如 衰减量就相应于 回波损耗 这种校正方法比需要知道检波器规律的方法更好些假如入射波电平不是常数 校正线就不是水平的 把校正曲线记录下来并写入 测量结果的表示中用调节示波器增益的方法可使整个扫频频段中回波损耗的变化很容易地测量出来注 方向网络的方向性超过被测回波损

10、耗的范围确定了可获得的精确度 例如具有 的方向性 当测量回波损耗时 可获得的精度限于能够作振幅和相位测量的反射计可用来在司密斯图上显示测量结果图 用反射计测量回波损耗的典型框图扫频仪 射频隔离器 低通滤波器 端定向耦合器 反射计被测设备 示波器 检波器 可变射频衰减器检波器和滤波器测量结果的表示该测量结果应该用示波器显示的曲线或照片并带有标定线来表示或复制成 曲线来表示当测量结果不用图形表示时 应该按下面的例子给出在 频率范围内的回波损耗大于换句话说电压驻波比应在所需的整个频率范围内给出应给出测量结果的最大误差要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目标称阻抗允许的最小回波损耗或最大电

11、压驻波比频率范围电平测量定义和一般考虑在地面无线电接力系统所使用的射频范围内 电平一词通常是指功率而言 本条的目的是对电平功率增益插入增益或损耗 以及隔离给以定义输入电平输入电平定义为信号发生器输送到被测设备的功率 该信号发生器具有一个和被测设备标称输入阻抗 相匹配的输出阻抗注 假如被测设备和信号发生器不匹配 则输送的功率不是最大值输出电平输出电平定义为被测设备送到负载的功率该负载和设备输出端口的标称传输线特性阻抗相匹配功率增益设备或分系统的功率增益定义为输出电平对输入电平的比值用分贝表示假如被测设备是非线性的 则功率增益应给以说明 例如是饱和功率增益还是小信号功率增益 假如用分贝表示的功率增

12、益是一个负值通常改变符号而取数值作为损耗插入增益设备或分系统的插入增益定义为在下面二种情况下实际负载吸收功率的比值当负载直接连接到功率源所吸收的功率当同样的负载通过被测设备连接到同样的功率源所吸收的功率则用分贝表示的插入增益为假如用分贝表示的插入增益是一个负值通常改变符号而取数值作为损耗隔离一个器件的两个端口之间设备两端口之间的隔离定义为当所有端口都接有标称阻抗时 一端口上的入射波电平与该波在另一端口上的电平的比值 用分贝来表示测量方法功率电平可以用功率计来测量射频功率计探头的阻抗接近于他们的标称阻抗射频功率计非常适合于测量被测端口的资用功率 功率计可以用来测量从小于 到几瓦的功率 假如测量较

13、大功率则可以使用精密衰减器或者校正了的具有合适功率比的定向耦合器往上扩展量程当需要较高灵敏度或者在测量端有寄生信号时可以使用其他方法例如选频电平表或者适当校正了的频谱分析仪注 当被测信号经过波导而产生模式变换时 亦即部分功率转变成基模以外的其他模式时 就需要用模式变换器来保证能测量到射频信号的全部功率 然而通常接收到的基模功率已是足够的了输入电平输入测量信号电平应该在信号发生器的输出端并联一个标称阻抗为 的终端负载来测量 然后信号发生器的输出端转接到被测设备的输入端时电平不再进一步调整 相应于标称阻抗 的终端负载其回波损耗应大于注 前面的一些程序对现代仪器来说也许不需要了 因为这些仪器通常用并

14、联在匹配负载上的电动势或电位差来校正输出电平低电平测试一台灵敏的和有选择性的接收机并带有载频电平表通过一个匹配的可变衰减器连接到被测端口为了保证接收机不饱和应该注意到当衰减器减小时表的读数要正比于信号的输入电平而改变然后把衰减器调到一个合适的读数并把该读数记录下来被测设备用一个已知输出功率的信号发生器来代替该信号发生器和接收机调在同一频率上 并用一只校正了的精密可变衰减器可以放在信号发生器内部也可以放在外部调到和前面记录下来的表头读数一样则信号发生器的输出功率 考虑到衰减器的衰减量 将等于被测设备端口的输出功率也可用频谱分析仪来代替接收机高电平测量将定向耦合器经过校正连接到被测端口和匹配负载之

15、间将功率计连到方向耦合器的测量臂来测量功率如果需要可把经过校正的衰减器和合适的滤波器 去掉寄生 谐波或其他不需要的载波 连接在功率计和方向耦合器测量臂之间读数应考虑到定向耦合器和衰减器的全部插入损耗增益损耗及隔离测量增益损耗和隔离均可用合适的电平表来测量测量隔离的方法是把一个信号加到适当的端口然后测量另一端口的信号电平测量时所有其他端口都应端接标称阻抗任何不需要的信号电平都应小到可以忽略不计测量插入增益或损耗与频率的函数关系的典型框图表示在图 上显示装置可以是 记录仪或者双踪示波器扫描电压送至显示装置的 放大器上 当用 记录仪时 扫描速率应该和它的转换速率一致扫频信号发生器输出端的射频信号用低

16、频信号例如 调幅 并且在整个给定的频率范围上同时扫描图 测量射频插入增益及损耗的典型框图已调制的扫频信号发生器 射频隔离器 输入定向耦合器 被测设备输出定向耦合器 射频负载 记录仪 监测器检波器低通滤波器 示波器 任选 精密射频可变衰减器射频检波器 低频对数放大器和检波器射频检波器的输出是一个低频信号该信号用低频对数放大器检波器加以放大和检波 采用对数放大器是为了方便地显示大的插入损耗变化 低频信号的幅值和在射频检波器上的射频信号有关因而和插入增益 或损耗 有关 已检波的低频输入信号则送至记录仪的 放大器或示波器的 输入 并可用另一个检波器来监测送至被测设备的射频输入电平 该检波器也可用来自动

17、控制扫频信号发生器的输出电平 并应用示波器的另一 输入来检验输入至被测设备的信号是否保持不变注 也可用 记录仪来检验输入至被测设备的电平是否保持不变 只要把低频对数放大器检波器的输入接到监测器检波器的输出在测量之前把输出定向耦合器直接连接到输入定向耦合器如图 中把 点和 点连接起来将扫频信号发生器放置在需要的固定频率上用精密可变衰减器在这些频率上对所需的各种数值 例如或 等等进行电平校正然后把被测设备接入 两点之间把衰减器放置在校正过程中的最低值把被测设备的插入增益或损耗 对应于频率表示出来在图 的测量框图中应用了一个定向耦合器来测量输出功率对于低输出功率插入增益的测量或插入损耗的测量该定向耦

18、合器和匹配负载可以用一个单向器来代替 该单向器把被测设备和射频可变衰减器连接起来用扫频法测量插入增益或损耗或回波损耗 模数和角度可用组合式仪器比较合适 这种设备应用一个宽动态范围 例如 的线性混频器把二个信号对插入增益或损耗而言是输入信号和输出信号 对回波损耗而言是入射信号和反射信号 外差成低中频 例如 这种混频器在大约频率范围内有着均匀的频率响应使用这样的测量设备 在测量增益或损耗时有可能在宽范围内 例如 获得 的精确度在测量宽带频率响应时有可能在任何 范围内获得 的精确度 该测量结果可以用记录仪或示波器显示出来测量结果的表示在给定频率上的增益损耗或电平应该用分贝来表示或按照需要用相对于一定

19、功率的分贝来表示假如测量所使用的射频传输线能激励起多模型式 则指定的模式或测量结果使用的一些模式应给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目电平增益或损耗频率范围振幅频率特性定义和一般考虑振幅频率特性是在输入电平不变的情况下 输出电平相对于参考电平的比值以分贝表示与频率的关系曲线 通常这个参考电平是给定频率上的输出电平该定义仅用于线性或几乎线性的网络中不适用于非线性网络测量方法测量最好用扫频法在扫频法中把扫频信号发生器的输出接到被测设备的输入端 被测设备的输出端则送到一个具有平坦振幅频率特性的宽带检波器或跟踪选频表也可以用逐点法测量测量结果的表示对于扫频测量 应提供显示照片或复

20、制的 曲线 当测量不用图形表示时应该按下面的例子给出在 频率范围内的振幅频率特性 相应于 处的振幅 为逐点测量可以用表格或上面规定的那样表示当纹波分量容易在被测特性中识别时则它们的振幅 以及他们的周期 应给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目允许的振幅变化量允许的振幅变化率频率范围参考频率群时延 频率特性定义和一般考虑线性网络的变换函数可以写成式中 振幅 频率特性相位频率特性如输出信号滞后于输入信号则认为是正线性网络的群时延 定义为相位 对 的一阶导数 即用秒表示该定义对于中频和射频是一样的通常测量群时延变化量即上述的群时延和在参考频率上的群时延之差测量方法使用在给定频率范

21、围内扫描的调频射频信号进行测量 这种信号通常用相似于中频信号的频率变换来得到事实上这种测量是在中频下进行的见 第 条 为了使被测射频设备适应于中频信号发生器和接收机的频率范围需要应用线性宽带上变频器和下变频器需要进行两种测量一种是为了确定测量设备的剩余群时延而把测量设备自环起来的测量 另一种是为了获得全部群时延而把被测设备接入的测量被测设备的群时延等于全部群时延减去剩余群时延当变频器用一根传输线互相连接起来时为了将群时延纹波减到最小 上变频器和下变频器射频接口的阻抗和它们的标称值要非常接近不注意这一点 误差就会增加因为在最初的校准中没有包括被测设备的等效传输线长度变频器的中频和射频端口之间应该

22、是线性的另外在上变频器射频输出端口的射频带通滤波器应保证只有上边带或下边带通过被测设备 射频带通滤波器本身应具有平坦的群时延频率特性 或者借助于合适的均衡器使群时延特性具有平坦的频率响应 在某些情况下 均衡器可以合并在被测设备的中频或高频部分 假如被测设备是一只射频带通滤波器 则上面提到的滤波器和均衡器可以省掉注 可以应用矢量电压表或网络分析仪的方法测量结果的表示群时延 频率特性最好表示为示波器显示的图形 并以频率作为横坐标相似于图 所示图 群时延频率特性示波器显示图例当测量结果不用图形表示时 应该按下面的例子给出在 频率范围内的总时延变化量为当纹波分量容易在被测特性中识别时他们的数值 和他们

23、的周期 应给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目所需的射频带宽调制测量频率在所需的射频带宽内允许的群时延变化量在所需的射频带宽内允许的群时延斜率微分增益和微分相位特性定义和一般考虑在小容量无线电接力系统中测量射频分系统两端口之间的振幅 频率特性 见第 章 和群时延频率特性见第 章一般足以评价由设备所引入的基带失真而非线性效应 即调幅调相转换 通常是可以忽略的 然而在容量接近或大于 路的无线电接力系统中调频信号的非线性失真就变得很重要因此除了要测量群时延特性外还需要测量微分增益和相位注 当使用的载波间隔比 建议的载波间隔还小时 小于上述容量的系统也可能要求测量微分增益和相位微

24、分增益 和微分相位 最初是为有基带输入端与基带输出端的设备规定的定义 见第 及 条 借助于在中频测量调制机中增加一个上变频器以及在中频测量解调机中增加一个下变频器 可以把高频小幅度测试信号和低频大幅度扫描信号通过被测设备同时传输的这个基本定义扩展到射频设备中去可以用直接射频测量调制器来代替上变频器和中频调制机这些附加的东西应具有比被测设备小得多的 和 失真中频测量调制机和解调机的定义给出在 及 中 为了测量目的的上下变频器将在下面的条文中讨论 和 响应的意义测量频率的选择以及测量设备的校准将在 第 章中讨论 这些考虑也适用于射频分系统的测量测量通常包括非线性网络的调幅调相转换和前级线性网络的群

25、时延斜率两部分的综合影响为此 应当记住整个 响应不能从个别的 测量来确定所以当进行射频分系统的 和 测量时 必须要测量具有线性和非线性失真的级联分系统 例如一个通道滤波器和一个输出放大器 的全部微分增益和相位注 对于级联的线性和非线性网络 被测的 和 与网络参数之间的数学关系在 附录 中给出 这些关系式通常也适用于射频串接网络 然而 当串接有特殊的放大器 如锁相环放大器 分频一倍频放大器 时 被测的 和 特性不能直接应用来估价由被测设备引入的基带失真测量方法在射频频段测量 和 的一种简易框图表示在图 上该框图有一个适合于在中频频段测量和 的线路分析仪 见 第 条 为了产生射频测量信号并把被测射

26、频设备的输出变换到中频以适合线路分析仪的中频接收机增加了射频扩展部分两种产生射频测量信号的方法表示于图和图 中在图 中一个带有可调谐的本地振荡器的宽带上变频器用来把中频测量信号外差至射频 这种方法只适用于测量用带通滤波器 例如无线电接收机的通道滤波器来抑制出现在变频器输出端某一边带的射频网络为了测量宽带射频网络可用另一种装置 表示在图 中一台微波扫频信号发生器直接用来产生射频测量信号 外接的调频输入端口用线路分析仪的基带扫描和测量信号激励该发生器还使用一个射频测量调制器把被测设备的射频输出转换至中频是用下变频器来完成的 该下变频器包括一个宽带低电平混频器和一个可调的本地振荡器 还使用自动频率控

27、制线路以保证准确的中频输出至线路分析仪的接收部分注 为了保证测量的准确性 需要考虑扫频信号发生器外接调频输入端口的特性测量结果的表示微分增益和相位最好用示波器显示的相片或两个轴作相应校正了的 值来表示 假如有可能可在一张相片上表示出两种特性 另外 特性极限值的差值也可连同适当的扫频范围一并说明使用图 还是图 的测量方法应该给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目测量信号的频度扫描宽度允许的最大微分增益失真 或等效曲率失真允许的最大微分相位失真 度或弧度或等效群时延失真图 应用中频信号上变频器获得射频测量信号的简化框图发射机部分 上变频器 被测设备下变频器 接收机部分图 应用扫

28、频信号发生器获得射频测量信号的测量框图发射机部分 射频信号发生器 被测设备下变频器 接收机部分寄生信号包括谐波定义和一般考虑寄生信号是不需要的信号无论有无输入信号寄生信号都可以在被测设备的输出端处测量谐波是一种信号它的频率为所需信号频率的 倍此外 是大于 的整数用来调制的载频信号作为参考电平 寄生信号电平与该参考电平进行比较测量方法测量方法与寄生信号是否在带内还是在带外以及是否要测量谐波有关带内寄生信号和谐波一个合适的测量框图表示在图 上 在该框图中也可用选频电平表来代替频谱分析仪假如被测设备的输出电平较低例如小于 则可以应用一个低噪声放大器来增加电平以适合频谱分析仪但是要注意避免过大的输入信

29、号电平因为频谱分析仪本身可以引起明显的交调分量频谱分析仪的动态范围应该不小于 并且应该考虑到频谱分析仪幅频特性的不均匀性在射频载波使频谱分析仪过载的情况下图 的测量装置也可以用来测量带内寄生信号只要有合适的滤波器并且考虑到它们的损耗注 测量谐波时 在谐波频率上频谱分析仪或选频电平表的输入阻抗通常应该和被测设备的输出阻抗一样 假如被测设备的输出线路是波导 则需要合适的模式转换器图 测量射频带内寄生信号和谐波的典型框图信号发生器 被测设备 频谱分析仪图 测量射频带外寄生信号不包括谐波的典型框图信号发生器 被测设备 环行器频谱分析仪 带通滤波器标准终端带外寄生信号测量带外寄生信号 不包括谐波的框图表

30、示在图 中带通滤波器的带宽应小于被测设备的标称带宽带通滤波器应该调谐在给定的输出频率上并且在带外频率上它的回波损耗应小到可以忽略不计对于这种测量除了把环行器端口 短接来校正频谱分析仪以外 条的考虑仍然适用 但注意要保证把带通滤波器和标准终端负载连到环行器端口 之后 在频谱分析仪上所指示出的载频响应至少要减少测量结果的表示测量结果最好表示为频谱分析仪显示的照片其垂直和水平轴应相应给以校正假如应用选频电平表就应给出寄生信号的频率和电平频谱分析仪或选频电平表的带宽应给以说明注 当通过模式转换器测量谐波时 转换器的特性应给以说明要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列项目未调制的参考载频的电平和频率测量寄生信号的频率范围带内或带外允许的寄生信号电平所用的频谱分析仪或选频电平表的带宽附加说明本标准由中华人民共和国邮电部提出本标准由邮电部电信传输所归口本标准由邮电部北京通信设备厂负责起草本标准主要起草人沈剑雄吴冠中