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系统通用的测量第三节中频范围的测量发布实施国家标准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系统通用的测量第三节中频范围的测量国家标准局发布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回波损耗阻抗回波损耗和反射系数的关系在无线电接力系统中主要关心的是回波损耗的测量而不是阻抗或反射系数的测量阻抗对它的标称值的回波损耗由下式给出或由下式给出式中是阻抗对的电压反射系数即注根据模拟微波接力通信系统网路接口基本技术要求中频电路的标称阻抗应该是纯阻不平衡回波损耗的测量方法
2、回波损耗的测量方法既可以用逐点测量法也可以用扫频测量法对于后者下面给出一个实例但是这种方法既不是强制性的也不是限制性的任何能达到准确度要求典型值为的替代方法均可采用在这个例子中如图所示要求的仪表如下扫频信号发生器一台测量电桥一个由频率变换器带有分度衰减器的选频放大器和振幅检波器组成的接收单元一个作基准电平的直流电源一台示波器一台电子开关一只频标信号发生器一台扫频法用来测量线性无源装置的回波损耗例如中频设备的输入阻抗它也可以用来在设备的输出端测量回波损耗源阻抗但在测量时电路上应该无信号因而所测电路可以看成是线性无源网络测量期间使用的电缆衰减器转接器的回波损耗以及测量仪表的输入和输出连接器的回波损
3、耗都可以使用同样的方法进行校验测量仪表的一般考虑扫频发生器信号发生器部分包括一个扫描振荡器一个主振荡器和一个他激振荡器主振荡器在中频上扫描他激振荡器的频率等于中频加上选频放大器的工作频率扫频的重复频率可以在范围内选择但需要确保测量仪表有足够的分辨率这个要求意味着接收单元的通频带即选频放大器检波器和示波器的通频带约为这个扫描重复频率的倍扫描振荡器的信号波形最好是三角波或正弦波测量电桥在规定信号电平范围里电桥输出端上的电压必须与被测阻抗的反射系数的大小成正比图所示的电桥网络就是这样的实例标称值的标准阻抗例如可以接在电桥的内部也可以外接可以使用合适的隔离变压器以使测量仪表或被测设备接地或两者同时接地
4、选频放大器由于测量频率的谐波可能影响测量结果的精度建议使用选频放大器因为反射功率与谐波功率常常在同一数量级上接收机的灵敏度接收机能够检波的最小电平应该至少比电桥处于款规定的条件下所期望得到的最小电平低测量程序测量程序包括三个步骤校准检验测量电桥的平衡测量零回波损耗的校准调节主振荡器的输出电平使在电桥的阻抗端上得到所要求的电压必须注意避免使被测设备过荷使电桥的测试臂开路或短路然后调节选频放大器输入端的衰减器使振幅检波器输出端上得到适当的直流电平利用示波器和电子开关将该电平与直流基准电平相比较如图所示当示波器上的两条轨迹重合时则这两个直流电平相等记录此时衰减器上的读数校验测量电桥的平衡将一个标准终
5、端负荷接于电桥的测试臂以代替未知阻抗调节衰减器至示波器荧光屏上的轨迹接近重合以校验电桥的平衡只有当接收机有足够的灵敏度时才可能获得精确的重合不管是出现轨迹重合或是接收机灵敏度达到了极限都应记录此时衰减器上的读数该读数确定了在规定精度范围内所可能测量到的回波损耗的最大值比上述数值小的回波损耗能以的测量精度量出来例如当该值为时可以量出以内的回波损耗值测量精度为回波损耗的测量将未知阻抗接到电桥上调节分度衰减器至示波器上测量轨迹与基准轨迹在频率标志器所指示的规定频率上重合此时衰减器的读数与款所获得的零回波损耗时衰减器上读数之差等于阻抗的回波损耗有源装置输出阻抗的回波损耗测量测量被测设备输出阻抗的回波损
6、耗通常也使用上述测量方法但是更合适的方法正在考虑中结果的表示测量结果优先采用图那样的示波器显示的曲线或照片来表示垂直刻度如图或上下倒转测量结果不能用图形表示的时候其结果应按下例表示在的范围内回波损耗优于输入和输出电平定义和一般考虑输入电平的定义为从一个具有标称值输出电阻的信号发生器传送到一个标称值的电阻性负荷上的均方根值电压或功率注当设备的输入阻抗不是标称值电阻时设备输入端产生的实际电压可能与上述定义的输入电压有些差别被测设备的输出电平的定义为传送到一个标称值电阻性负荷上的均方根值电压成功率测量方法先将信号发生器连接一个阻抗等于被测系统标称阻抗的负荷并将加到负荷上的电压调到规定值然后把信号发生
7、器接到被测系统的输入端测量被测系统的输出电平时要在输出端上接一个标称阻抗的负荷测量输入电平和输出电平使用电压表或电平表电表以对正弦波输入信号均方根值电压刻度或以相对于的分贝值刻度测量应在中频标称中心频率上进行测量仪表的输入阻抗应与电路的标称阻抗相同如输入阻抗的回波损耗可以用第章中叙述的方法核验如要求准确度为时则仪表的回波损耗应优于为了避免不需要的信号如谐波引入的误差建议接上一个已知其插入损耗的低通滤波器或带通滤波器或者使用选频电压表或选频电平表另外也可以使用功率计如热功率计此时即使较低的回波损耗如也可得到与使用电压表相同的精度如精度应该扣除所用电缆的插入损耗典型值为左右幅频特性定义和一般考虑幅
8、频特性是当输入电平为常数以频率为自变量时代表输出电平与基准电中的比值用表示的曲线注基准电平通常为中频标称中心频率时的输出电平在线性设备上测量的意义与在装有非线性装置的设备测量的意义是不一样的例如装有限幅器的设备或具有自动增益控制的放大器它们前级的幅频特性就会出现压缩有时设备内部装有选频网络致使线性部分和非线性部分不可分对这种情况更精确的测量技术还在考虑中测量方法既可以用逐点测量法也可以用扫频测量法对于后者测量设备布置的例子如图所示测量仪表的一般考虑使用扫频测量法时扫频信号发生器的重复频率扫描信号的波形检波器和示波器的通频带都必须符合款的要求必须注意保证测量结果不受测试信号谐波的影响在开始测量之
9、前应先将信号发生器的输出端接到检波器的输入端包括电缆衰减器和测量所测设备用的其他附件以确定测量装置的固有误差测量程序保持输入电平恒定不变确定设备通带内不同频率时的输出电平既可用条的方法也可用与上述原理一致的方法测量在设备规定的正常输入电平范围里可以在有限个不同输入电平上重复测量测量可以扩大到包括通频带两旁的频率这时测量频率处的信号将明显衰减因此需要使用选频电压表或选频电平表以避免测量频率的谐波所引起的误差注限幅器和具有自动增益控制放大器的测量需要采取特殊措施适当的测量方法在考虑中测量结果的表示测量的结果优先采用示波器的曲线或照片表示如图所示当测量结果不用图形表示时用下例表示幅频特性在范围内平坦
10、到对的基准值的之内的程度这就是说图中纵坐标上最大值与的纵坐标值之差不超过而纵坐标值与纵坐标的最小值之差不超过静态自动增益控制特性定义放大器的静态自动增益控制特性由以输入电平为自变量的输出电平曲线表示输出输入电平均以相对于的分贝数为单位输入信号频率为中频的标称中心值测量方法用信号发生器和选频电平表以相对于的分贝数刻度按规定的方法进行不同输入电平的测量见图如有要求还可以在设备中频通带内的其他频率上重复测量结果的表示测量结果优先采用如图所示的曲线表示当测量结果不用曲线表示时其结果应采用下例表示输入电平在标称值的范围内变化时其输出电平对标称输入电平下之值的变动不超过动态自动增益控制特性测量方法在考虑中
11、群时延频率特性定义和一般考虑线性网络的转移函数可以写成式中代表幅频特性而代表相频特性如输出信号滞后于输入信号则认为是正网络的群时延的定义是对的一次导数即用秒表示群时延变化量的定义为上述群时延与基准频率上群时延之差注非线性网络的群时延变化量的测量方法正在考虑中在线性设备上进行测量与在装有非线性装置的设备上进行测量其意义是不同的例如设备中加入了呈现幅度相位变换效应的限幅器时限幅器前级的群时延频率特性将会改变有时设备的内部设置了选频网络以致线性部分与非线性部分不能分开对这种情况更完善的测量技术正在考虑中测量方法可以用逐点法也可以用扫频法测量图是用扫频法测量的仪表连接图之一例测量仪表的一般考虑测量仪表
12、应满足下列条件调制指数和调制频率要选得合适以保证相应频谱能占据一个适当的带宽在这个适当带宽之内被测网络的振幅和相位特性可以用一条直线来近似与振幅相位转换效应和被测系统的传输容量相比频率调制器产生的寄生调幅应该是可以忽略的频率解调器对寄生调幅应该是不灵敏的为此频率跟踪型解调器特别适合这项测量相位检波器应该对与扫描频率同步的基带测试信号调幅不灵敏当满足上述条件时相位检波器图的输出电压与被测网络的群时延有以下关系式中是相位检波器的斜率单位为伏弧度并且注图中同一个相位检波器除了可以测群时延变化量外还可测相位差如使用的测试频率相位检波器相位差的输出电压将与的群时延变化量的输出电压相同其他的能满足上述条件
13、的测试频率也可用但是为了避免过量噪声影响不应使用太低的测试频率例如在特大容量无线电接力设备中例如路或更大容量非线性网络如行波管放大器限幅器和变频器等的调幅调相转换都可能显著地影响群时延特性在这种情况下测量系统应该从限幅器开始至限幅器结束这些限幅器为被测设备的一部分测量程序图所示的优选的测量方法中频率为的扫频信号和频率为高于的基带测试信号加到高质量的频率调制器的基带输入端产生中频信号在频率调制器里扫频信号以高调制指数基带测试信号以低调制指数进行频率调制将这个已调中频信号加到被测网络然后由一个高质量的频率解调器解调恢复基带测试信号由于该中频信号是在整个中频带宽范围内扫描的所以解调的基带测试信号遭受
14、振幅和相位的变化相位检波器的输出信号与中频群时延成正比测量结果的表示测量结果优先采用图所示的示波器显示的曲线或照片来表示当不能用图形表示时测量结果应采用下例表示在频率范围内总群时延变化量为微分增益和微分相位特性一般考虑在小容量的无线电接力系统中测量被测设备中频端之间的幅频特性见第章和群时延频率特性第章一般便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变得更重要这就是为什么除了测量群时延特性外还需要测量微分增益和微分相位的原因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微
15、分相位微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附录通过所测设备的高频小幅度测试信号与低频大幅度扫描信号的同时传输的这个基本定义可以使用测量调制器和解调器扩大到中频设备测量调制器与解调器从实用来说可以看作是理想的就是说其失真比所测设备要小得多在市场上出售的线路分析仪一类仪表中已经装有见条微分增益和微分相位与被测设备参数及测试频率的关系为了用测量结果更好地评价被测设备各种参数及其随频率而变的影响了解微分增益和微分相位表达式与设备参数如幅频特性曲线群时延频率特性曲线和调幅调相转换系数之间的关系可能是有用的如果被测设备包括一个传递函数仅与频率有关的线性网络和后面跟着含有调幅
16、调相转换的非线性网络则有关的关系由附录中给出检查这些关系就能得出正确解释微分增益和微分相位的测试结果以及正确选择测试频率的结论这些结论可概括如下微分增益和微分相位特性曲线的含义对于呈现平坦幅度特性的实际网络测量只揭示线性网络的群时延特性测量也只评定非线性网络的调幅调相转换和在它前面的线性网络的群时延斜率特性的联合效应这一点可从附录的式子中看出其由幅频响应的导数构成的式第二项和式第一项在平坦响应的情况中是可以忽略的测试频率的选择测量所使用的仪表中测试信号频率可以用开关选择以适应不同要求从附录的式中可以看出值正比于测试频率的平方这样就要求相对高的测试频率一般在范围内以得到足够的灵敏度然而当使用高测
17、试频率例如时要考虑其平均效应值正比于测试频率本身因此灵敏度足够时可以使用相对低的测试频率一般为这些较低的测试频率提供较好的分辨率由于这些考虑测量的结果总是与所使用的测试频率一起表示测试仪表的刻度测试仪表以毫微秒作刻度不管测试频率如何这是线路分析仪类型的仪表在测试频率足够低最高不过大约的一个很通行的办法但在大约以上时则一般要用微分相位的刻度以度或弧度计但要牢记在心不管是怎样刻度的所测参数却总是微分相位见图在线性与非线性网络的级联网络中微分增益和微分相位则取决于线性和非线性两部分的作用所以叫作等效曲率以毫微秒的平方计和等效群时延以毫微秒计测量方法测量中频的简单方框图如图所示被测设备由测量调制器激励
18、扫频信号和测试信号在测量调制器中进行频率调制被测设备的输出信号由测量解调器解调测试信号分量通过调谐到测试信号频率上的带通滤波器分离出来仅仅与被测设备失真有关的输出测试信号的幅度和相位调制分别由包络检波器和相位检波器检出送到阴极射线管的垂直偏转显示和水平偏转是由被解调的扫频信号产生扫频信号由测量解调器馈送给低通滤波器后得到注商用测量仪表通常称为线路分析仪提供如图虚线里面所示的设备这样的测量仪表通常包括校准垂直和水平显示轴的附加设备开关位于测量的位置时图就基本上与第章测量群时延所描述的连接方框图相同但是第章给出的方框图中水平偏转直接由信号发生器的扫描信号驱动线路分析仪中却不使用这种方法因为测量仪表
19、的发送部分与接收部分分别安放在两个站上时将不能进行测量测量结果的表示微分增益和微分相位最好采用两轴适当定标的阴极射线管的照片或记录仪的记录来表示如有可能应该用同一张照片表示两种特性另外特性极限值的差值也可连同适当的扫频极限值一并说明要规定的细节在详细设备规范中可视要求如何包括下列项目测试信号频率扫描宽度允许的微分增益失真或等效曲率失真允许的微分相位失真度或弧度或等效群时延失真载波频率测量方法测量载波频率用一个计数式频率计接到被测中频端口上读出频率计显示的频率值测量之前被测设备应有充分预热时间以达到热平衡条件可以用长的平均时间如进行单次测量也可以采用短的平均时间取计数式频率计的几个读数算出它们的
20、平均值进行测量为了测量未调制的载波频率应去掉所有基带调制信号包括导频及任何伴音副载波信号注在接收机输出端进行单跳或多跳测量时必须核实中频代振器处于不工作状态测量结果的表示测量结果应说明频率计读数精度和所取的平均时间当采用计数式频率计的几个读数时应把它们列表并算出其平均值要规定的细节在详细设备规范中应视要求如何包括下列项目载波频率的标称值无线电接力设备中的被测部分和被测端适合的载波频率容差谐波和寄生信号测量方法谐波和寄生信号的测量是把频谱分析仪接到规定的中频端进行测量并在带刻度的显示屏幕上读出这些信号的频率和电平值另外也可以利用选频电平表测量为了避免谐波信号和寄生信号被掩盖应该去掉任何基带调制信
21、号包括导频信号和电视伴音副载波信号测量结果的表示测量结果应使用带刻度的频谱分析仪的显示照片表示或把全部测出的谐波和寄生信号的相对电平及频率列表表示要规定的细节在详细设备规范中视要求如何包括下列项目允许的寄生信号相对电平允许的谐波信号相对电平频率范围例如达到三倍中频无线电接力设备中的被测部分和应作测量的端口使用的中频输入电平图测量回波损耗的测试仪表布置图测量回波损耗的电桥网络注式中测量输出电压用的仪表其输入阻抗必须为通常为图回波损耗测量示波器显示的图例图幅频特性测量布置图幅频特性示波器显示的图例图测量自动增益控制静态特性的测量仪表布置图表示自动增益控制静态特性的图例图测量群时延的仪表布置图群时延
22、变化量特性示波器显示的图例图测量中频设备的微分增益和微分相位的简化方框图附录寄生调幅抑制度和调幅调相转换系数的测量方法补充件寄生调幅抑制度定义和一般考虑限幅器输入端寄生调幅度与输出端寄生调幅度的比值通常用分贝表示式中寄生调幅抑制度限幅器输入端寄生调幅度限幅器输出端寄生调幅度测量方法测量方框图见图测量仪表的一般要求中频调幅振荡器的载频通常为中频中心频率调幅度一般为视频信号发生器的波形通常为正弦波其频率为一般根据通信容量在产品标准中给出振幅检波器应有分别检波已调幅信号正和负半周的转换装置以分别测量限幅器的正向和反向寄生调幅抑制度测量步骤在视频信号发生器的输出为零即没有调幅时调节中频调幅振荡器的输出
23、电平为被测限幅器的额定输入电平调节视频信号发生器的输出使中频调幅振荡器的输出达到所要求的调幅度将开关倒向一方在示波器上读出视频信号电压降峰值伏在直流电压表上读出直流电压伏将开关倒向一方适当调节放大器或衰减器的增益或衰减使直流电压表上的直流电压仍达伏然后在示波器上读出此时的电压峰峰值为伏则被测限幅器的寄生调幅抑制度为按上述测量方法利用振幅检波器的转换装置分别测出正向和反向寄生调幅抑制度测量结果的表示测量结果用寄生调幅抑制度的分贝值连同调幅频率一起表示例如在调幅频率为时正向寄生调幅抑制度为反向寄生调抑制度为注由于限幅后的调幅信号可能出现谐波分量更精确的测量方法在考虑中调幅调相转换系数定义和一般考虑
24、在给定频率上输出信号的相位移相对于输入信号电平变化的一阶导数通常用度每分贝表示调幅调相转换系数的测量主要在大容量路以上系统进行见条测量方法调幅调相转换系数的测量可以采用静态法也可以采用动态法测量静态测量法静态测量法的方框图如图所示图中相位计可采用网络分析仪或矢量电压表用以测量被测设备因输入电平变化规定值例如所引起的输出信号的相位变化测量前应先确定测量仪器特别是可变衰减器和相位计本身电平变化而引起的相位误差为提高测量精度应尽量减少测量仪器的相位误差为此要注意选择合适的衰减器动态测量法采用调幅调频法或测试网络法进行测量调幅调频法测量方框图见图测量仪表的一般要求测试信号发生器的频率一般选为调幅信号发
25、生器的频率为一般选为扫频调频振荡器输出等幅的中频扫频调频波其中心频率和扫频宽度为测量所需值测试信号调频的调制指数为一般选为调幅器的寄生调相应很小调幅度一般选为左右限幅器要求有足够的寄生调幅抑制能力其调幅调相转换应非常小测量步骤在没有调幅的情况下发送部分输出调频扫频波其输出电平调为被测中频设备所需的输入电平加上调幅度为的调幅发送部分输出调频调幅波接上被测中频设备后当开关倒向时由于被测中频设备存在调幅调相转换产生新的调相分量经鉴频后通过振幅检波器在示波器上显示差拍电压振幅的变化当开关倒向时则在示波器上显示差拍电压相位的变化图是示波器上所显示的差拍电压变化的图形按式或式计算被测中频设备的调幅调相转换
26、系数注在商用测量仪表一般称为线路分析仪中通常包括附加的校正电路图为实际示波器显示的图形通过电子开关和标准衰减器获得双线显示调节示波器垂直放大器的增益使两线距离为校准距离则每一线所表示的差拍电压峰峰值距离为或若因被测设备调幅调相转换过大而使或过大例如超过此时可适当降低调幅度进行测量用差拍电压振幅变化的计算公式式中调幅调相转换系数相对的差拍电压峰峰值的一半见图调频分量的调制指数调幅分量的调幅度用差拍电压相位变化的计算公式式中相对的差拍电压峰峰值的一半见图测试信号频率在某些测量设备中不能读出调制指数值可读出有效频偏值此时可按式计算出值测试网络法测量方框图见图在测试时从被测设备的输入端用开关交替地接入
27、或断开一个群时延频率特性是精确已知的测试网络记下被解调出的测量信号幅度的相对变化然后可以由下式得出调幅调相转换系数式中基带测试频率当频率以弧度秒表示时测试网络的群时延频率特性的一阶导数通常测试网络具有一个抛物线型群时延频率特性在这种情况下和两者均正比于相对中心频率的频率差并且上式可以简化为式中随频率变化的的曲线斜率以为单位抛物线型的群时延系数以为单位测试频率以为单位调幅调相转换系数以为单位应该记住式只是在为常数时才正确正调幅调相转换系数表示正幅度调制引起滞后的相位调制从上述公式中可见误差取决于和的精度这意味着要确定的这些值必须具有很小的误差如果测试频率太低测量装置的灵敏度将不够反之如果频率太高
28、结果误差就很大最佳的测试频率取决于测试带宽通常的值在之间是合适的测量结果的表示测试结果应以度每分贝表示最好用以输入信号电平为自变量的调幅调相转换的图形来表示要规定的细节在详细设备规范中如果需要应规定下列细节要用的测量方法静态法或动态法中频输入电平调幅调相转换容限图寄生调幅抑制度测量方框图注如果用选频电平表或视频电压表代替示波器测量则寄生调幅抑制度的测量结果可能有所不同图用静态法测量调幅调相转换系数的方框图图调幅调频法测调幅调相转换系数的方框图图差拍电压的变化图形图典型的调幅调相转换测试网络测量方框图附录基带基带微分增益和微分相位的定义补充件微分增益非线性的定义和一般考虑微分增益非线性是以在同一
29、电路上同时传送的大幅度低频率信号扫描信号的瞬时值为自变量的小幅度高频率的正弦信号测试信号所经受的增益的变化微分增益非线性可以定义为上述瞬时值的函数由下式给出式中微分增益输入扫描信号的瞬时值以为自变量的输出测试信号的幅度扫描信号为零时的输出测试信号的幅度对于无失真的理想的被测设备微分增益非线性为零但是对于实际的设备上述函数将显出变化实际设备用它的微分增益非线性失真来描述是式极限值间的差值并通常用百分比表示如下微分相位群时延的定义和一般考虑微分相位是以在同一电路上同时传送的大幅度低频率信号扫描信号的瞬时值为自变量的小幅度高频率的正弦信号测试信号所经受的相位变化微分相位可以定义为上述瞬时值的函数由下
30、式给出式中微分相位输入扫描信号的瞬时值以为自变量的输出测试信号的相位扫描信号为零时的输出测试信号的相位对于无失真的理想的被测设备微分相位为零但是对于实际的设备上述函数将显出变化实际设备用它的微分相位失真来描述是上述函数极限值间的差值通常以度为单位表示如下度注在测量微分相位使用相对低的测试频率如几百时测量也表示被测设备的中频射频部分的群时延变化量并且在这种情况下通常实际上所使用的测量设备是以纳秒为单位的群时延刻度群时延正比于微分相位与测试频率之比当使用相对高的测试频率如几时常用微分相位刻度度附录第章的数学关系参考件对于有振幅和群时延响应的线性网络与有调幅调相转换的非线性网络相级连的网络其和由下式
31、给出式中微分增益特性单位为微分相位特性单位为度偏离频带中心的扫描载波频率测试频率单位为线性网络的曲率特性单位为线性网络的群时延特性单位为线性网络的群时延斜率特性单位为线性网络的振幅斜率特性单位为非线性网络的调幅调相转换系数单位为如果增加振幅时相位滞后也增加则取正值注根据定义式中振幅特性相位特性公式和适用于测试频率足够低以避免两个测试信号边带之间的平均效应和适用于调幅调相转换与扫描载波频率无关的情况和函数由两个因数的乘积表示第一个因数是测试仪表的参数即测试频率第二个因数取决于被测设备并且是两项之和第一项由线性网络的频率响应直接响应导出第二项由线性网络的频率响应和非线性网络的调幅调相转换的综合效应耦合响应导出附加说明本标准由中华人民共和国邮电部提出由邮电部邮电工业标准化研究所归口本标准由邮电部第四研究所和电子工业部第五十四研究所负责起草本标准主要起草人王诚训
