DX中波發(fā)射機射頻測試和測量

陳 斌

（國家新聞出版廣電總局五五二臺，福建福州，350007）

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DX中波發(fā)射機射頻測試和測量

陳 斌

（國家新聞出版廣電總局五五二臺，福建福州，350007）

摘要：近年來，本人接觸到了很多前沿的射頻測量技術(shù)和器材，在多年維護發(fā)射機過程中接觸和參與了大量射頻測試和測量工作。在此基礎(chǔ)上，本人對各類射頻測試和測量器件以及測量系統(tǒng)和測量方法有了新的認(rèn)識，并積累了一些經(jīng)驗和體會。

關(guān)鍵詞：射頻測量

1　主要指標(biāo)

我們可以把發(fā)射機系統(tǒng)需要信號處理過程的結(jié)果進(jìn)行分類處理。當(dāng)需要信號全部通過時，這個網(wǎng)絡(luò)就是一條天饋線系統(tǒng)，因為它要求信號被完整地傳輸，所以損耗和帶寬是天饋線系統(tǒng)的主要指標(biāo)；如果需要將信號電平降低到一定的幅度，則這個網(wǎng)絡(luò)就是一個衰減器，從用途上看，衰減器的衰減量和精度是使用者考慮的指標(biāo)；如果要將信號放大到一定的幅度，顯而易見這是一個放大器，其增益和輸出功率是用戶關(guān)心的指標(biāo)。如果需要讓一些頻段內(nèi)的信號通過，同時抑制其他頻段的信號，這就是濾波器，通常損耗和阻帶抑制是其關(guān)心的設(shè)計指標(biāo)。綜上所述信號處理過程決定系統(tǒng)主要指標(biāo)。

2　射頻測量系統(tǒng)

如何提高射頻的測量精度。一個典型的射頻測量系統(tǒng)是由被測器件（DUT）、測試路徑、測試儀器和測試環(huán)境四大要素組成的。首先我們來分析被測發(fā)射機輸出信號特性，最容易想到的就是發(fā)射機的功率等級、載波頻率。但是發(fā)射機輸出信號的調(diào)制類型是什么？調(diào)制帶寬是多少？峰值功率和平均值功率的比率是多少？這些都會影響到最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1被測器件（DUT）

被測器件可簡單地分為無源和有源兩大類，在測量前必須對被測器件的各項特性進(jìn)行仔細(xì)的審視。

無源器件分為路由器件和調(diào)控器件。路由器件的主要作用是提供射頻通路。主要有射頻電纜、連接器和功率分配器等；調(diào)控器件則是控制射頻的幅度大小，如定向耦合器、衰減器等。無源器件比較容易處理，在整個工作頻率范圍內(nèi)和最大容許輸入功率條件下，無源器件的插入損耗和相位偏移都是比較穩(wěn)定的。

有源器件在測量時要格外小心。它具有一定的線性工作范圍，對輸入功率非常敏感，在不同的輸出電平下，會產(chǎn)生不同的測量結(jié)果。為了將有源器件測試輸入電平調(diào)控到檢測儀器的適合輸入電平，需要增加一個衰減器或定向耦合器。

2.2測試路徑

被測器件位于信號發(fā)生器和分析儀之間，而連接被測器件和儀器之間的橋梁是測試路徑。它主要是測試附件和測試系統(tǒng)。千萬不能忽視這些測試附件。最好能固化這些測試附件，使之成為一個標(biāo)準(zhǔn)化的測量系統(tǒng)。如選擇使用與儀器的最高工作頻率相符的測試電纜等并妥善保存不輕易更換。

（1）選擇正確的測試電纜和連接器

在選擇測試系統(tǒng)中電纜的規(guī)格時，要考慮插入損耗和VSWR以外，電纜的穩(wěn)定性一定要好，在我們發(fā)射機指標(biāo)測試時，絕大部分情況下電纜采用柔性電纜。雖然其成本較為昂貴，但柔性電纜易于多次彎曲而且能保持性能。使用時還需要注意：接頭和電纜連接部位的工藝會影響電纜的使用壽命。在這部位，電纜和接頭之間有一個硬接觸點，很容易造成電纜的斷裂。因此要仔細(xì)維護和使用。

①要用任何鉗子來固定射頻連接器

對于具有六角形螺帽插頭的射頻連接器都有適合的每種尺寸扳手，而圓形的螺帽則只能用手裝拆。

②射頻連接器的清潔

要用蘸有酒精的棉簽來清潔連接器。

③要將校準(zhǔn)件中的射頻轉(zhuǎn)接器用于普通測試

校準(zhǔn)件中的轉(zhuǎn)接器，如N(f-f)和SMA(f-f)，這類精密轉(zhuǎn)接器的回波損耗的典型值小于-34dB，只能用于S參數(shù)測量的直通校準(zhǔn)。

④用完畢要給連接器戴上保護帽

那些外螺紋的連接器，如N(f)和SMA(f),容易被磨損，如果不小心掉在地上，螺紋很容易發(fā)生變形。因此，用完后最好隨手給連接器戴上塑料保護帽，同時還起到防塵的作用。

⑤掌握正確的操作姿勢

從儀器上插拔測試電纜組件時，一定要抓在接頭上；千萬不能抓電纜根部往外拉。這樣很容易造成電纜和接頭連接處的故障。電纜組件故障中這類故障占很大比例。

⑥使用中在區(qū)別公制和英制連接器

在采購和使用中，應(yīng)注意這一點。

（2）用衰減器和放大器來修正測試通路

在射頻測量中，衰減器可能是除了電纜以外應(yīng)用最廣泛的器件了。射頻衰減器是一種無源器件，其基本作用是降低射頻信號的幅度。本文主要描述固定衰減器，又稱集總參數(shù)衰減器（其尺寸小于工作波長的1/10）。射頻衰減器的主要指標(biāo)：衰減量用于描述傳輸過程中從衰減器一端到另一端的信號減小的量值，即S21參數(shù)。我們經(jīng)常使用的是屬于帶有散熱片的的75dB衰減量的大功率衰減器。頻率響應(yīng)是衰減器的重要指標(biāo)，如在發(fā)射機諧波測量中，衰減器的頻率響應(yīng)指標(biāo)將會影響到諧波測量的相對值誤差。VSWR即S11/S22參數(shù)。衰減器由于其存在衰減特性的緣故。這種特性可被用于射頻系統(tǒng)的阻抗匹配。主要表現(xiàn)在以下兩方面：改善信號發(fā)生器或頻譜分析儀的失配損耗；改善網(wǎng)絡(luò)分析儀的插入損耗和測量精度。

（3）正確理解和使用測試濾波器

在測量中，濾波器的基本作用是保留需要的信號，濾除不需要的信號。從發(fā)射端來看，濾波器可以保證輸出信號的頻譜純度，如濾除信號源或放大器的輸出諧波和雜散；而從接受端來看，濾波器可以濾除不需要的信號，從而提高測試設(shè)備的動態(tài)范圍，保證其工作在最佳的輸入電平。例如，當(dāng)一個信號源產(chǎn)生0dBm的載波信號f1時，同時也會產(chǎn)生一個-20dBm的二次諧波2f2。這個二次諧波信號是有害信號。它會影響測量系統(tǒng)的測試結(jié)果。解決方法是在其通路上設(shè)一個低通濾波器，有用的載波信號被衰減了0.5dB，而二次諧波則被抑制了40dB。實際應(yīng)用在頻譜分析儀測試通路前面可采用可調(diào)濾波器濾除信號源的諧波或者濾除頻譜分析儀的大信號等，其連接方式有反射式和吸收式兩種。

3　測試儀器

常用的射頻測量儀器有信號發(fā)生器、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。信號發(fā)生器分為連續(xù)波信號發(fā)生器和矢量信號發(fā)生器。信號發(fā)生器的指標(biāo)主要有相位噪聲、輸出信號的幅度精度、頻譜純度和頻率精度等。頻譜分析儀主要用來精確幅度測量，目前可以做到±0.5dB。它的幅度測量不僅與其參數(shù)的設(shè)置有關(guān)而且與被測信號的大小有關(guān)。有關(guān)測試儀器的選擇需要根據(jù)實際需求參照相關(guān)制造商的產(chǎn)品說明書科學(xué)地選擇和操作。

4　測試環(huán)境

要完成一項正確的射頻測量，測試環(huán)境也是需要考慮的因素。這里所說的測試環(huán)境是指測試中的電磁兼容性、測試通路的設(shè)計和具體連接等方面。

電磁環(huán)境要求盡量不要在其它電磁干擾強環(huán)境下測量。

測試通路設(shè)計過程：首先，要從主饋線或饋管中取出測試信號；其次，要取出頻帶那么寬的信號必須采用寬帶的定向耦合器或者寬帶衰減器，同樣測試電纜和連接器也必須是寬帶的；最后要計算取樣信號的幅度大小以適應(yīng)頻譜分析儀的要求，如果需要檢測微弱信號，還可能要增加濾波器和低噪聲放大器來配合完成測試。

測試系統(tǒng)連接操作決定了被測器件的位置、各器件之間的隔離、接頭的連接力矩等因素。當(dāng)測試系統(tǒng)中存在大功率時，大功率通路最好遠(yuǎn)離檢測出來的小信號通路。另外接頭的連接最好借助專用的力矩扳手來完成。

5　總結(jié)

我認(rèn)為要完成準(zhǔn)確的射頻測量，最佳的方法是將測試系統(tǒng)加以固化。在實驗室里搭建一個看上去不復(fù)雜的測試系統(tǒng)，各種器件也會攤滿一桌。而在整個測試過程中，還要小心翼翼地保持各個器件都處于靜止?fàn)顟B(tài)。即使這樣，下次重新測量你會發(fā)現(xiàn)同一實驗結(jié)果已經(jīng)與上次不同了。所以在有條件的情況下，應(yīng)將所有的測試器件都固化在一個測試機箱內(nèi)，整個系統(tǒng)只有被測器件的輸入和輸出兩條柔性電纜，而系統(tǒng)的所有插入損耗均已經(jīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試并校準(zhǔn)。這樣的固化系統(tǒng)不用擔(dān)心器件之間的相互串?dāng)_；同時，器件之間的連接也有力矩扳手一次完成，大大提高了測試的可重復(fù)性和保持結(jié)果的一致性。

參考文獻(xiàn)

[1] 實用射頻測試和測量（第二版）朱輝電子工業(yè)出版社

[2] MCE/Weinchel. Microwave& RF components & Subsystems Catalog,4/30/02

[3] MIKE GOLIO.射頻與微波手冊. 孫龍詳，等翻譯.國防工業(yè)出版社，2006.

DX transmitter RF test and measurement

Chen Bin
（State Press and Publication Administration of radio 552，F(xiàn)uzhou Fujian，350007）

Abstract：In recent years,I have been exposed to a lot of cutting-edge radio frequency measurement technology and equipment,in many years to maintain the transmitter in the process of contact and participate in a large number of RF testing and measurement work. On this basis,I have a new understanding of all kinds of RF test and measurement device and measurement system and measurement methods, and accumulated some experience and experience.

Keywords：radio frequency measurement