无线电发射设备杂散发射的测试方法探讨

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<div class="Body">    前言
    对于无线电管理工作来说，无线电发射设备的杂散发射是产生通信干扰的重要原因之一。在无线电发射设备检测中，杂散发射测试是一个重要的必测项目。
    目前被广泛使用的测量杂散发射的主要仪表是扫频式频谱分析仪。因此要正确测量出待测设备的杂散发射分量必须深入了解扫频式频谱分析仪的性能和工作原理。参考杂散发射测试的相关标准，结合实际测试中的一些心得和体会,提出了杂散发射的测试方法及应注意的一些问题。
    杂散发射的定义
    根据国家标准GB/T13622-92《无线电管理术语》中3.6.9条的描述，杂散发射指的是在必要带宽之外的某个或某些频率的发射，其发射电平可降低而不致影响相应信息的传输。它包括谐波发射、寄生发射、互调产物及变频产物，但带外发射除外。带外发射是在调制过程产生的、刚超出必要带宽的一个或多个频率的发射，但杂散发射除外。
    杂散发射的表示方法
    根据国家标准GB13421-92《无线电发射机杂散发射功率电平的限值和测量方法》的规定，杂散发射的表示方法有两种。一种是绝对电平表示法，它是以“mW”或“&mu;W”表示的杂散发射的平均功率或波峰包络功率。例如在GSM移动台的测试标准YD/T884-1996的8.2款中规定发射机在工作模式下在频段100kHz～1GHz的杂散限值为-36 dBm（相当于0.25 &mu;W）。另一种表示方法为相对电平表示法，它是以分贝表示的杂散发射平均功率或波峰包络功率相对于发射波峰包络功率的衰减量。例如在调频无线电话机的测试标准GB/T15844.1-1995的5.2款中规定当发射机的载波功率大于等于25W时,基地台的杂散射频分量应小于等于70 dB。
    杂散发射的测量条件和要求
    总的来说，测试时的交流供电电源、直流供电电源、环境条件、测试负载必须满足GB13421-92中5.1.1款的规定。具体实验中一般应注意满足以下几个重要条件:
    (1)温度:15℃～35℃;
    (2)相对湿度:45%～75%;
    (3)大气压强:86kpa～106 kpa;
    (4)电源:直流电源电压为规定值±2%，
    交流电源电压为标称值±2%，
    交流电源频率为标称值±1%;
    (5)测试应在屏蔽室内进行。
    测试方框图如图1所示。如果频谱分析仪的动态范围能满足测试标准中的要求时，则开关分别接至S1、S,1，被测发射机的信号经过衰减后直接进入频谱分析仪进行处理。当频谱分析仪的动态范围达不到测试标准中的要求时，则开关分别接至S2、S,2，通过可调带阻滤波器来改善测试系统的动态范围。但在测试前可调带阻滤波器的频响特性必须精确校准，否则会给测量引入较大的误差。

    主要测试仪表对测试的影响
    目前测量杂散发射的主要仪表是扫频式频谱分析仪。它是基于超外差式扫描调谐接收机的原理工作的。它可以分析稳定和周期变化信号，提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。扫频式频谱分析仪的组成框图如图2所示。我们测试时必须考虑频谱仪的器件特性对测量的影响。

    4.1中频滤波器的分辨带宽
    基于频谱分析仪的扫描式工作原理，当输入信号为单点频信号时，该信号需要和扫描本振信号进行混频，该扫频信号通过中频滤波器（带通）和检波器后输出波形为中频滤波器频响形状，所以单点频信号在频谱上显示结果为中频滤波器的频响形状。频谱分析仪的RBW实际就是中频滤波器的3dB带宽，因此中频滤波器也称分辨率带宽滤波器。在测试中如果RBW设置太宽，距载频较近的杂散信号就可能被掩盖。只有当频谱分析仪的分辨能力足够高时，才会在屏幕上正确反映信号的特性。那么RBW到底应如何设置呢？根据实验结果我们知道，RBW的设置应满足公式RBW&le;2倍频率间隔/滤波器的矩形系数（其中滤波器的矩形系数=滤波器60dB带宽/3dB带宽）。
    4.2视频滤波器对噪声的平滑作用
    视频滤波器对检波器输出视频信号进行低通滤波处理，减小视频带宽可对频谱显示中的噪声抖动进行平滑，从而减小显示噪声的抖动范围。这样有利频谱仪发现淹没在噪声中的小功率杂散信号，还可提高测量的可重复性。因此测试时应在标准允许的情况下尽量减小VBW的设置，从而提高频谱仪的灵敏度。
    4.3混频器产生的内部失真
    频谱仪利用超外差式对信号进行变频处理，其混频器电路一定会产生非线性失真。其中二阶失真随基波上升呈平方关系增加，而三阶失真随基波呈三次方增加。这就意味着在频谱分析仪的对数标度上，二阶失真电平变化的速度是基波变化速度的两倍，三阶失真电平变化的速度是基波变化速度的三倍。高阶失真信号幅度比基波信号变化速度快。在用频谱分析仪测试杂散信号时，应适当调整混频器的输入电平，以满足仪表内部产生的各种失真远小于被测发射机产生的杂散信号。当调整混频器的输入电平难以满足测试要求时，可考虑加可调带阻滤波器来减小频谱仪的失真，改善测试系统的动态范围。
    4.4中频放大器增益和输入衰减器设值的联动性
    频谱仪工作时，中频放大器增益和输入衰减器设值联动工作，当改变输入衰减器设置时，输入信号显示电平并不会发生变化。例如衰减器设值由10dB变为20dB时，中频放大器增益同时增加10dB来补偿这个损失，其结果使仪表显示的信号幅度保持不变。但是，由于内部噪声主要由中放第一级产生，因而频谱仪的噪声会发生变化。衰减器衰减量每增加10 dB, 频谱仪显示噪声电平提高10 dB。因此测试时应在标准允许的情况下尽量减小ATT的设置，从而提高频谱仪的灵敏度。另外，频谱仪的这种特性还可以帮助我们判断频谱仪测试结果的真实性。当我们改变输入衰减器设值时，如果频谱仪的显示结果有变化，则表明杂散发射的测试结果中存在仪表内部产生的失真成份。
    杂散发射的测量不确定度评定
    测量不确定度是用标准差或其倍数表示的对测量结果的怀疑程度，它是表征被测量之值分散性的一种科学方法。不确定度包括A类和B类两种评定方法。我们把用统计方法获得的标准差称为不确定度的A类评定方法，将用非统计方法获得的标准差称为不确定度的B类评定方法。具体对杂散发射的测量不确定度进行分析与评定的方法如下。
    ①将测量系统按图1连接后，对被测发射设备作n次独立测量，得到n组独立测量数据。
    ②用贝塞尔公式求得标准不确定度的A类分量（uA）

    ③估算标准不确定度的B类分量（见表1）:

    在无线电管理测量工作中切实按照这五个步骤进行，并且注意相关的事项，就可以顺利完成对杂散发射的不确定度的测量分析、评定，保证良好的通信质量。
    作者：朱幸