基于超外差頻譜儀的脈沖信號測試方法研究

劉璇　趙越　曲晟明

摘 要： 利用超外差頻譜儀測量脈沖信號時，經常會出現頻譜顯示不連續，導致功率、帶寬測試不準確的情況。介紹了超外差頻譜儀的工作原理，在此基礎上介紹了利用超外差頻譜儀測試脈沖信號的方法。利用此方法可以獲得連續的頻譜，進而可以獲得準確的測試結果。

關鍵詞： 超外差頻譜儀； 脈沖信號測試； 工作原理； 測試方法

中圖分類號： TN06?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）01?0077?02

Abstract： The discontinuous spectrum display often occurs when the superheterodyne spectrometer is used to test the pulse signal， which will lead to inaccurate power and bandwidth. The working principle of superheterodyne spectrometer is introduced in this paper. The pulse signal testing method based on the superheterodyne spectrometer is given， with which the continuous spectrum and accurate testing results can be obtained.

Keywords： superheterodyne spectrometer； pulse signal test； working principle； testing method

0 引 言

信號可以通過時域、頻域以及空間域三個方面進行研究[1?2]。頻譜儀是信號頻域研究的必須設備。利用頻譜儀，可以獲得信號的功率、頻率、占用帶寬等很多信息，常用的頻譜儀有實時頻譜儀和掃頻式頻譜儀[3]。利用掃頻式頻譜儀研究脈沖信號的頻譜時，會發現由于掃頻式頻譜儀自身的特點，導致頻譜顯示不連續，甚至會導致功率等參量的測量錯誤[4]。

本文在介紹掃頻式頻譜儀工作原理的基礎上研究了脈沖信號的測試方法。利用文中方法，可以獲得連續的頻譜，進而獲得正確的測試結果。

1 超外差頻譜儀工作原理[5?7]

信號可以通過時域和頻域兩種方式進行分析。頻譜分析儀（頻譜儀）是信號頻域特性分析的重要工具。它將一個由許多頻率分量組成復雜的信號分解成各個頻率分量，每一個頻率分量的電平被依次顯示出來。頻譜儀可以分為實時頻譜儀和掃頻式頻譜儀。常用的掃頻式頻譜儀是超外差掃頻式頻譜儀。下面對超外差頻譜儀的工作原理做簡單介紹[8?9]。圖1是掃頻式頻譜儀的原理框架。

輸入信號經過射頻衰減后控制在頻譜儀的安全輸入電平范圍內，信號經過低通濾波器和預選器進入混頻器，信號經過混頻器后，會包括原有信號、本振信號，原有信號和本振信號的和頻信號/差頻信號，以及其他高次諧波信號。通常取其差頻信號，稱之為中頻信號。中頻信號經過中頻放大器放大后，通過檢波器及視頻濾波器后加到顯示器進行顯示。實際中用到的頻譜儀為了能夠對很高頻率的信號進行測量，通常會包含多級變頻，但是超外差頻譜儀在實現對高頻信號測量的同時也會導致實時性較差。這是因為，為了實現一定寬度的頻率信號測量，超外差頻譜儀必須以一定的步進變化來不斷調諧掃描。所以在對一定寬度范圍的信號測量時，必須經過一定的掃描時間完成一次掃描。

2 脈沖信號測試方法

測量脈沖信號時，由于超外差掃頻式頻譜儀的實時性較差，在有限的脈沖出現時間內能夠完成的掃描遠小于信號的寬度，不能完成對整個信號的掃描。

利用超外差掃頻式頻譜儀對TD?SCDMA信號進行測量，按圖2所示將矢量信號源與頻譜分析儀相連。

針對這一問題，通常可以通過兩種方法解決。

（1） 延長掃描時間。對于掃頻式頻譜儀，如果頻率變化率（即掃描速度）太快，某頻率分量尚未達到穩定的幅度值，便變成了另一個頻率，以致在各個頻率都達不到，輸出波形比中頻濾波器的曲線（亦即在慢速掃頻時的顯示）有明顯的壓低、展寬和滯后。掃描時間延長，能夠防止幅度失真，如圖5所示。從圖5可以看出，掃描時間為500 ms，信號功率測試結果為-24.39 dBm，相比圖3測試結果，功率有所提高，但是頻譜仍舊不連續。這種方法是針對時域信號占空比較大的情況，當時域信號占空比較小時，需要采取第（2）種方法。

（2） 通過頻譜儀Trigger鍵觸發，配合時域選通功能（gate）使頻譜連續，從而測得準確結果，如圖6所示。這個方法的原理是設置時域選通的觸發時延以及觸發時間長度，使得觸發的時間段正好是跳頻信號出現的時段。這樣就可以實現輸入信號功率達到觸發門限時，進行掃描，而當輸入信號功率低于觸發門限時，停止掃描。這樣重復多次，經過多個周期對脈沖信號觸發掃描，就可以獲得多個脈沖信號的頻譜軌跡，將這些頻譜拼接起來即可獲得完整頻譜[10]。從圖6看出，其功率測試結果為-15.23 dBm，與信號源發射功率相符。

3 結 語

本文首先介紹了掃頻式頻譜儀的工作原理，在此基礎上介紹兩種利用超外差頻譜儀測量脈沖信號的測試方法，解決了頻譜不連續進而導致發射功率、占用帶寬不準確的問題。通過采用以上方法獲得完整的信號頻譜，在此基礎上可以準確獲得發射功率、占用帶寬等參數。

注：本文通訊作者為曲晟明。

參考文獻

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