基于HP8920A的對講機(jī)檢測方法

齊斌

（中國船舶重工集團(tuán)公司七五○試驗(yàn)場昆明650051）

基于HP8920A的對講機(jī)檢測方法

齊斌

（中國船舶重工集團(tuán)公司七五○試驗(yàn)場昆明650051）

論文針對湖上試驗(yàn)時(shí)對講機(jī)頻繁使用有時(shí)會出現(xiàn)問題的情況，設(shè)計(jì)了通過無線電綜合測試儀HP8920A對對講機(jī)進(jìn)行檢測的方案。文中對對講機(jī)檢測過程中測量不確定度的來源進(jìn)行了分析，并總結(jié)了對講機(jī)檢測過程中測量不確定度評定的基本方法。

對講機(jī)；檢測；計(jì)量

Class NumberTP391

1 引言

當(dāng)前，無線電技術(shù)與微電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。手機(jī)已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分，而在工作過程中對講機(jī)、車載臺等的應(yīng)用則十分廣泛。因此，對對講機(jī)進(jìn)行檢測是十分有必要的。對講機(jī)采用的是無線通信的方式，因此若對對講機(jī)進(jìn)行檢測，則無線性能指標(biāo)的檢測是其中最主要的內(nèi)容。無線性能指標(biāo)的檢測容易受到外部環(huán)境、測試設(shè)備等的干擾，過去對對講機(jī)進(jìn)行測試涉及到頻率計(jì)、頻譜分析儀、高頻信號發(fā)生器、射頻信號發(fā)生器、調(diào)制度計(jì)、信納表和場強(qiáng)儀等［1］。所用的測試儀器較多，對對講機(jī)性能的發(fā)揮影響較大，測試工作復(fù)雜且不能達(dá)到很好的效果［2］。本文采用了以無線電綜合測試儀HP8920A作為主標(biāo)準(zhǔn)對對講機(jī)進(jìn)行檢測的方案。

2 對講機(jī)檢測方案設(shè)計(jì)

2.1HP8920A簡介

HP8920A是美國惠普公司研發(fā)生產(chǎn)的一種射頻通信測試儀器，該儀器適用于各種模擬無線通訊設(shè)備電性能的測試，具有功能齊全、性能優(yōu)良、使用方便、測試直觀和易于開發(fā)的等優(yōu)點(diǎn)［3］。本文只需一臺HP8920A射頻通信測試儀通過窗口操作就能完成對無線通訊設(shè)備主要性能指標(biāo)的測試，極大地方便了測試人員的操作，且檢測效果較為理想。無線通訊設(shè)備一般具有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個部分［4］，下面以對講機(jī)為例分別介紹這兩個部分的測試方法。

2.2 對講機(jī)發(fā)射機(jī)部分檢測

1）頻率誤差

載波頻率是指發(fā)射機(jī)不調(diào)制時(shí)的頻率。在未加調(diào)制的情況下，測得的載波頻率與相應(yīng)的標(biāo)稱載波頻率之差為頻率誤差［5］。在規(guī)定的電源電壓范圍和環(huán)境溫度范圍之內(nèi)，任何發(fā)射載頻的頻率誤差不得超過表1給出的數(shù)值。

表1 每個頻段的頻率誤差

將設(shè)備按圖1所示進(jìn)行連接：發(fā)射機(jī)的TX端口連接到HP8920A的RF IN接口，如果功率大于60W，必須先通過衰減器后再連接到HP8920A（其他測試指標(biāo)一樣，后文不再贅述）。

發(fā)射機(jī)不調(diào)制，開啟發(fā)射機(jī)。HP8920A上顯示出在沒有調(diào)制情況下的載頻頻率，記錄HP8920A上顯示的頻率數(shù)值與標(biāo)稱頻率的差值，即為頻率誤差。

2）載波功率

載波功率是指發(fā)射機(jī)不調(diào)制時(shí)送到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載（天線）去的功率［6］。按產(chǎn)品指標(biāo)數(shù)值±1dB（≤5W或≤25W）。將設(shè)備按圖1所示進(jìn)行連接：發(fā)射機(jī)的TX端口連接到HP8920A的RF IN接口。

發(fā)射機(jī)不調(diào)制，開啟發(fā)射機(jī)。記錄HP8920A上顯示的功率數(shù)值，即為發(fā)射機(jī)的輸出載波功率。如果通過衰減器，此時(shí)HP8920A上顯示的功率數(shù)值轉(zhuǎn)換成衰減器輸入端前的功率數(shù)值才是發(fā)射機(jī)的輸出載波功率。

2.3 對講機(jī)接收機(jī)部分檢測

1）參考靈敏度

參考靈敏度定義為在規(guī)定的頻率和調(diào)制下，使接收機(jī)輸出端產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信噪比的輸入信號電平［7］。25MHz～300MHz參考靈敏度為0.4uV，300MHz～1000MHz參考靈敏度為0.6uV。將設(shè)備按圖2所示進(jìn)行連接：HP8920A的RF OUT端口連接到接收機(jī)的RX端口，接收機(jī)的音頻輸出端（SPEAKER）連接HP8920A的音頻輸入端（AUDIO IN）。

設(shè)置HP8920A射頻信號發(fā)生器頻率為標(biāo)稱頻率（25kHz間隔：調(diào)制頻率1kHz，頻偏3kHz；12.5kHz間隔：調(diào)制頻率1kHz，頻偏1.5kHz）；調(diào)整接收機(jī)的音頻輸出功率，使其不小于50%的額定功率；調(diào)整射頻信號發(fā)生器輸出射頻電平，使信納比指示為12dB；讀出并記錄射頻信號發(fā)生器輸出射頻電平，即為接收機(jī)的參考靈敏度。

2）音頻響應(yīng)

當(dāng)調(diào)制頻率在300Hz～3kHz之間變化，頻偏保持不變，輸出的音頻信號幅度變化限制在+1dB～-3dB范圍之內(nèi)。將設(shè)備按圖2所示進(jìn)行連接：HP8920A的RF OUT端口連接到接收機(jī)的RX端口，接收機(jī)的音頻輸出端（SPEAKER）連接HP8920A的音頻輸入端（AUDIO IN）。

設(shè)置HP8920A射頻信號源頻率為標(biāo)稱頻率，調(diào)制頻率為1kHz，頻偏為3kHz，電平比參考靈敏度高60dB；減少頻偏到1kHz，并設(shè)置輸出音頻電平數(shù)值為0dB；頻偏保持不變，調(diào)制頻率在300Hz至3kHz之間變化，記錄此時(shí)HP8920A上顯示的輸出音頻電平數(shù)值相對值。

3）音頻失真

音頻失真應(yīng)小于等于10%。將設(shè)備按圖2所示進(jìn)行連接：HP8920A的RF OUT端口連接到接收機(jī)的RX端口，接收機(jī)的音頻輸出端（SPEAKER）連接HP8920A的音頻輸入端（AUDIO IN）。

設(shè)置HP8920A射頻信號源頻率為標(biāo)稱頻率，電平比參考靈敏度高60dB，調(diào)制頻率為1kHz，頻偏為3kHz；記錄此時(shí)HP8920A上顯示的失真數(shù)值，即為音頻失真。

3 對講機(jī)檢測中不確定度的評定

3.1 對講機(jī)檢測中不確定度的來源

在對講機(jī)檢測中不確定度的來源主要有以下三類：

1）系統(tǒng)不確定度：這是測量儀器和檢測方法所固有的，不能消除，但可通過一些方法來減少［8］。如：測量儀器、耦合器、連接線等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成部分的固有誤差產(chǎn)生的不確定度，系統(tǒng)組成部分失配造成的不確定度等。

如測量頻率時(shí)需要考慮：

（1）時(shí)基造成的測量不確定度

（2）測量設(shè)備的分辨率造成的測量不確定度

測量載波功率時(shí)則需要考慮：

（1）測量設(shè)備的功率電平造成的不確定度

（2）連接線的損耗造成的測量不確定度

（3）儀器失配造成的測量不確定度

2）隨機(jī)不確定度：這種不確定度是由隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的，是偶然發(fā)生的，查找困難不易控制［9］。隨機(jī)不確定度受測量配置情況和檢測方法的影響，無法獲得某種通用評估值。在實(shí)際操作中一般采用重復(fù)測量的方法來減小。

3）與影響參量有關(guān)的測量不確定度：這類測量不確定度的大小受被測儀器的某些特殊參數(shù)影響［10］。如環(huán)境溫濕度的變化、電源電壓不穩(wěn)定等。

如測量頻率時(shí)需要考慮：

環(huán)境溫度改變造成的測量不確定度

測量載波功率時(shí)則需要考慮：

（1）環(huán)境溫度改變造成的測量不確定度

（2）電源電壓不穩(wěn)定帶來的測量不確定度

3.2 無線通信設(shè)備檢測中不確定度的評定方法

測量不確定度的評定方法一般可分為兩種：

A類評定是用對樣本的觀測值的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行不確定度評定的方法［11］。

B類評定是用不同于統(tǒng)計(jì)分析的其他方法進(jìn)行不確定度評定的方法，一般通過經(jīng)驗(yàn)或其它信息的概率分布而進(jìn)行估計(jì)［12］。

1）系統(tǒng)不確定度（由時(shí)基造成的測量不確定度、測量設(shè)備的分辨率和功率電平造成的不確定度、連接線的損耗造成的不確定度、儀器失配造成的不確定度等）在對講機(jī)檢測中可采用B類評定方法。

以上這些成分帶來的不確定度量值可以通過以下兩種途徑得到：

（1）通過儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商提供的技術(shù)參數(shù)計(jì)算獲得

如儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商提供時(shí)基的溫度漂移參數(shù)，時(shí)基造成的不確定度服從均勻分布，由此可計(jì)算出時(shí)基造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商提供頻率分辨率參數(shù)，它造成的不確定度也服從均勻分布，由此可計(jì)算出測量設(shè)備分辨率造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（2）通過儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商提供的技術(shù)參數(shù)和測量得到的有關(guān)參數(shù)計(jì)算獲得

如儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商提供測量儀器、連接線和被測設(shè)備的駐波比或者反射系數(shù)，就能通過公式計(jì)算由儀器失配造成的測量不確定度。

2）隨機(jī)不確定度（由隨機(jī)分量使測量結(jié)果產(chǎn)生隨機(jī)變化的測量不確定度分量）在對講機(jī)檢測中可采用A類評定方法。

3）與影響參量（環(huán)境溫濕度、電源電壓等）有關(guān)的測量不確定度在對講機(jī)檢測中可采用B類評定方法，可通過影響參量變化量的標(biāo)準(zhǔn)差，采用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度。如果不確定度計(jì)算所需的某些參數(shù)儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商沒有提供，可以通過表2中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算。

表2 被測設(shè)備影響參量相關(guān)數(shù)據(jù)選擇表

在實(shí)際測試當(dāng)中，環(huán)境溫度和電源電壓的變化等因素都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，這類影響引起的不確定度可認(rèn)為服從均勻分布，通過計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差Uj后，可以結(jié)合影響參量對應(yīng)的平均值A(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)偏差Uja，通過下式計(jì)算該影響參量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ujc。

4 對講機(jī)檢測中不確定度評定的應(yīng)用分析

4.1 對講機(jī)檢測時(shí)不確定度數(shù)據(jù)來源分析

表3是對對講機(jī)頻率誤差指標(biāo)進(jìn)行檢測時(shí)，測量不確定度計(jì)算的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行分析。

表3 頻率誤差測量不確定度數(shù)據(jù)來源分析

表4是對對講機(jī)載波功率指標(biāo)進(jìn)行檢測時(shí)，測量不確定度計(jì)算的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行分析。

表4 載波功率測量不確定度數(shù)據(jù)來源分析

4.2 對講機(jī)頻率誤差指標(biāo)檢測時(shí)測量不確定度的計(jì)算

下面將以對調(diào)頻對講機(jī)頻率誤差指標(biāo)進(jìn)行檢測時(shí)測量不確定度的計(jì)算為例，介紹對講機(jī)檢測中的測量不確定度的評定方法。

調(diào)頻對講機(jī)頻率誤差的檢測方法是將對講機(jī)與無線電綜合測試儀HP8920A通過電纜相連，從無線電綜合測試儀上讀出頻率數(shù)值與標(biāo)稱頻率進(jìn)行比較即為頻率誤差。

假設(shè)調(diào)頻對講機(jī)發(fā)射的標(biāo)稱載波頻率為450MHz，環(huán)境溫度為（25±1）℃。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基修正頻率漂移后的精度為2×10-7。則測量不確定度的評定方法如下：

1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（1）由時(shí)基造成的測量不確定度為：450×106× 2×10-7=90Hz。

（2）無線電綜合測試儀HP8920A測頻率的最后一位有效數(shù)字為1Hz，則對應(yīng)的不確定度為：3× 1Hz=3Hz。

（3）環(huán)境溫度變化帶來的測量不確定度為：

由被測設(shè)備影響參量相關(guān)數(shù)據(jù)選擇表（表2）中查得：

平均值A(chǔ)=0.02ppm/℃，

標(biāo)準(zhǔn)偏差Ujz=0.01ppm/℃，

溫度變化引起的不確定度為：±1℃，

則溫度變化引起的測量不確定度換算為頻率測量不確定度，根據(jù)式（1），有：

2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3）擴(kuò)展不確定度

則擴(kuò)展不確定度為：

U=kUc=2×52.3Hz=104.6Hz其中k=2，置信概率為95%。

4）測量不確定度報(bào)告

擴(kuò)展不確定度U=104.6Hz，k=2。

5 結(jié)語

本文針對對講機(jī)頻繁使用的情況，設(shè)計(jì)了通過無線電綜合測試儀HP8920A對對講機(jī)進(jìn)行檢測的技術(shù)方案，并對對講機(jī)檢測中測量不確定度的評定方法進(jìn)行了分析研究。本文所設(shè)計(jì)的方案操作簡便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以方便地對對講機(jī)的頻率誤差、載波功率、音頻響應(yīng)和失真、參考靈敏度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，希望能為各位對對講機(jī)檢測有興趣的讀者提供參考。

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Intercom Detection Method Based on the HP8920A

QI Bin
（750 Testing Ground，CSIC，Kunming650051）

The intercom is used frequently in the experiment on the lake，and it doesn't work sometimes.A detection scheme for the intercom is designed by the HP8920A.In this report，the sources of uncertainty in the measurement of the intercom are analyzed，and the basic method of measurement uncertainty evaluation in the process of the intercom is summarized.

intercom，detection，metrology

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.028

2016年12月22日，

2017年1月27日

齊斌，男，碩士，助理工程師，研究方向：計(jì)量。