GB T 11299.3-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第1部分 分系统和分系统组合通用的测量 第3节 中频范围内的测量.pdf

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1、中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第三节中频范围内的测量发布实施中华人民共和国电子工业部发布中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第三节中频范围内的测量中华人民共和国电子工业部批准实施本标准为卫星通信地球站无线电设备测量方法系列标准之一本标准等同采用国际电工委员会标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第三节中频范围内的测量主题内容与适用范围本标准规定了中频范围内回波损耗输入输出电平等八项电气特性的测量方法本标准给出的测量方法适用于频分复用频分多址调频系统

2、其他多址技术和其他调制方式的系统的测量方法正在考虑中定义对本标准来说中频频带是指频率调制器输出或频率解调器输入的已调信号所占用的频率范围注中频频带的标称中心频率通常为也可以采用其他的频率回波损耗阻抗回波损耗和反射系数之间的关系在卫星通信地球站中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相对于其标称值的回波损耗由下式给出或由下式给出式中阻抗相对于的电压反射系数即注通常中频内部连接点的标称阻抗是纯阻不平衡测量方法测量回波损耗可以用逐点测量法或用扫频法无论那种方法只要能保证所要求的精度典型值为都可使用下面以扫频法为例加以说明在这个例子中需要下列设备参见图扫频发生器含频标信号发生器测量电桥由

3、变频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机作基准电平的直流电源示波器电子开关扫频法用来测量线性无源端口的回波损耗例如测量网络输入端的回波损耗这种方法也可用于测量线性有源装置的回波损耗例如测量装置输出端源阻抗的回波损耗但在测量时电路上应没有信号存在因而被测装置可看成是一个线性的无源网络测量期间所使用的电缆衰减器转接器等的回波损耗以及测量设备的输入和输出端的回波损耗也可使用同样的方法进行检查测量设备的一般考虑见图扫频发生器扫频发生器由一个扫描振荡器一个主振荡器和一个它激振荡器等组成主振荡器在中频上扫描它激振荡器的频率为中频加上选频放大器的工作频率扫描的重复频率可以在范围内选择接收机部

4、分的通频带即选频放大器振幅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的信号电平范围内电桥输出端的电压必须与被测端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具有标称值例如的标准阻抗可以接在电桥的内部也可以外接可使用隔离变压器来使测量设备或被测设备接地或使两者都接地也可以使用电气性能等效于电桥电路而不需要单独加隔离变压器的混合电路选频放大器由于反射功率常常与测量频率的谐波功率处在同一数量级上测量频率的谐波可能影响测量的精度因此推荐使用选频放大器接收机的灵敏度接收机能够检测到的最小电平至少应当比电桥处于条条件下所期望的最小电平低测量

5、程序测量程序包括三个步骤校准检查测量电桥的平衡和测量校准调整主振荡器的输出电平使在电桥上阻抗两端得到所要求的电压注意应避免被测设备过载电桥的测试臂置于开路或短路状态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然后如图所示利用示波器前面的电子开关将上述直流电平与基准直流电平相比较当示波器上的两条波迹重合时则这两个直波电平相等记录此时衰减器上的读数注为了校准可用标准失配终端即用一个回波损耗已知的阻抗例如来代替开路或短路检查测量电桥的平衡将一个标准的阻抗接到电桥的测量端以代替未知阻抗调整分度衰减器直至示波器屏幕上的波迹接近重合以检查电桥平衡只有当接收机有足够高的灵敏度时方能使得

6、波迹精确地重合记下波迹重合时或者接收机灵敏度达到极限值时衰减器的读数该读数确定了规定精度范围内可能测量到的回波损耗最大值比上述数值小的回波损耗能以的测量精度测量出来例如当衰减器的读数为时可以测量出以内的回波损耗值测量精度在以内回波损耗的测量将未知阻抗接到电桥上调节衰减器在频标指示所规定的频段内使测量波迹与基准波迹在示波器屏幕上重合衰减器的读数与条所获得读数的差值就是阻抗的回波损耗注如果校准时用了已知回波损耗的标准失配终端则被测阻抗的回波损耗值为已知回波损耗与上述衰减器两读数值之差的和有源装置输出端回波损耗的测量上述测量方法通常也用于测量被测装置输出端的回波损耗更适宜的方法正在考虑中结果表示法测

7、量结果优先采用有垂直刻度标志的示波器显示曲线或照片来表示如图所示或上下倒转也可在示波器上显示参考线在任何情况下除了测量曲线电桥平衡校准曲线也应该表示出来当测量结果不用图形表示时应按下例表示在范围内回波损耗优于电桥平衡优于要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容回波损耗极限值频带范围输入和输出电平定义和一般考虑输入电压是从一个输出阻抗为标称值的信号发生器传送到一个标称值的电阻性负载上的方均根值电压而输入电平是在该负载上的电平相应地输出电压是终端负载两端之间的电压方均根值而输出电平是该负载的电平注当被测设备的输入阻抗或输出阻抗不是纯阻抗性阻抗时则测得的实际电压或电平与可能获取的

8、最大值略有差异测量方法首先把一个信号发生器与一个假负载相连接他们的阻抗均与被测系统标称阻抗相等然后将加到假负载上的电压调到规定值即加到被测系统的规定电压再将信号发生器连接到被测系统的输入端同时在被测系统终端接上标称阻抗负载测量出该被测系统的输出电平用一个经正弦输入信号校准的电平表测量被测系统的输入电平和输出电平测量应在中频标称中心频率上进行测量仪器的输入阻抗必须与被测电路的标称阻抗相同例如输入阻抗的回波损耗可以用上述条的方法来检查如果要求准确度为则测量仪器的回波损耗应优于为了避免不需要的信号例如谐波引入的误差建议接上一个已知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进行测量

9、另一种方法也可以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当扣除所用电缆的插入损耗典型值为结果表示法对正弦输入信号输入和输出电平可以用伏特方均根值或用毫瓦来表示也可以用电压功率相对于他们的基准值的分贝值来表示通常都是取功率作为基准值要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容测试信号电平测试信号频率标称阻抗值振幅频率特性定义和一般考虑振幅频率特性表示输入电平为常数以频率为自变量时输出电平与基准电平的差值以分贝表示的曲线注基准电平通常为中频标称频率时的输出电平线性设备上的测量不同于在含有非线性装置的设备上的测量例如当设备含有限幅器或具有自动增

10、益控制的放大器时它们前几级的振幅频率特性就会出现压缩若设备内含有选频网络不可能区分出线性和非线性部分对这种情况更完善的测量技术正在考虑中测量方法可用逐点测量法或扫频法两种方法进行测量图为扫频法测量设备配置的示例测量设备的一般考虑使用扫频法时扫频发生器的重复频率扫描信号的波形检波器和示波器的通带都必须符合条的要求必须保证测量结果不受测试信号谐波的影响开始测量被测设备以前应先将信号发生器的输出端接到检波器输入端以确定测量设备的固有误差这些测量设备包括电缆衰减器和其他辅助装置测量程序用条中的方法或按照上述原理保持输入电平不变确定设备通带内不同频率上的输出电平在设备规定的正常输入电平范围内可用几个不同

11、的输入电平重复进行测量该项测量也可扩展到通频带两侧的频率上进行在此情况下测量频率处的电平将明显衰减因此必须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带有自动增益控制放大器的测量需要采取特殊的措施适当的测量方法正在考虑中结果表示法振幅频率特性测量结果优先采用图所示的示波器显示曲线或照片表示必须标度显示器的水平和垂直刻度当测量结果不用图形表示时应按下例表示基准频率为频率范围从时振幅频率特性的不均匀性在内也就是说图中纵坐标上曲线的最大值和纵坐标值的差值不超过而纵坐标值与纵坐标上曲线的最小值的差不超过波动分量当测量出的特性存在明显波动分量时可用峰峰值以分贝表示并且应该说明那些

12、波动的频率幂级数分量如果要求幂级数分量则可根据载频附近特性曲线的幂级数近似获得各种分量所得到的值最好用系数表示例如等或者用扫描通带内总变化表示例如在规定的通带如内线性分量二次分量三次分量要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容振幅变化的允许范围频率范围基准频率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作为输入电平函数的输出电平曲线表示输入信号频率为标称中频输入输出电平的单位均为相对于的分贝值测量方法按条的方法用相对于的分贝数刻度的信号发生器和选频电平表在不同输入电平下进行测量参见图如果需要还可在设备中频通带内的其他频率上再进行测量结果表示法测量结果优先采用图所示

13、的曲线表示当测量结果不用曲线表示时应按下例表示输入电平在标称值的范围内变化时其输出电平与相对应的标称输入电平的输出电平之间的相对变化不超过要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容标称输入电平输入电平的范围输出电平变化的允许极限动态自动增益控制特性测量方法正在考虑中群时延频率特性定义和一般考虑对于线性网络传递函数可写成式中线性网络的振幅频率特性线性网络的相位频率特性如果输出信号滞后于输入信号则认为是正的网络的群时延定义为对于的一阶导数即单位为秒通常是测量群时延变化群时延变化是上述群时延和基准频率上群时延之差在线性设备上进行测量显然不同于在含有非线性装置的设备上测量当设备含有呈

14、现调幅调相转换效应的限幅器时将引起间接的失真例如在限幅器以前的振幅频率特性的变化将导致群时延明显的变化在某些情况下选频网络是设备整体的一部分因此不可能区分出线性和非线性部分对于这种情况更完善的测量技术正在考虑中测量方法测量方法有两种即逐点测量法和扫频法图为后一种方法测量设备配置的示例测量设备的一般考虑应提供以下条件适当选择调制指数和调制频率以保证相应的频谱占据一个适当的带宽在这个带宽之内被测网络的振幅频率特性和群时延特性接近直线由调制器产生的寄生调幅相对于调幅调相转换效应和被测系统的传输容量来说应该是可以忽略的解调器对寄生调幅应该是不灵敏的因此频率跟踪型解调器较适合此项要求鉴相器应对与扫描频率

15、同步的调幅不灵敏也不需要基准相位输入信号图所示的调制器和解调器要高质量特别是应该具有恒定群时延特性当上述条件满足时鉴相器的输出电压图与被测网络群时延有以下关系式中常数表示鉴相器斜率注图中同一个鉴相器除了可以测量群时延变化外还可测量相位差如使用的测试频率鉴相器对于相位差的输出电压将与群时延变化量的输出电压相同对于满足上述条件项的其他测试频率也是可以采用的但是为了避免过大噪声的影响不能采用很低的频率例如在大容量系统中如路或更大容量群时延特性可能受非线性网络如行波管放大器限幅器变频器等调幅调相转换的显著影响因此在这种情况下与被测设备限幅器相邻的电路不包括限幅器的特性应由测量确定测量程序图所示的优选测

16、量方法中频率为的扫描信号和频率为的基带测试信号加到高质量的调制器的基带输入端在该调制器里扫描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产生频率调制的中频信号将这个已调制的中频信号送到被测网络由恢复基带测试信号的高质量解调器进行解调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就有幅度和相位变化鉴相器的输出信号与中频群时延是成正比的经过测量就可确定群时延中频特性的波动分量和或幂级级分量注非线性网络群时延变化的测量方法正在考虑中结果表示法群时延频率特性群时延频率特性最好用以频率为横坐标的示波器显示的图形来表示如图所示当测量结果不用图形表示时应按下例表示在的频带中总的群时

17、延变化为测试振荡器的调制频率和相应的调制指数也应当给出波动分量从测量得的特性曲线中可识别出波动分量时其幅度峰峰值应以纳秒为单位表示并且应当指出那些波动的频率幂级数分量如果有限项级数一般为三项能相当精确地表示载频附近群时延频率特性的话那末幂级数的展开项可以用来表示得出的特性曲线级数的一次项通常称为线性分量二次项称为抛物线分量从得出的特性曲线可以计算这些项的系数通常以等来表示要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容测试信号频率中频频带群时延变化的允许范围微分增益和微分相位特性一般考虑在小容量例如不大于路的卫星通信地球站中测量被测设备的中频振幅频率特性见第条和群时延频率特性见第条

18、就足以评价该设备的基带失真象调幅调相转换这种的非线性失真和其他的线性失真一般可以忽略然而在容量比较大的系统中这些失真将不可忽略所以除了测量群时延频率特性外还需要测量微分增益和微分相位注当载波间隔与传输基带所需要的宽度相比较小时则低于上述容量的系统也必须测量微分增益和微分相位由微分增益的微分相位的测量值可以计算出被测设备的互调噪声当互调噪声低时这样是有利的因为由于测量的调制器解调器的噪声比被测设备的噪声高时白噪声测量是没有意义的微分增益和微分相位在本系列标准第一部分第四节基带测量中已给出了定义这个基本定义涉及高频小幅度测试信号与低频大幅度扫描信号同时传输通过被测设备的基带部分使用测量调制器和测量

19、解调器可扩大到中频部分见本系列标准第二部分第七节频率调制器和第八节频率解调器测量调制器和测量解调器对于实际的测量来说可以认为是理想的就是说其微分增益和微分相位失真比被测设备的要小得多它们均包含在商品化的线路分析仪一类的仪表中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更好地评价被测设备各种参数及其随频率的变化对测量结果的影响有必要了解微分增益和微分相位表达式与设备参数如振幅频率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如果被测设备包括一个传递函数与频率有关的线性网络和后面含有调幅调相转换的非线性网络有关的关系式在附录中给出根据这些关系式就能够对微分增益和微分相位的测量结果和

20、频率的选择作出正确的结论这些结论可以归纳如下微分增益和微分相位特性曲线的含义显示平直振幅频率特性的实际网络其微分相位的测量只揭示线性网络的群时延特性而微分增益特性的测量只评定非线性网络的调幅调相转换和它前面的线性网络的群时延斜率特性的综合影响从附录的公式中可以看出微分相位表示式中的第二项和微分增益表示式中第一项他们含有振幅频率特性曲线的导数在平直特性曲线的情况下可以忽略不计采用说明第条第条和附录参考件为中办中办测试频率的选择微分增益和微分相位测量使用的仪表中测试信号频率可以用开关选择以适应不同的要求从附录的公式中可以看出微分增益的大小正比于测量频率的平方这样就要求相对高的测试频率一般在的范围内

21、以得到足够的灵敏度然而当使用高的测试频率时要考虑其平均影响微分相位的大小正比于测试频率因此可以使用相对低的测试频率一般为就有足够的灵敏度这些较低的测试频率可使显示的清晰度更高由于这些考虑微分增益微分相位测量的结果总是与使用的测试频率一起表示的测试设备的标度从附录可以看出和项与测试频率无关对于没有调幅调相转换的线性网络这些量纲就是以纳秒平方为单位的曲率和以纳秒为单位的群时延某些情况下微分增益和微分相位的测量设备也能用这些单位来标度即标度采用在测试频率变化的同时改变增益的方法这样对于一个已给定的被测设备只要测试频率低到足以避免边带间的平均影响所显示的响应也将与测试频率无关当使用很低的测试频率最高约

22、为时用纳秒来标度是线路分析仪很通用的一个办法标度不受测试频率的影响然而当使用高于大约的测试频率时通常要用度或弧度为单位的微分相位标度务必注意无论哪一种标度测量的参数都是微分相位见图对于由线性网络和非线性网络串联的网络上述数值取决于线性网络和非线性网络两部分的影响测量方法测量中频微分增益和微分相位的简化设备配置如图所示扫描信号和测试信号对测量调制器进行频率调制被测设备由测量调制器激励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鉴相器检出送到阴极射线管的垂直偏转板显示微分增益和微分相

23、位水平偏转是由被解调的扫描信号产生扫描信号由测量解调器馈送给低通滤波器后得到注通常称为线路分析仪的商品化测量仪器提供如图虚线框里面所示的设备这样的测量仪器通常包括标度垂直和水平显示轴的附加设备图中没有表示开关位置位于测量微分相位时图就基本上与第章测量群时延的设备配置相同然而在第章给出的设备配置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并不使用这种方法因为测量仪器的发送部分与接收部分分别放在两个站上时便不能进行这样的测量结果表示法微分增益和微分相位的测量值最好用阴极射线管显示的照片或两轴适当刻度的记录仪的记录曲线来表示如果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和其相应的扫描

24、范围一并说明要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容测试信号频率扫描宽度峰峰值允许的微分增益失真允许的微分相位失真用度表示或群时延失真中频载波频率定义对本标准来说中频载波频率系指调制器无任何调制存在时输出的中频频率测量方法图是测量中频载波频率的通用设备配置图在有杂散信号存在时才需要使用滤波器在进行测量之前被测设备和测试设备应有充分预热时间来达到热稳定并且必须关掉能量扩散装置然后根据要求的精度采用适当的闸门时间的计数式频率计读得所测量的频率值用图所示的打印机可以记录频率计各次计数的读数在实际应用中一百次计数就足够了但是确切的次数取决于是否有噪声被调制在载频信号上或者有噪声叠加

25、在载频信号上通常根据几个以上测量间隔的一系列平均统计分析就可以得到重复性的结果结果表示法频率计的读数可以作为时间的函数人工记录或自动记录同时还需注明频率计的计数时间和参考时钟的精度要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容中频载波频率的标称值在规定时间间隔内允许的频率偏差图测量回波损耗的设备配置图测量回波损耗的电桥网络图示波器显示的回波损耗图例注用于测量输出电压的仪器其输入阻抗应为通常为图测量振幅频率特性的设备配置图示波器显示的振幅频率特性图例图测量静态自动增益控制特性的设备配置图静态自动增益控制特性曲线的图例图测量群时延的设备配置图示波器显示的群时延频率特性图例图测量中频设

26、备微分增益和微分相位的简化设备配置图测量中频载波频率的设备配置附录第条中的数学关系式参考件对于级联的线性网络显示振幅和群时延变化和非线性网络显示调幅调相转换微分增益和微分相位由下式给出式中微分增益微分相位为偏离中心频率的扫描载波频率测试频率线性网络的曲率特性线性网络群时延特性线性网络群时延特性的斜率线性网络幅度特性的斜率非线性网络的调幅调相转换系数注以上公式中如果振幅的增加引起输出信号相位滞后的增加相对于输入信号而言为正线性网络的传递函数由下式给出式中振幅特性相位特性根据定义对于足够低的测试频率它能避免测试信号两个边带间的平均效应以及与扫描的载波频率无关的调幅调相转换这些公式是有效的可见微分增益和微分相位被表示为两上因子和乘积第一个因子是测量设备的参数即测试频率每二个因子由被测设备所决定它是两项之和第一项由线性网络的频率响应直接的响应产生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间接的响应产生附加说明本标准由南京无线电厂负责起草采用说明标准符号为本标准中采用后者在国内通用国外其他标准中亦见采用