GB 11299.2-1989 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 第二节 射频范围内的测量.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二节射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二节射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二节射频范围内的测量主题内容与适用范围本标准规定了卫星通信地球站中发射设备和接收设备的射频范围内的测量方法本标准既适用于分系统又适用于分系统
2、组合的测量概述在下述各种类型的测量中不可能全面地叙述为都能获得所要求的精度所必需的那些预防措施但是应当注意到如下一些普遍关注的情况不应忽视在测试信号输入端可能存在杂散信号 包括谐波 这些杂散信号可能会干扰测量设备的工作 也可能会干扰被测系统或分系统的工作 虽然这些杂散信号的幅度不足以影响测试设备 但仍然应当考虑去除测试端的这些无用信号 因为它们的存在可能改变被测的射频特性 例如发热的影响不应变动部件 包括铁氧体隔离器和环行器 的机械安装和射频屏蔽的位置 除非能确信变动后的全部性能足以代表被测系统或分系统的性能在下述测量方法中 没有提及使测量设备免受可能的射频干扰的各种要求 采用扫频法测量时根据
3、扫描信号的波形 测试接收机选频放大器幅度检波器和示波器的通带应为扫描频率的 到 倍测试人员应根据需要来安排测量设备 使测量误差保持在允许的范围内表述测量结果时 应给出实际使用的测量设备配置图 标出图中负载 隔离器 低通滤波器和其他器件 此外 还应列出所用的各种测量仪器的型号和衰减器的额定功率 在给出测量结果时 应说明测量精度和误差来源 并作其他必需的说明以免对结果的解释含糊不清载波频率定义和一般考虑在卫星通信系统中 被测设备的输出通常有一个以上的载波频率 载波频率是射频信号频谱中被信息信号所调制的频率在没有基带测试信号的情况下 例如 当载波频率被高调制指数的扩散信号调制时 在频谱分析仪上可能不
4、容易分辨出与载波频率相对应的谱线 在这种情况下 假定平均间隔足够长 例如 最低调制频率所对应周期的 倍 那么载波频率可以定义为每秒钟正或负过零的平均次数本标准推荐两种测量射频载波频率的方法 第一种方法适用于未调制的射频载波 第二种方法适用于正弦基准测试信号调制的载波 有工作基带信号 如频分复用电话或电视 调制的射频载波频率的测量 未予考虑载波频率可在无线电发射机的射频输出端测量 也可经过一些分系统传输后进行测量 这时由于本机振荡器频率的误差 将会得到不同的测量值 本机振荡器的频率也可用所述方法测量测量方法未调制的射频载波测量未调制射频载波频率的通用设备配置如图 所示 仅在有杂散信号时才要求有滤
5、波器 只有当频率计不能覆盖规定的电平范围和或频率范围时 才需要放大器和或衰减器及变频器在进行任何测量之前 应使被测设备和测量设备都达到热稳定 如果有能量扩散装置 应使其停止工作然后 每间隔一段时间 例如一秒钟 读取一次数字频率计的读数 间隔时间将由所用仪器的闸门时间选择来定此外 图 所示的记录仪可用来记录数字频率计的数值 如有 次计数就足够了 但是 通常在任何一个给定的情况下 记数次数取决于噪声是否存在和噪声是否调制信号或叠加在信号上 通常对几个测量间隔上取平均值的统计数列的分析将提供可重复的结果注 当射频载波为一基带信号所调制时 假定数字式频率计不造成误差 也可采用上述方法 这些误差取决于调
6、制信号频率和频率偏移 数字式频率计的平均间隔应超过调制频率所对应周期的 倍在多载波系统中 每一载波都应该单独进行测量 其他载波或者关掉或者用适当的滤波器滤除已调制射频载波已调制射频载波的测量设备配置如图 所示 这种测量方法可用来确定载波频率在调制后是否有明显变化 为了使载波频率对应的谱线按要求的精度识别出来 应适当选择本测量所用的调制信号被测信号 无论是已调的还是未调的 显示在有一定分辨率的频谱分析仪上 只需显示频谱的中心部分 然后调整基准振荡器的频率 直到屏幕上出现该频率的信号并与被测信号的载波频率重合一致 这样 基准振荡器的频率就是被测载波的频率 并可在数字频率计上读出注 如果方便 也可在
7、中频上进行测量结果表示法采用直接测量法 条 时 数字频率计的读数可以人工地或自动地记录为时间的函数 应当给出所选用的数字频率计的闸门时间间接测量法 条 不适合自动记录读数 但可用人工记录 将射频频率表示成时间 调制电平 调制频率或任何其他相应变量的函数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单个或多个载波频率容差测试用的调制信号阻抗 或导纳定义和一般考虑卫星通信系统中所用设备的输入和输出阻抗 导纳 通常可用相对于被测设备的标称阻抗的回波损耗来表示 或用电压驻波比 来表示阻抗 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 为阻抗 相对于标称值 的电压反射系数 即回
8、波损耗 与电压驻波比 的关系如下测量方法下列测量方法适用于测量线性装置的回波损耗非线性装置的测量或有外加信号存在时的测量 要求采用专门方法 这里不做规定可采用扫频法或逐点测量法进行测量逐点测量法需要进行大量的单个测量 耗时长 两种测量方法都可采用测量线技术或反射计技术采用最佳的测量设备时 电压驻波比的测量精度约在 以内测量线逐点测量法典型的测量线法的测量设备配置如图 所示 被测设备在电压驻波比指示器要求的信号电平上应具有线性特性信号发生器通常是调幅的 而移动探针包括一个可调的或宽带的二极管检波器 电压驻波比指示器通常是一个选频电压表 该电压表调谐在调制频率上 例如 而测量应在有关的整个射频频段
9、上进行测量线扫频测量法典型的测量线扫频测量法的测量设备配置如图 所示 扫频发生器通常是调幅的 而移动探针包括一宽带二极管检波器 音频放大器的输出端有一检波器 该放大器调谐在调制频率上 电压驻波比指示器可以是一个示波器 最好是存储型示波器 也可以是 记录仪 测量设备是用失配值为已知的失配负载来校准的 示波器的水平扫描对应于发生器的频率扫描 而测量是这样进行的 检波器在最低射频频率上至少移动半波长 频率扫描应当覆盖有关的整个射频频段在任意给定的射频频率 对应于横坐标上给定点 上 由定标线给出的显示包络的最大和最小幅值之比 就是该频率上的电压驻波比扫频反射计法典型的扫频反射计法的测量设备配置如图 所
10、示 用四端口定向网络获得入射功率和反射功率的取样 测出每个频率反射系数的幅值为了校准测量设备 用短路器来替代被测设备 调整衰减器使其模拟已知的回波损耗 例如衰减对应于 回波损耗 这种校准方法比那种必须知道检波律的方法更可取如果在被测频段内入射波的电平非恒定 校准时应调整在有关状态下记录校准线注 定向网络的方向性超过被测回波损耗的程度决定了可达到的精度 例如 方向性能使被测的 回波损耗的测量精度达到能同时测量幅度和相位的反射计可用来显示阻抗圆图结果表示法测量结果应以曲线或带标度的示波器显示的图形照片或 记录仪绘制的曲线图表示当结果不用图形表示时 应按下例表示在 频率范围内回波损耗大于应给出各种情
11、况下测试结果的最大误差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阻抗允许的最小回波损耗频率范围电平和增益定义本标准使用的电平 功率增益 插入增益 或损耗 和隔离度的定义如下电平在卫星通信地球站中 对射频而言 电平通常指的是功率 输入电平定义为 信号发生器传送到被测设备输入端的功率 该发生器的输出阻抗与被测设备端口的标称阻抗 相匹配注 如果被测设备与发生器阻抗不匹配 则传输至被测设备的功率就不是最大值输出电平定义为 被测设备输出到负载的功率 该负载与被测设备输出端口的标称阻抗相匹配功率增益设备或分系统的功率增益的定义为 输出电平与输入电平之比如果被测设备是非线性的 应指出
12、功率增益的条件 例如 是饱和功率增益或是小信号功率增益如果以分贝表示的功率增益为一负数 通常应改变符号 并称之为损耗注 天线功率增益的定义参见本系列标准第二部分第二节 天线 包括馈源网络插入增益设备或分系统的插入增益定义为 当负载直接接到实际信号源上所吸收的功率 和当同一负载通过被测设备接到同一信号源上所吸收的功率 二者之比以分贝表示的插入增益为如果用分贝表示的插入增益为一负数 通常改变其符号 并称之为 插入损耗隔离度 器件的两端口之间器件两端口之间的隔离度定义为 所有端口都接标称阻抗时 一端口入射波的电平与该入射波泄漏在另一端口的电平之比 用分贝表示测量方法功率电平用功率计测量 有时用具有标
13、称阻抗的已校准二级管检波器测量 二极管通常装在一支架中 该支架用以实现匹配 并在宽的射频带宽上获得均匀频率响应 但检波器的灵敏度不高 并且要求没有任何明显的干扰信号 以获得最高精度采用说明原文误为射频功率计测量头的实际阻抗接近其标称阻抗这些测量头非常适合于测量被测端口的资用功率功率计可用于测量从不到一微瓦到数瓦的功率 如遇到较大功率时 可用相应额定功率的精密衰减器和或已校准的定向耦合器来扩大量程当要求较高灵敏度 或者测量端口有杂散信号存在时 可采用如选频电平表或经过适当校准的频谱分析仪等其他方法注 当被测信号通过一波导时 可能会发生波模转换 即部分功率转换为主模以外的其他模 在这种情况下 就要
14、求用波模转换器来保证测量的是射频信号的总功率 但是 通常接收到的主模功率是足够的 见 条输入电平输入测试信号的电平应在具有标称阻抗 的负载上获得 信号发生器的输出直接接到被测设备的输入端 而无需再调整电平 该负载相对于标称阻抗 的回波损耗应优于注 采用先进仪器时 可能无需上述步骤 这些仪器通常以匹配负载两端的电动势或电位差来校准输出电平低电平测量将带有载波电平表的高灵敏度和高选择性的接收机通过一匹配的可变衰减器接到被测端口上 为了确保接收机处于不饱和状态 当减小衰减器的衰减量时 电平表读数应随着输入信号电平的变化线性地增大然后 调整衰减器 使电平表得到适当的读数 并记录该数值用一输出功率已知的
15、信号发生器替代被测设备 并把发生器调在与接收机相同的频率上 调整精密可变衰减器 可以是发生器内部的或为外部的 使电平表读数与上述记录的读数相同 这时 信号发生器的功率输出减去衰减器的衰减值就等于被测端口的功率输出高电平测量在被测端口和负载之间 接入一校准好的定向耦合器 如果需要 可在功率计前面的定向耦合器测量臂上 接入校准好的衰减器和合适的滤波器 以消除杂散信号 谐波或其他无用载波应考虑到所用的定向耦合器和任何衰减器的总插入损耗 对得出的读数予以修正增益 衰减和隔离度的测量增益 衰减和隔离度都可用合适的电平表采用直接校准法或用 和 条所述的替代法进行测量测量隔离度的方法是在一有关端口加上信号
16、然后测量第二个端口由其引起的信号电平 测量应当在所有其他端口都端接其标称阻抗的情况下进行 任何无用信号的电平应该是可以忽略不计的用射频替代法测量典型测量设备配置如图 所示 该图指的是一种特殊情况 采用调幅的扫频信号发生器和负载阻抗均与传输线的标称阻抗相匹配 来测量作为频率函数的损耗显示装置既可以是 记录仪 也可以是如图中虚线所示的双线示波器将扫描电压加到显示装置的 放大器上 采用 记录仪时 扫描速率应与记录仪的移动速率一致 信号发生器输出端口的射频信号由一音频信号 例如 进行调幅 并且 在规定的频率范围内同时进行扫描射频检波器的输出为原来的低频信号 该信号由一低频放大器 检波器分离 放大和检波
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