1、信号与信息处理 频谱仪测量发射机带外杂散信号的分析 何新亮 ，盛松林 ，刘 列 ，赵兴录 (1国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙410073； 2空军装备研究院防空所，北京100085) 摘要 简述了发射机带外杂散信号的定义及带外杂散信号的测量方法。频谱分析仪测量发射机带外杂散信号 时会出现许多虚假信号，从而影响了真实的杂散信号的正确测量。从频谱分析仪工作原理人手对其原因进行了定性 分析，给出了虚假信号和真实信号的辨别方法，提出了较为先进的正确测量杂散信号的方法。 关键词频谱仪；杂散信号；基波；电磁兼容 中图分类号TM931 文献标识码A 文章编号10033106(2010)110030
2、03 Analysis on Testing Spurious Signals of Transmitters by Spectrum Analyzer HE Xinliang ，SHENG Songlin ，LIU Lie。，ZHAO Xinglu (1School of Optoelectronic Science and Engineering，NUDT，Changsha Humn 410073，China； 2Equipmeru Institute ofLand-Bnsed Air Defense，Equipment Academy ofAir Force，Beijing 100085
3、，China) Abstract Definition of spurious signals and test methods of spurious signals of transmitters are briefly introducedWhen using spectrum analyzer to test spurious signals of transmitters，false signals may appear during the measurement processThe reasons of the issue are explained in terms of o
4、perating principles of spectrum analyzerA relatively advanced and effective test method is provided in the end of this paper Key words spectrum analyzer；spurious signals；fundamental wave；EMC 0 引言 当发射机杂散信号超过规定值时会对其他用频 设备产生干扰，因此杂散信号作为考核发射机电磁 兼容性能的重要指标之一，其测量结果是否准确可 信显得尤为重要。由于有的操作者对频谱仪的测量 方法不当，得到的测量值与真实
5、值相比，可能存在很 大的误差，夸大了实际的杂散信号，用这样的数据去 评价发射机的电磁兼容性能是不合理的。在此分析 了用频谱仪测量发射机带外杂散信号测量结果不准 确的原因，给出了解决方法，可保证测量结果的科学 性和准确性。 1 带外杂散信号的概念和测量方法 带外杂散信号是指发射机输出的除去谐波和噪 声的处于基波频带之外的无用射频信号，其特征是 在离散频率上的窄频带内存在显著的分量信号。 在对发射机进行测试中，频谱分析仪是信号分 析的主要仪器，是目前较为常用而且较为简便的方 法，测量杂散信号的方框图如图1所示。 30 2010 Radio Engineering Vo140 No11 图1杂散信号
6、测量方框图 2测试结果及分析 21 内部衰减器对杂散信号测量的影响 对某发射机的耦合输出信号进行了测试，衰减 为50 dB到0 dB时的基波附近杂散频谱的测试结果 如图2、图3、图4和图5所示。图2中基波信号最 大值为724 dBm，参考电平设置为30 dBm，此时频 谱仪的内部衰减器自动调整为50 dB，噪声电平为 一34 dBm，未发现明显的带外杂散信号；在图3中， 当把基波信号移出测量范围，将参考电平下降30 dB 变成0 dBm，此时仪器内部衰减器自动调整为10 dB， 发现了杂散信号，其中比较大的达到一65 dBm；图4 中参考电平为0 dBm，内部衰减自动减小为5 dB，又 检测到
7、了2个杂散点；图5中内部衰减自动减小为 收稿日期：2010O813 信号与信息处理 0 dB，发现这些杂散信号的强度测量值又增大了 l0 dB左右。 E 脚 E * 删 E 脚 E 脚 图2基波一衰减为5O dB 图3衰减为lO dB 图4衰减为5 dB 22原因分析 图5衰减为0 dB 从频谱仪工作原理人手来分析衰减器影响杂散 信号的测量原因。频谱仪工作原理框图 如图6所 示，射频输入信号与本振混频后，经中频滤波、检波， 在显示器上显示其电平。其中混频器是典型的非线 性器件。 射频输入1频谱仪内1 1低噪声高频 I置衰减器广1 宽带放大器 中频滤波器H中频放大器H检波器 图6频谱仪工作原理
8、基波大信号输入频谱仪后，容易导致频谱仪过 载饱和，将产生非线性效应，产生出许多和大信号频 谱形状相似的其他杂散信号。这些杂散信号不是外 部进入频谱仪的信号，因此称为虚假信号。虚假信 号有一个典型特点，就是过载越严重，虚假信号幅度 越大。杂散的频谱和大信号的频谱形状相似，但宽 度为后者的Pp倍，P和p为整数。据相关资料 介绍，进入混频器端口的功率电平不大于一30 dBm 时，可保证使频谱仪工作在线性范围，即在此条件 下，频谱仪本身产生的非线性失真对被测信号来说 其影响可忽略不计 J。 有的频谱仪前级具有预先放大器或衰减器。当 信号在频谱仪的衰减器放在最大值和预先放大器放 在最小值时已经接近频谱仪
9、的饱和门限，则当减小 衰减量或增加预放，同样会导致频谱仪后级过载饱 和，出现非线性效应，产生很多带外杂散。 当频谱仪信号过大饱和以后，仪器会提示过载 饱和。但如果改变扫描范围，将大信号移出当前仪 器显示窗口，则不会提醒过载饱和。然而由于仪器 是宽开的，当把大信号移出当前显示窗口，如果衰减 减小或预放加大，仍然会出现饱和现象，在带外出现 许多虚假的杂散信号。 因此，为了准确测量带外杂散小信号，应尽量避 免输入信号过大饱和。如果采用增加外部衰减和内 置衰减的方法来降低输入大信号的幅度，将直接影 响频谱仪的测量灵敏度，会使幅度较低的杂散小信 号淹没于噪声中而不可测，即出现了一个矛盾，一方 面要降低基
10、波大信号的幅度，一方面又不能使杂散 小信号幅度降低使测试非常困难。在下面将给出解 决这个矛盾的办法。 23真实信号和虚假信号的辨别 如何区分杂散信号是从外面进来的真实信号， 还是仪器自身饱和引起的虚假信号，有简单的方法： 如果大信号在当前窗口内，则饱和会出现相应的提 示。如果大信号在当前窗口外，则不会有提示，此时 2010年无线电工程第40卷第11期 31 信号与信息处理 可以看信号频谱形状是否和大信号相似，如果相似 就可能是虚假信号；同时，对衰减器或预先放大器进 行调整，外面来的真实信号的幅度不会改变，但虚假 信号的幅度就会发生较大的改变。 从衰减为50 dB的图2到衰减为0 dB的图5，
11、带外出现了越来越大的虚假杂散，它们的带宽和基 波一样。此外，可以看到还有一个尖的真实杂散信 号，它的幅度保持不变，是一个外来的真实信号。 3测量方法的改进 为了准确测试杂散小信号，应该在射频输入信 号进入频谱仪之前采用带通滤波器滤除基波大信 号，保证进入混频器端口的功率电平不大于 一30 dBm，避免基波大信号使混频器产生饱和非线 性效应，同时增大测量动态范围，保证对需要测量的 杂散小信号无损耗。据调研，福州博讯通电子有限 公司研发的可调式带通滤波器具有较好的性能。其 插入损耗约为11 dB02 dB，带外抑制可达50 dB 以上且较平坦，能够有效地抑制基波，对需要测量的 杂散信号几乎无损耗，
12、可满足测量要求 J。 需要指出的是，带阻滤波器和高通滤波器虽然 也可以有效滤除基波信号，但由于带阻滤波器的带 外特性曲线和高通滤波器的特性曲线都不够平坦， 通常波动可达3 dB甚至更多，且高通滤波器无法对 低端信号进行测量，因此它们都不适合用来滤除基 波信号。 使用频谱仪测量时，要保证测量的准确性还取 决于所设置的频谱仪带宽(RBW和VBW)和扫描时 间。有关带宽和扫描时间的设置与频谱仪用于其他 测量时基本相同，不再赘述。 4 结束语 在测量发射机带外杂散信号过程中，避免频谱 仪的非线性效应是至关重要的，直接决定着测量结 果的准确性和可信性。解决饱和非线性问题的方法 是研制一个滤波器件能有效地
13、抑制基波大信号，同 时对需要测量的杂散小信号无损耗。 ； 参考文献 1蔡伟群，邹进兴惠普系列频谱仪谐波测量的误差分 析J中国无线电管理，2000，12(6)：2527 2李爱国关于用频谱仪测量发射机杂散信号的探讨J 无线电工程，1997，27(3)：5557 3张滨，杜丰功调频广播发射机残波辐射现场测试探 析J中国无线电，2008(8)：5053 作者简介 何新亮男，(1987一)，硕士。主要研究方向：系统问电磁兼容 预测分析。 (上接弟18页】 降低目标误比特率等同于降低门限，使得有效 子带数增加，同时也改变了初始调制选择方案的结 构，从而增加了系统的频谱效率。 4 结束语 自适应调制和功率
14、分配算法可根据目标误比特 率的大小、各子带的信道增益和等功率分配来确定 初始有效的子带数，各子带根据其信噪比的大小选 择不同的调制方式，在满足目标误比特率下，迭代计 算出最优的有效子带数目和功率分配的最优比例关 系，并将关闭的子带功率按比例分配给其他高信噪 比的子带，从而得出最优的分配方案。并且该算法 只需迭代23次即可得出最优分配结果，大大简化 了算法的运算量。仿真结果表明，该算法可提高中 低信噪比下的系统频谱效率。 ； 参考文献 1黄和，王东进，刘发林Ka波段移动卫星信道的综合 模型及误码率分析J中国科学技术大学学报，2005， 35(3)：346352 32 2010 Radio Eng
15、ineering Vo140 No11 l2j SHIN Y S，MUN C，YOOK J G，et a1Capacity Maximising Efficient Adaptive Subcarrier Selection in OFDM with Limited FeedbackJElectronics Letters，2006，42(7)：430431 3史锋峰，赵春明一种提高低信噪比OFDM系统频谱效 率的资源分配算法J东南大学学报(自然科学版)， 2009，39(4)：662666 14 J SEONG K，MOHSENI M，CIOFFI J MOptimal Resource A
16、llocation for OFDMA Downlink SystemsCIEEE International Symposium on Information Theory，2006：1394 1398 5张艳玲，孙献璞，李建东实现不等错误保护的最小发射 功率AMOFDM系统J电子学报，2008，36(7)：1314一 l318 6侯利明，林孝康基于OFDM技术的多用户子带分配算 法J清华大学学报(自然科学版)，2009，49(4)：528 530 7李晓辉，刘乃安，易克初，等多用户OFDM系统中的联 合子载波和功率分配算法J西安电子科技大学学报 (自然科学版)，2006，33(3)：366370 作者简介 王艳岭男，(1985一)，硕士。主要研究方向：现代通信系统与 电路新技术。
