一種快速獲取接收系統非線性特性的新型測試方法

摘 要： 在分析雙多頻測試系統非線性特性的基礎上，提出了一種快速獲取被測件非線性特性的雙多頻測試方法。該方法首先按照系統的傳輸信號通道頻率條件的方程，對系統的諧波次數、本振信號的諧波、中頻頻率等參數進行選擇、處理，然后按照系數對頻率進行掃描、積分。最后依據符合中頻頻率的輸出功率繪出3D圖像，獲取系統的非線性特性。從而大大縮短了掃描時間，提高了掃描精度，更符合系統現場測試的需求，更具有實用性。

關鍵字：雙多頻測試系統； 接收機； 非線性特性； 3D圖像

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）21?0145?03

0 引 言

接收機的非線性是影響整個系統性能提高的一個很重要的因素，對其進行全面的分析和合理的測試是研究并提高接收機線性度的一個重要前提[1]。由于接收系統都在一定程度上存在著非線性失真，當回波信號到達接收機時，在系統的輸出端，除了包含所需要的目標信息，還有其諧波分量，在多目標和干擾存在的情況下，還會產生交調和互調失真[2?3]。

傳統的雙多頻測試系統測試被測件非線性特性時，其基本思路是對被測件注入兩個或多個可控的信號，測量被測件的響應，通過對測量獲取雙頻圖表的分析和處理，分析被測件的電磁兼容特性。雙多頻測試往往需要對被測件進行多個待測頻率范圍內的掃描，測試時間較長。由于被測件常處于極端復雜的平臺中，用頻設備多，電磁環境惡劣，現場測試需要在較短時間內對被測件進行測量分析。本文提出的對接收系統非線性特性快速獲取的雙多頻測試方法，旨在通過快速測試就能獲取接收系統的所有非線性特性。

1 雙多頻測試原理

1.1 雙多頻測試系統介紹[4]

接收機內部的非線性器件會引起很多非線性效應，比如有阻塞、串擾、互調等。自動雙頻測試系統的框圖如圖1所示。

1.2 雙多頻測試系統的算法和數學模型[4]

在應用雙頻測試系統測量被測件非線性特性時，按照雙頻測量基本原理對被測件進行兩個不同頻率的掃描。雙頻測試系統中的雙頻信號由兩個信號源通過功率合成器合成產生，其中一臺信號源為快速掃描方式，掃描的頻率范圍為f1min～f1max，共進行[n]次掃描，另一臺信號源為慢速掃描方式，掃描的頻率范圍為f2min～f2max，進行一次掃描，假設[f1step、][f2step]分別為快掃描信號源的掃描步進、慢掃描信號源的掃描步進，從而可知：

[n=f2max-f2minf2step] （1）

即：慢掃描信號源每步進一次，快掃描信號源從f1min～f1max掃描一次。

雙頻信號的掃描方式如圖2所示。

根據不同的門限值可以獲取不同的雙頻圖像，就是自動雙頻測試的信號處理技術，雙頻圖像處理結果將揭示被測件的電磁兼容特性。

2 接收系統非線性特性快速測量方法

當使用雙頻測試系統測試被測接收機的非線性特性時，其原理為：根據不同掃描頻率的門限值獲取不同的雙頻圖像，雙頻測試系統的圖表數據在以[f1，f2]為坐標軸的直角坐標系中以直線表現，通過雙頻圖表中直線確定系數[k1]，[k2]，[kg1]，[kg2]（或[kg]），[kint]，從而判別接收機的虛假響應和互調路徑。

2.1 快速測試方法描述

對于被測件為二次變頻超外差接收機，其傳輸信號通道頻率條件方程為：

式中：[k1，][k2]為兩個信號源測試信號的諧波次數；[kg1，][kg2]為二次變頻超外差接收機兩個本振信號的諧波次數；[fg1，][fg2]為二次變頻超外差接收機本振信號的頻率；[kint]表示變頻的類型（上變頻或下變頻）；[fint]為接收機中頻的頻率；[f0]為直接增益接收機和直接變頻接收機的調整頻率；[kg]為直接變頻接收機本振信號的諧波次數；[fg]為直接變頻接收機本振信號的一次諧波（[fg=f0]）；[L]為在雙頻圖表數據表示的被測接收機頻率通道的階數：[L=1]表示線性通道，[L>1]表示非線性通道。

由雙頻測試掃描原理可知，在對被測件進行掃描時，兩臺信號源分別對被測件的設定頻率范圍進行掃描。每臺信號源的描頻頻點為掃描頻段除以步進，兩臺信號源共計掃描的頻點為單臺信號源掃描頻點的平方。如果想完整的獲得某型二次變頻超外差接收機的帶內帶外非線性特性，需要很長的時間。而這樣的測量時間對于外場測量幾乎是不能得到保證的，因為外場測量有很多未知頻段、環境因素的干擾，很難保證在同一測試環境下完整的對接收機的非線性特性進行測量。另外，根據雙頻測試圖表中確定的系數判斷接收機的虛假響應和互調路徑時，由互調引起的接收機中頻輸出頻點的數量是有限的，所以沒有必要對整個接收機輸出中頻頻帶進行掃描。

新的快速雙頻測試方法，基于標志線技術的識別，用于可變位置、帶有識別通道圖像的線調整（DFD上的一條線）。相關系數由傳輸信號通道頻率條件方程（7）決定，利用軟件編程，按照接收機的傳輸信號通道頻率條件的方程，首先對接收機的諧波次數、接收機本振信號的諧波、中頻頻率等參數進行選擇、處理，計算出會產生的中頻輸出頻點，將計算出的頻點設置為頻譜儀的中心頻率。然后按照符合方程的系數先行對頻率進行掃描，利用頻譜分析儀的channel power測量功能進行輸出功率積分。依據符合中頻頻率的輸出功率繪出3D圖像，從而判斷出主要接收通道和亂真響應路徑，相關的系數由傳輸信號通道頻率條件方程決定。這樣一來，僅僅需要掃描少數的點，大大縮短了雙頻測試時間，提高了測試精度。

2.2 測試實例

例如在對某型號二次變頻超外差接收機進行雙頻測試測量時，需要測量接收機帶內帶外的非線性特性，即要求頻率范圍很寬。具體測量如下：

（1）選取帶外頻率范圍為[f：]1～2.3 GHz，輸出功率為-5 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=45]MHz，步進[Δf=5] MHz，掃描點數為260×260=67 600，[RBW=180 ]Hz，[VBW=1.8]kHz，掃描時間為65 h。

（2）選取帶內頻率范圍為[f：]2.3～2.5 GHz，輸出功率為-20 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=45]MHz，步進[Δf=5]MHz，掃描點數為[41×41=1 681，][RBW=180]Hz，[VBW=1.8]kHz，掃描時間為1.5 h。

（3）選取帶外頻率范圍為[f：]2.5～3.5 GHz，輸出功率為-5 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=45]MHz，步進[Δf=5]MHz，掃描點數為201×201=40 401，[RBW=]180 Hz，[VBW=]1.8 kHz，掃描時間為38 h。

由測試數據可知，如果想完整的獲得某型二次變頻超外差接收機的帶內帶外非線性特性，需要在步進[Δf=]5 MHz時掃描104.5 h。

應用新的雙頻測試方法對同型號的二次變頻超外差接收機進行測量，接收機的[fg1=]2 180 MHz，[fg2=]175 MHz具體測試數據如下：

（1）選取帶外頻率范圍為[f：]1～2.3 GHz，輸出功率為-5 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=fint，]步進[Δf=]5 MHz，掃描點數為260×260=67 600，[RBW=180] Hz，[VBW=1.8]kHz，掃描時間為18 h。雙頻測試圖表如圖3所示。

（2）選取帶內頻率范圍為[f：]2.3～2.5 GHz，輸出功率為-20 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=fint，]步進[Δf=][5]MHz，掃描點數為41×41=1 681，[RBW=180]Hz，[VBW=1.8]kHz，掃描時間為2 h。雙頻測試圖表如圖4所示。

（3）選取帶外頻率范圍為[f：]2.5～3.5 GHz，輸出功率為-5 dBm，頻譜分析儀的中心頻率[fcent=fint，]步進[Δf=]5 MHz，掃描點數為201×201=40 401，[RBW=180]Hz，[VBW=1.8]kHz，掃描時間為11 h。雙頻測試圖表如圖5所示。

3 結 論

由以上測試數據可得，測試共計掃描時間為31 h。其中在帶外頻率[f：]1～2.3 GHz，[f：]2.5～3.5 GHz掃描時間大幅減少，在帶內頻率[f：]2.3～2.5 GHz掃描時間有所增加。這是因為采用新的雙頻測試系統，對于接收機帶內的虛假響應和互調路徑先行計算，導致掃描時間有所增加，但在接收機帶外則避免了不必要的中頻頻點掃描，大大縮短了掃描時間，提高了掃描精度，更符合系統非線性特性現場測試的需求，因而更具有實用性。

參考文獻

[1] 王吉濱.接收機非線性分析及測試[J].系統工程與電子技術，2003，25（2）：165?167.

[2] EARL G F. The influence of receiver cross?modulation on attainable HF radar dynamic range [J]. IEEE Transactions on Instrum Meas， 1987， 36： 776?782.

[3] 王吉濱.提高接收系統線性度的研究[J].哈爾濱工業大學學報，2002，34（4）：566?569.

[4] MORDACHEV V I. Automated double?frequency testing technique for mapping receive interference responses [J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 2000， 42： 213?225.

[5] APOROVICH A F， MORDACHEV V I. Functional possibilities of the EMC characteristics monitoring of electronic apparatus by the two?frequency probing method [C]// IX Int. Symposium on EMC. Wroclaw， Poland： [s.n.]， 1988： 867?872.

[6] 吳青萍，周玉峰.超短波頻譜監測網絡化接收機設計[J].現代電子技術，2012，35（11）：110?112.