無線電監測接收機測試方法研究

趙 越，劉新浩

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

1 引言

2018年1月1 日，工業和信息化部制定并發布的《無線電監測設施測試驗證工作規定（試行）》（以下簡稱《規定》）正式實施。《規定》要求各無線電監測設施使用單位對新建無線電監測設施在投入使用前進行測試驗證，確保無線電監測設施在使用過程中持續滿足相關技術指標要求，進一步提高無線電監測設施日常工作的穩定性、有效性和準確性。無線電監測接收機作為一種重要的無線電監測設施，對其技術指標進行測試驗證勢在必行。本文對監測接收機幾個主要指標的原理和測試方法進行了分析和介紹，為開展監測接收機測試驗證工作提供技術指導。

2 靈敏度

接收機靈敏度定義為接收機輸入端口可監測或可解調的最小信號電平值。

2.1 監測靈敏度

監測靈敏度計算公式如下：

式中，Psens為靈敏度；-174dBm為1Hz分辨率下的基本噪底；NF為噪聲系數；RBW為分辨率帶寬；S/N為信噪比。

接收機工作模式和測試頻率直接影響其噪聲系數的大小。常見的工作模式有低噪聲、常規和低失真等，不同的工作模式適用于不同的工作場景（例如，監測小信號時使用低噪聲模式，監測大信號時使用低失真模式）。一般說來，低噪聲模式噪聲系數最小增益最大，低失真模式噪聲系數最大增益最小，常規模式介于二者之間。測試頻率應覆蓋接收機的全頻段，至少應包含最低和最高頻率，通式中，Psens為靈敏度；-174dBm為1Hz分辨率下的基本噪底；NF為噪聲系數；RBW為分辨率帶寬；S/N為信噪比。

接收機工作模式和測試頻率直接影響其噪聲系數的大小。常見的工作模式有低噪聲、常規和低失真等，不同的工作模式適用于不同的工作場景（例如，監測小信號時使用低噪聲模式，監測大信號時使用低失真模式）。一般說來，低噪聲模式噪聲系數最小增益最大，低失真模式噪聲系數最大增益最小，常規模式介于二者之間。測試頻率應覆蓋接收機的全頻段，至少應包含最低和最高頻率，通常，頻率越高噪聲系數越大。

分辨率帶寬越大，靈敏度越差，分辨率帶寬每增大10倍，靈敏度數值將增大10dB。為了統一標準，便于比較，國標GB/T32401-2015對監測靈敏度測試的分辨率帶寬和信噪比做出了明確規定：分辨率帶寬為25kHz，信噪比為10dB。

測試方法

按圖1所示連接設備，逐漸減小信號源輸出電平，直到接收機上顯示的信噪比達到標準規定值。

圖1

測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，自動頻率控制（AFC）關閉，按照標準要求設置分辨率帶寬，中心頻率設置為測試頻率fS；b）設置信號源頻率為測試頻率fS，設置信號源輸出標準的連續波（CW）信號；c）調整信號源輸出電平大小，使得無線電監測接收機顯示的信號高出底噪穩定在10dB，記錄下此時接收機輸入端口的輸入電平，此電平即為接收機監測靈敏度；d）根據測試要求，改變測試頻率fS，重復b）～c）的測試過程；e）改變接收機的工作模式，重復a）～d）的測試過程。

2.2 解調靈敏度

解調靈敏度是指無線電監測接收機在規定的條件下，其音頻輸出信號達到標準信納比時所需的輸入信號電平。

影響解調靈敏度的參數包括：噪聲系數和增益；調制（包括調制方式、調制頻率、AM調制深度、FM調制頻偏等）；測試頻率；解調帶寬；標準規定的信納比。

測試方法

按圖2所示連接設備，逐漸減小信號源輸出電平，直到音頻分析儀所測SINAD達到標準規定值。

圖2

調幅解調靈敏度測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，解調方式為調幅（AM）解調，自動頻率控制（AFC）關閉，解調帶寬設置為6kHz，如果被測設備不具備6kHz 的解調帶寬，則須在該設備大于6kHz的所有解調帶寬中選擇最小的，中心頻率設置為測試頻率fS；b）設置信號源頻率為測試頻率fS，設置信號源輸出標準的調幅（AM）信號，調制頻率1kHz、調制深度50%；c）開啟音頻分析儀SINAD測量功能，設置其濾波器為CCITT；d）調整接收機音頻輸出為額定音頻輸出功率，調整信號源輸出電平大小，使得音頻分析儀SINAD顯示數值穩定在12dB，記錄下此時接收機的輸入電平，此電平即為接收機調幅解調靈敏度；e）根據測試要求，改變測試頻率fS，重復b）～d）的測試過程；f）改變接收機的工作模式，重復a）～e）的測試過程。

調頻解調靈敏度測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，解調方式為調頻（FM）解調，自動頻率控制（AFC）關閉，解調帶寬設置為15kHz，如果被測設備不具備15kHz的解調帶寬，則須在該設備大于15kHz的所有解調帶寬中選擇最小的，中心頻率設置為測試頻率fS；b）設置信號源頻率為測試頻率fS，設置信號源輸出標準的調頻（FM）信號，調制頻率1kHz、調制頻偏5kHz；c）開啟音頻分析儀SINAD測量功能，設置其濾波器為CCITT；d）調整接收機音頻輸出為額定音頻輸出功率，調整信號源輸出電平大小，使得音頻分析儀SINAD顯示數值穩定在20dB，記錄下此時接收機的輸入電平，此電平即為接收機調頻解調靈敏度；e）根據測試要求，改變測試頻率fS，重復b）～d）的測試過程；f）改變接收機的工作模式，重復a）～e）的測試過程。

3 二階截斷點（IP2）和三階截斷點（IP3）

監測接收機運行的環境中同時存在著強信號和弱信號。因此，接收機的一項重要特性就是在不失真的情況下處理這些信號的能力。此特性被稱為接收機的線性特征，而量化線性特征的方式就是通過測量二階截斷點（IP2）和三階截斷點（IP3）的值。

盡管接收機的前端對IP2和IP3的影響最大，但在數字接收機的情況下，中頻放大器的濾波器及其它放大器都會影響IP2和IP3。因此，在進行IP2和IP3測量時應考慮到所有這些因素。IP2和IP3的測量方法是在接收機輸入端口輸入兩個強信號，然后測量接收機的響應。由于非線性的原因，會生成兩個互調干擾信號，干擾信號的電平值即可用來衡量接收機的非線性程度。此外，接收機組件自身的線性特征以及測量出的IP2和IP3值，還取決于下述參數：兩個輸入信號的頻率間隔與電平差；選擇的測試頻率。

3.1 互調產物的計算原理

圖3

二階互調產物的計算原理

如圖3所示，在f1和f2（f1＜f2）處，相同功率（Pin）的兩個測試信號輸入到監測接收機的輸入端。由于非線性的關系，在頻率f3和f4處可能會出現兩種互調產物：f3=f2–f1和f4=f2+f1

這些頻率也可用Δf（頻差）表示，Δf取決于標準的要求：

輸入端的二階互調產物計算公式如下：

式中，IP2為被測監測接收機輸入端的二階互調產物；Pin為兩輸入信號的功率（dBm）；αIM2為測試信號的電平與輸入端最高互調產物電平之間的差（dB）。

三階互調產物計算的原理

如圖3所示，在f1和f2（f1＜f2）處，相同功率（Pin）的兩個測試信號輸入到監測接收機的輸入端。由于非線性的關系，在頻率f5和f6處可能會出現兩種互調產物：f5=（2×f1）–f2和f6=（2×f2）–f1

這些頻率也可用Δf（頻差）表示，Δf取決于標準的要求：

輸入端的三階互調產物計算公式如下：

式中，IP3為被測監測接收機輸入端的三階互調產物；Pin為兩輸入信號的功率（dBm）；αIM3為測試信號的電平與輸入端最高互調產物電平之間的差（dB）。

3.2 測試方法

按圖4所示連接設備，測量二階截斷點和三階截斷點。

圖4

二階截斷點

二階截斷點IP2=Pin+α，Pin為接收機輸入干擾電平，用dBm為單位表示；α為接收機輸入信號電平和二階互調產物電平的差，用dB為單位表示；Δf為干擾信號的頻率間隔，取3-7倍最大中頻帶寬，用MHz為單位表示。測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，自動增益控制（AGC）關閉，自動頻率控制（AFC）關閉，分辨率帶寬設置為25kHz，如果被測設備不具備帶寬為25kHz的分辨率帶寬，應在該設備大于25kHz的所有分辨率帶寬中選擇最小的；

b）設置接收機信號接收頻率為測試頻率，開啟信號源1和2，設置二者頻率分別為f1=f/2+Δf和f2=f/2-Δf，信號源輸出信號類型為連續波，須保證信號源1和2輸出電平相等；

c）調整信號源輸出電平，使得無線電監測接收機顯示器顯示的二階互調干擾信號穩定高于底噪10dB計算出輸入信號電平和二階互調產物電平的差α，取其中較小的值，并計算出IP2，用dBm為單位表示；

d）根據測試要求，改變測試頻率，重復b）～c）的測試過程；

e）改變接收機的工作模式，重復a）～d）的測試過程。

三階截斷點

三階截斷點IP3=Pin+α/2，Pin為接收機輸入干擾電平，用dBm為單位表示；α為接收機輸入信號電平和三階互調產物電平的差，用dB為單位表示；Δf為干擾信號的頻率間隔，取10%最大中頻帶寬，用MHz為單位表示。測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，自動增益控制（AGC）關閉，自動頻率控制（AFC）關閉，分辨率帶寬設置為25kHz，如果被測設備不具備帶寬為25kHz的分辨率帶寬，應在該設備大于25kHz的所有分辨率帶寬中選擇最小的；

b）設置接收機信號接收頻率為測試頻率，開啟信號源1和2，設置二者頻率分別為f1=f+Δf和f2=f+2Δf，信號源輸出信號類型為連續波，須保證信號源1和2輸出電平相等；

c）調整信號源輸出電平，使得無線電監測接收機顯示器顯示的三階互調干擾信號穩定高于底噪10dB，計算出輸入信號電平和三階互調產物電平的差α，取其中較小的值，并計算出IP3，用dBm為單位表示；

d）根據測試要求，改變測試頻率，重復b）～c）的測試過程；

e）改變接收機的工作模式，重復a）～d）的測試過程。

4 中頻干擾抑制和鏡頻干擾抑制

現代接收機的射頻前端大多采用超外差結構，運用外差原理，將輸入信號與本地振蕩器所產生的信號在混頻器中進行混頻。如圖5所示，從天線接收到的信號首先經過預選器進行選擇性濾波，之后由低噪聲放大器對信號電平進行補償，再進入混頻器與本振信號進行混頻，由中頻濾波器選出所需信號，放大后輸出。

圖5

超外差式接收機存在鏡像干擾（如圖6所示），干擾信號是一種高于（或低于）有用信號兩倍中頻的寄生響應。鏡像干擾頻率與本振信號頻率之間只相差一倍中頻，如果進入混頻器，會生成中頻干擾信號，并與有用信號一同進入中頻放大器。

圖6

4.1 中頻干擾抑制比測試方法

按圖1所示連接方式連接測試設備，測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，自動增益控制（AGC）關閉，自動頻率控制（AFC）關閉，分辨率帶寬設置為25kHz，如果被測設備不具備帶寬為25kHz的分辨率帶寬，應在該設備大于25kHz的所有分辨率帶寬中選擇最小的；

b）設置無線電監測接收機信號接收頻率為測試頻率，開啟信號源，設置其頻率分別為被測無線電監測接收機的第一級中頻f1stIF、第二級中頻f2ndIF或第三級中頻f3rdIF，信號發生器信號類型為連續波；

c）調整信號源輸出電平，使得無線電監測接收機顯示器顯示的中頻干擾信號穩定高于底噪10dB，計算出輸入中頻信號和輸出信號電平的差，即為中頻干擾抑制比；

d）根據測試要求，改變測試頻率，重復b）～c）的測試過程。

4.2 鏡頻干擾抑制比測試方法

按圖1所示連接方式連接測試設備，測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式，自動增益控制（AGC）關閉，自動頻率控制（AFC）關閉，分辨率帶寬設置為25kHz，如果被測設備不具備帶寬為25kHz的分辨率帶寬，應在該設備大于25kHz的所有分辨率帶寬中選擇最小的；

b）設置無線電監測接收機信號接收頻率為測試頻率f，開啟信號源，設置其頻率分別為fin=f±2f1stIF，fin=f±2f2ndIF或fin=f±2f3rdIF的無線電監測接收機鏡頻頻率，信號發生器輸出信號類型為連續波；

c）調整信號源輸出電平，使得無線電監測接收機顯示器顯示的鏡頻干擾信號穩定高于底噪10dB，計算出輸入鏡頻信號和輸出信號電平的差，即為鏡頻干擾抑制比；

d）根據測試要求，改變測試頻率，重復b）～c）的測試過程。

5 頻率誤差與電平誤差

頻率誤差是指無線電監測接收機測定的輸入信號頻率值與實際輸入信號頻率值之差。

電平誤差是指無線電監測接收機測定的輸入信號電平值與實際輸入信號電平值之差。

測試方法

圖7

按圖7所示連接方式連接測試設備，測試步驟如下：

a）按照圖7步驟一連接設備，根據選定的測試頻率，設置信號發生器輸出標準的連續波試驗信號，調整信號源輸出電平，使得接收機輸入電平至少高于監測靈敏度30dB；

b）設置無線電監測接收機為固定頻率監測模式，自動增益控制（AGC）打開，自動頻率控制（AFC）關閉，分辨率帶寬置最小；

c）設置接收機信號接收頻率為測試頻率，從接收機上讀出此時接收到的信號的頻率f1和功率P1；

d）按照圖7步驟二連接設備，記錄頻率計的頻率測量值f2和功率計的功率測量值P2；

e）計算頻率誤差Δf=|f1-f2|，功率誤差ΔP=|P1-P2|；

f）根據測試要求，改變測試頻率，重復a）～e）的測試過程。

6 掃描速度

掃描速度是指接收機在全景掃描模式下，按標準規定的掃描步進，單位時間內完成掃頻搜索的頻譜帶寬。

測試方法一

按圖1所示連接方式連接測試設備，測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式為常規模式，打開全景掃描功能和瀑布圖，按標準規定設置掃描步進；

b）設置掃描起始頻率f1和終止頻率f2，如果全頻段掃描速度一致，則掃頻范圍須覆蓋整個接收機工作頻段；

c）設置信號源輸出單個突發信號，其頻率在接收機的工作頻段內，調整信號電平和駐留時間，使其在無線電監測接收機上的顯示信噪比大于30dB，且瀑布圖上不間斷顯示信號的數量不少于20個；

d）調整駐留時間，直至找到滿足步驟c）要求的最小駐留時間T0；

e）計算掃描速度V=（f2-f1）/T0。

測試方法二

圖8

按圖8所示連接方式連接測試設備，測試步驟如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式為常規模式，打開全景掃描功能，按標準規定設置掃描步進；

b）設置掃描起始頻率f1和終止頻率f2，如果全頻段掃描速度一致，則掃頻范圍須覆蓋整個接收機工作頻段；

c）設置信號源輸出標準的連續波試驗信號，其頻率在接收機的工作頻段內，調整信號電平，使其在無線電監測接收機上的顯示信噪比大于30dB；

e）設置頻譜分析儀中心頻率為接收機輸出中頻頻率，打開時域分析功能，設置合適的掃描時長，測出中頻頻率的時間間隔T0；

e）計算掃描速度V=（f2-f1）/T0。

7 相位噪聲

在復雜電磁環境下，接收機經過混頻從強干擾信號中提取弱小有用信號的能力是非常重要的。

圖9

由圖9可以看出，本振相噪差時，混頻后弱小信號被淹沒，如果本振相噪好則信號就能顯露出來，只需有一個好的窄帶濾波器既可有效的濾出信號。如果本振相噪差，即使中頻濾波器能夠濾除強干擾信號，強干擾信號的噪聲邊帶仍然淹沒了有用信號，使接收機無法接收到弱小信號，尤其對大動態、高選擇性的接收機，這種現象很明顯。因此要使接收機具有良好的選擇性和大動態，則接收機本振信號的相噪必須好。

中頻相位噪聲測試方法

圖10

按圖10所示連接方式連接測試設備，測試步驟

如下：

a）設置無線電監測接收機的工作模式為常規模式，手動增益控制（MGC）打開，衰減設置為0dB，中心頻率設置為測試頻率f0；

b）設置信號源頻率為測試頻率f0，設置信號源輸出標準的連續波試驗信號，信號電平為P0（P0為接收機達到最大增益時的輸入電平值）；

c）設置信號源分析儀中心頻率為接收機中頻頻率；

d）從信號源分析儀上讀出偏離載頻10kHz處的相位噪聲測量值；

e）根據測試要求，改變測試頻率f0，重復b）～d）的測試過程。

測量中頻相位噪聲時，信號源和信號源分析儀自身的相位噪聲要低于被測接收機3dB以上。

8 結束語

本文對無線電監測接收機主要指標進行了原理和計算公式的介紹，并給出了各個指標的測試方法，為無線電監測設施測試驗證工作的順利開展提供了有力的技術支持。■