射頻測量與頻譜仿真技術研究

金亮，王心宇

（航空工業西安飛機工業集團有限公司，陜西 西安 710089）

在傳統的的射頻測量系統中，其主要的構成由被測件、測試路徑、檢測儀器以及應用工況合計四大方面所組成，在此，各個要素所表現的狀態不同也會導致最終結果出現較大的差別。

在實際的應用過程中，對于同類型的測量信號往往不存在固定的表達式，進而就無法采用傅里葉的配套公式進行相應的分析。在規律性的信號分析中經常采用的就是對其原始信號進行頻譜分析，核心就是以DFT（傅里葉分析）的時域與頻域轉換方法精確地對物體的信號進行真切的描述。在多個信號疊加的作用下，也可將各類信號頻譜所雜糅出的信號變化規律進行擬合，在有效地提取其各類基礎特征之上，為后續仿真奠定基礎。DFT 的使用往往是在連續傅里葉變換的基礎上實現時頻域的轉換，其轉換過程可根據使用者的需求進行適當的調整，進而將信號在有效分解的基礎上不斷地實現對限長的離散信號作DFT 變換，或者將其延伸為具有特定周期的信號進行處理，該過程可更為切合的適用于計算機的快速運算。以下就展開具體的分析和測量信號頻譜案例并對其進行分析。

1 射頻測量流程分析

實際情況中的射頻往往因為工況的隨機性而使得被測信號在經放大器作用下，可使得整個信號傳輸的過程中并不存在確定的解析表達式的基礎上，故而不以其常規性的信號處理而進行直接性的傅里葉函數變換，得到其最終的頻譜。在射頻的測量中，所使用的離散傅里葉變換雖然的多了廣泛的實際應用，并且其最終的參數也同連續性變換是相類似的，但在整個過程中的水表現出來的時域和頻域則是有著明顯的區別，在形式的表現上具有離散性，因此往往需要對連續信號進行有效的截取進而得到有限長的離散序列，而其過程需要使用的離散型序列也必須在嚴格的離散傅里葉變換狀態下才可以最終求得連續信號頻譜。

在射頻測量過程中，對于信號的采集，所面對的往往是采樣點數多，而必須采取的措施是以加窗截取的方式將其所得到的部分數據實現傅里葉變換。另外，對于有限長序列，其頻譜所表現出的連續性是在柵欄效應上凸顯出來的，而此也是因為離散的傅里葉變換只可以單獨地對有限個的頻率點進行描述。在此，使用DFT 方法就需要事先將連續性的信號進行實際抽樣處理，在完成連續傅里葉變換后，實現在頻域上離散化。在此過程中，應該合理地選擇參數，切實地將分析誤差控制在有效的范圍內，使用的DFT 轉換信號方法才是可行的。

2 射頻測量誤差分析

隨著信息技術的不斷發展，射頻技術在實踐應用中的精度以及響應度要求也越加高標準，在此進行誤差分析是必要的。在信號分析的過程中，除了要考慮整個過程的精確度，更應該將實際中的對應誤差進行細化考慮，只用將整個的測量流程要素進行細化環節考慮，才能較大程度接近于真實的準確的分析結果。而此誤差分析的成敗成為整個測量過程中的核心要點，因此，落實好這些測量配件是極為重要的，因為該步驟對于后面的測量過程是具有關鍵作用的。在實際的測量中問題往往出現在路由器件和調控器件，而此對應的信號測量主要可被概括為測量放大器和電纜。在測量中，測量電纜的選擇，其主要指標是應該選擇合適的插入損耗、VSWR和穩定性。再者就是放大器，該部件主要是在信號測試通路中實現信號的放大以及修正。在對射頻測量過程中對放大器的選用也是對后續對北側信號的幅度相會表現的更低，并且也是影響測試精度的重要干擾。

3 射頻測量應用多元性誤差分析

在實測過程中，其射頻測量的誤差是多元性的，以下就是幾方面的主要原因。

3.1 射頻測量中的混疊現象

在實際的射頻測量中，在連續信號的處理中，其混疊現象首先應該是在時域抽樣定理的基礎上而進行相互關系的建立。在信號分析理論中，單元周期內的采樣數N大于等于原信號長度L時才有意義，但這并非越大越好，而是在射頻測量的實際過程中應該細致精確地控制好數據長度，切實地使得頻率分辨率滿足頻率精度。否則，就會發生頻譜的混疊。如果想x（t）的頻譜是帶限的，抽樣間隔滿足T ＝0.5fm。在實際解決過程中，應該首先通過低通濾波的方式進行抽樣處理，其原則為T ＜1/（3～5）fm，即抽樣頻率一般取信號最高頻率的3 ～5 倍。

3.2 射頻測量的截斷效應表現

實際的DFT 算法在應用過程中，對相關信號的長度化序列處理往往是較為有限的，因此，在具體實踐中，要對其信號進行截斷處理。具體的操作方式主要是對離散序列進行加窗處理，其具體落實中的方案就是對其離散序列與窗函數采用相乘方式來實現前后信號的頻譜不同，進而可以構成基本的截斷效應。截斷效應對頻譜分析的誤差影響主要是頻譜泄漏、譜間干擾。

3.3 射頻測量柵欄效應的表現

DFT 頻譜是有限離散的離散頻率點，如果實際信號的頻率不是正好落在頻率點上，則看不見，這就相當于透過柵欄觀賞風景，只能看到頻譜的一部分，而其他頻率點被遮擋，這種狀況又可被稱為柵欄效應。如果頻譜之間間距較大，可能會將一些信息丟失掉，而用DFT 計算是不可避免的，解決的辦法就是增加采樣點數N，最終結果會使整個過程中的信息丟失的概率降低。

4 射頻測量信號仿真分析

在完成射頻測量的基礎上，就是對相關的測量信號進行實際工況下的頻譜考量分析。在此過程中，可能會使用到不同的DFT 頻率單位進行對離散函數的計量，因此也需要統一采用歸一化頻率單位，在完成單位的統一后需要進行的是與理論值進行對照分析，切實掌握出現誤差形成的原因。在此，以某特定的信號源的信號為研究案例，其公式為x(t)＝e-tu(t)，得到以下的分析結果。在此，首先要考慮的內容是需要將測得信號進行連續性的信號轉化，使得其在傅里葉變換中的計算中實現頻譜的理論值；其次，需要對整個過程中的相關信號進行全局性地特征化分析及采樣，使其在利用離散時間進行工程性的傅里葉變換計算的同時實現整個信號的頻譜理論的清晰明確，并在此過程中使整個信號的理論值得以不斷的深入準確表達，方便后續的變換參數，使得整個射頻在信息傳輸的過程中有效地應對混疊現象的變化；最后，就是在原有的基礎上對整個信號的序列實現更為有效地加窗處理，方便其最終實現有限序列的表達，在完成上述步驟后與加窗前信號的頻譜進行對比，最后，對加窗序列進行DFT 運算，它是對信號頻譜進行均勻抽樣的采樣值。

從上述兩者相比較的最終結果，可以明確地指導對信號進行采樣后，進而最終表現出最大的混疊誤差，進而對其相關結果的波形進行明確分析，得到不同的特征點。再者，是對加矩形窗后的信號波形進行特征化分析，在明確特征點的基礎上對相關的頻幅度進行分析對比。在經過多元的窗口長度影響的狀況下，通過整個過程中的相互信號進行對比，可有效地得到其過程中所表現出的加窗截斷的結果。

5 結語

在此，以射頻測量為研究背景，在明確時域與頻域的特征的基礎上，開展頻譜仿真技術研究。在信號測量的過程中，需要更具射頻的特點而切實地總結基礎狀況下的路徑并調整整個測試儀器的參數，使得其相關的數據可切實應用于實際測量，得到的測量結果在經過分析后，進行誤差分析，得到相關誤差產生的主要原因。在實踐中，射頻相關信號的測量以及求解，往往會更具測量中的多元性因素而使得其彼此間的關系表現得更為緊密相關，并且相關過程的不確定也勢必會導致整個環節在運行中所呈現出的測量結果步入預期那樣具有精確的保證性，這就需要人們在此進行仔細甄別。在此通過列舉傅里葉分析中的相關常規方法，使整個過程中的應用可在原有分析信號頻譜上實現最終表達，為科學化地通過強化離散傅里葉變換而更廣闊地應用于不同類型的離散信號的分析，為后相關分析研究奠定了基礎。