如何提高射频测试仪器的射频测量技术？

一、射频信号源的选择

所有的射频信号源都能产生连续（CW）射频正弦波信号。某些信号发生器也能够产生模拟调制射频信号（如AM信号或脉冲射频信号），矢量信号发生器采用IQ调制器产生各种模拟或数字调制信号。

射频信号源进一步可以分成很多种，包括固定频率CW正弦波输出源、扫描输出一个频段非固定频率CW正弦波的扫频源、模拟信号发生器以及增加模拟和数字调制功能的矢量信号发生器。

如果测试需要激励信号，那么就需要射频信号源。射频信号源的关键指标是频率与幅值范围、幅值精度和调制质量（对于产生调制信号的信号源而言）。频率调谐速度和幅值稳定时间对于减少测试时间也是非常关键的。

矢量信号发生器是一种高性能的信号源，通常结合任意波形发生器一起产生某些调制信号。通过任意波形发生器可以使矢量信号发生器产生任意类型的模拟或数字调制信号。这种发生器可以在内部产生多种基带波形，在某些情况下，也可以在外部产生某种基带波形然后载入到仪器中。如果测试规范要求被测的元件、设备或系统按照待测设备最终使用中的处理调制方式进行测试，那么这种情况下通常需要使用矢量信号发生器。

如果测试规范需要进行接收器灵敏度测试、误码率测试、相邻信道抑制、双音互调抑制、或双音互调失真的测试，那么也需要使用射频信号源。双音互调测试和相邻信道抑制测试需要两个信号源，接收器灵敏度测试和/或误码率测试只需要使用一个射频信号源。

如果待测器件是用于移动电话的，那么测试者可能要根据移动电话标准的需要进行调制信号类型的测试。移动电话功率放大器需要结合调制信号源（例如矢量信号发生器）进行测试。在选择某种矢量信号发生器之前，要评估一下该信号发生器在不同调制信号之间的切换速度，以确保其能够提供最快的测试时间。

二、射频功率计——射频领域的数字万用表

功率是射频领域中最经常被测量的一个量。测量功率最简单的方法就是使用功率计，它实际上是用来测量射频信号功率的。功率计中使用宽带检波器，按瓦特、dBm、或者dBμV显示绝对功率的大小。对于大多数功率计而言，宽带检波器（或传感器）是一个射频肖特基二极管或者二极管网络，实现射频到直流的转换处理。

功率计是所有测量功率的射频仪器中最准确的。高端功率计（通常需要一个外部功率传感器）可以实现0.1dB或更高的测量精度。功率计最低可以测量-70dBm（100pW）的功率。传感器有各种模型，从高功率模型、高频率（40GHz）模型，到峰值功率测量的高带宽模型等。

功率计有单通道和双通道两种。每个通道都需要配置自己的传感器。两个通道的功率计就能够测量出一个器件、电路或系统的输入和输出功率，并计算出增益或损耗。某些功率计能够达到每秒200到1500次读数的测量速度。而有些功率计能够测量多种信号的峰值功率特性，包括通信和某些应用中使用的调制信号和脉冲射频信号。双通道的功率计还能够准确测量出相对功率。功率计还可以针对便携式应用的需要设计成尺寸精巧的外形，使其更适合于现场测试的需要。功率计的主要局限在于其幅值测量范围。频率范围是与测量量程之间进行折衷的。此外，功率计虽然能够非常准确地测量出功率，但是无法表示信号的频率分量。

三、射频频谱或射频信号分析仪——射频工程师的示波器

频谱或矢量信号分析仪利用窄带检测技术在频域内测量射频信号。其主要的输出显示是功率频谱与频率之间的关系，包括绝对功率和相对功率。这种分析仪还可以输出解调信号。

频谱分析仪和矢量信号分析仪没有像功率计那样的精确性，但是，射频分析仪中使用的窄带检测技术使其能够测量低达-150dBm的功率。射频分析仪的精度一般在±0.5dB以上。

频谱和矢量信号分析仪可以测量的信号频率从1kHz到40GHz（甚至以上）。频率范围越宽，分析仪的成本就越大。最常见的分析仪的频率达到3GHz。工作在5.8GHz频率范围的新通信标准就需要带宽为6GHz以上的分析仪。

矢量信号分析仪是增加了信号处理功能的频谱分析仪，它不仅能够测量信号的幅值，而且能够将信号分解成它的同相和正交分量。矢量信号分析仪可以将某些调制信号进行解调，例如一些由移动电话、无线LAN设备和基于其他一些新通信标准的设备所产生的调制信号。矢量信号分析仪可以显示星座图、码域图和调制质量（例如误差矢量幅度）的计算度量。

传统的频谱分析仪是扫描-调谐式设备，因为其中的局部振荡器要扫描一个频率范围，窄带滤波器就可以获取该频率范围内每个单位频率上的功率分量。矢量信号分析仪也扫描一部分频谱，但是它们捕捉一定宽带内的数据进行快速傅立叶变换得到单位频率上的功率分量。因此矢量信号分析仪扫描频谱的速度比频谱分析仪快得多。

评价矢量信号分析仪性能的关键指标在于它的测量带宽。一些新的高带宽通信标准，例如WLAN和WiMax，需要捕捉带宽为20MHz的信号。要想捕捉并分析这些信号，分析仪必须具有足够大的带宽才能捕捉到整个信号。如果测试高带宽、数字调制的信号，那么要确保分析仪的测量带宽能够充分捕捉到所测的信号。

频谱分析仪可以用于检验待测发射机是否产生了正确的功率频谱。如果设计工程要求测试某些失真分量，例如谐波或寄生信号，那么就需要采用频谱分析仪或矢量信号分析仪。类似的，如果设计者关注器件的噪声功率，那么也需要使用这样的射频分析仪。其他一些需要频谱分析仪或矢量信号分析仪的例子包括：测试互调失真、三阶截断、功率放大器或功率晶体管的1dB增益压缩、器件的频率响应等。

测试那些涉及数字调制信号的发射机或放大器就需要使用矢量信号分析仪，对调制信号进行解调。矢量信号分析仪能够测量出某个器件产生了多大的调制失真。解调过程是一个复杂、计算密集的过程。能够快速进行解调和测量计算操作的矢量信号分析仪就可以大大缩短测试时间，降低测试成本。

四、网络分析仪

除了频谱分析仪和矢量信号分析仪，第三类分析仪就是网络分析仪。网络分析仪包含一个内置的射频信号源和一个测试射频器件的宽带（或窄带）探测器。网络分析仪以x-y坐标、极坐标或史密斯圆图的形式输出显式器件的特性。

从本质上来看，网络分析仪测量的是器件的S参数。矢量网络分析仪可以提供幅值和相位信息，可以以很高的精度判断这些器件在某个宽频段上的传输损耗与增益。通过矢量网络分析仪，还可以测量出回波损耗（反射系数）和阻抗匹配，进行相位测量和群延迟测量。

网路分析仪主要用于分析诸如滤波器和放大器之类的元件。值得注意的是，网络分析采用的是未经调制的连续波，分析仪的校准十分重要。利用制造商提供的校准工具包可以实现网络分析仪的校准。由于网络分析仪在一台仪器内集成了信号源和测量功能，而且分析仪具有较宽的频率范围，因此这类仪器的价格比较昂贵。

有时需要同时使用上述四种主要的射频测试仪器，例如功率放大器（PA）的测试。信号源可以提供输入信号，功率计或频谱分析仪可以测量输出功率。如果精度非常重要，比如在测量最大功率时，就需要使用功率计进行输出测量。PA的输入匹配对于从事射频发射器的设计者来说是一个关键参数。放大所有供给PA的功率，不因反射而损耗实际的功率，这是非常重要的。因此，PA制造商一般会使用网络分析仪测量PA的回波损耗（即S11）。

这个是频谱仪的基本功能，将射频信号接到频谱仪的输入口，观察信号频谱即可。一般在中心频率处会有最大的谱功率。带外的频谱功率接近噪底功率。注意选用的频谱仪的带宽需要覆盖分析频率。要注意输入信号的功率需在频谱仪的动态范围内(一般最大输入功率在30dbm左右)，如信号过强可用衰减器或耦合器处理。

另:由于频谱仪不是专门用来测量功率的，其功率测量的精度不如功率计。

1射频(RF)指标的定义和要求

1.1 接收灵敏度（Rx sensitivity）

(1)定义

接收灵敏度是指收信机在满足一定的误码率性能条件下收信机输入端需输入的最小信号电平。衡量收信机误码性能主要有帧删除率(FER)、残余误比特率(RBER)和误比特率(BER)三个参数。这里只介绍用残余误比特率(RBER)来测量接收灵敏度。

残余误比特率(RBER)的定义为接收到的错误比特与所有发送的的数据比特之比。

(2)技术要求

●对于GSM900MHz频段

接收灵敏度要求：当RF输入电平为一102dBm时，RBER不超过2％。测量时可测试实际灵敏度指标。根据多款移动电话的测试结果来看：当RBER＝2％时，若RF输入电平为-l09一l07dBm，则接收灵敏度为优；若RF输入电平为-l07一l05dBm，则接收灵敏度为良好；若RF输入电平为-105一l02dBm，则接收灵敏度为一般；若RF输入电平＞-l02dBm，则接收灵敏度为不合格。

●对于DCSl800MHz频段

接收灵敏度要求：当RF输入电平为-l00dBm，RBER不超过2％。测量时可测试实际灵敏度指标。根据多款移动电话的测试结果来看：当RBER＝2％时，若RF输入电平为一l08一 -105dBm，则接收灵敏度为优；若RF输入电平为一105-- -l03dBm，则接收灵敏度为良好；若RF输入电平为-l03一 -100dBm，则接收灵敏度为一般；若RF输入电平为＞-l00 dB mm，则接收灵敏度为不合格。

1．2频率误差Fe、相位误差峰值Pepeak、相位误差有效值PeRMS

(1)定义

测量发射信号的频率和相位误差是检验发信机调制信号的质量。GSM调制方案是高斯最小移频键控(GMSK)，归一化带宽为BT＝0．3。

发射信号的相位误差定义为：发信机发射信号的相位与理论上最好信号的相位之差。理论上的相位轨迹可根据一个己知的伪随机比特流通过GMSK脉冲成形滤波器得到。

频率误差定义为考虑了调制和相位误差的影响以后，发射信号的频率与该绝对射频频道号(ARFCH)对应的标称频率之间的差。它通过相应误差做线性回归，计算该回归线的斜率即可得到频率误差(因为ω＝θ/t)相位误差峰值Pepeak是离该回归线最远的值。相位误差有效值PeRMS即相位误差均方根值，是所有点的相位误差和其线性回归之间的差的均方根值。

(2)技术要求

●对于GSM900MHz频段

①频率误差Fe

若Fe＜40Hz，则频率误差为优；

若40Hz≤Fe6≤60Hz，则频率误差为良好；

若60Hz≤Fe≤90Hz，则频率误差为一般；

若Fe＞90Hz，则频率误差为不合格。

②相位误差峰值Pepeak

若Pepeak＜7de8，则相位误差峰值为优；

若7deg≤Pepeak≤l0deg，则相位误差峰值为良好；

若10deg≤Pepeak≤20deg则相位误差峰值为一般；

若Pepesk＞20deg，则这项指标为不合格。

②相位误差有效值PeRMS

若PeRMs＜2．5deg，则相位误差有效值为优；

若2．5deg≤PeRMS≤4deg，则相位误差有效值为良好；

若4deg≤PeRMS≤5deg，则相位误差有效值为一般；

若PeRMS＞5deg，则这项指标为不合格。

●对于沉S1800MHz频段

①频率误差Fe

若Fe＜80Hz，则频率误差为优；

若80Hz≤Fe≤100Hz，则频率误差为良好；

若100HZ≤Fe≤180Hz，则频率误差为一般：

若F e＞l 80H z，则这项指标为不合格。

②相位误差峰值Pepeak

同GSM900MHz的指标。

②相位误差有效值PeRMS

同GSM900MHz的指标。

1.3 射频输出功率Po

(1)定义

鉴于移动通信组网时的远近效应，在与基站通信过程中必须对移动台的发射功率进行控制(动态调整)，以便能保证移动台与基站之间一定的通信质量而又不至于对其它移动台产生明显的干扰。同样，也可以对基站的发射功率进行射频功率控制。

测试移动台的射频输出功率在功率控制的每一级电平上是否满足ETSI规定的功率要求。

(2)技术要求

●对于GSM900Mz频段

每一功率控制电平对应的标称功率和允许的误差如表l(对于class IV移动台)。

●对于DCSl800MHz频段

每一功率控制电平对应的标称功率和允许的误差如表2(对于class I移动台)。

1．4调制频谱和开关频谱

(1)定义

由于GSM调制信号的突发特性，因此输出射频频谱应 考虑由于调制和射频功率电平切换而引起的对相邻信 干扰。在时间上，连续调制频谱和功率切换频谱不是 发生的，因而输出射频频谱可分为连续调制频谱和切态频谱来分别地加以规定和测量。

连续调制是测量由GSM调制处理而产生的在其标称载频 同频偏处(主要是在相邻频道)的射频功率。

开关频谱即切换瞬态频谱，是测量由于调制突发的上下降沿而产生的在其标称载频的不同频偏处(主要是在相邻频道)的射频功率。

(2)技术要求

●对于GSM900MHz频段

①调制频谱(MOD pectsrum)

测试指标要求：调制频谱的每一条谱线均应在ETSI规定的Time-Plate的下方(具体的技术要求可参见ETSIll．10中的规定)；

测试条件：功率电平设置?(33dB m)：

测试时，可选择中间信道进行测试。

在衡量调制频谱时， 可使用谱线的指标余量(margin)。指标余量即最接近Time-Plate的一条谱线与Time-Pkate之间的距离。指标余量越大，则调制频谱越好，即对邻道的干扰越小。

对指标余量可作如下分析：

若margin＞l0dBm，则调制频谱为优；

若0＜margin＜l0dBm，则调制频谱为较好；

若margin＝0或谱线高度超出Time-Plate，则调制频谱为不合格。

②开关频谱(switch spectum)

测试指标要求：调制频谱的每一条谱线均应在ETSI规定的Time-Plate的下方；

测试条件：功率电平设备在5(33dBm)；

测试时，可选择低、中、高三个信道进行测试 如CH1、 CH62、 CHl24)。

对指标余量可作如下分析：

若margin＞10dBm，则开关频谱为优；

若0＜margin＜l0dBm，则开关频谱为较好；

若margin＝0或谱线高度超出Time-Plate，则开关频谱指标为不合格。

●对于DCSl800MHz频段

①调制频谱(MOD spectrum)

功率电平设置为0(30dBm) 。

指标要求同GSM900MHz。

1.5 杂散辐射

(1)定义

杂散辐射是指用标推测试信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射(即远端辐射)。

杂散辐射按其来源的不同可分为传导型和辐射型两种。传导型杂散辐射是指天线连接器处或进入电源引线(仅指基站)引起的任何杂散辐射；辐射型杂散辐射是指由于机箱(或机柜)以及设备的结构而引起的任何杂散辐射。

这里只介绍Tx发射时传导型杂散的测量。

(2) 技术要求

测试条件：分辨带宽RB＝l0KHz或分辨带宽RB＝3MHz

视频带宽VB＝l0KHz 视频带宽VB23MHz

(频谱仪带宽设置与有用信号和杂散信号的相对位置有关。)

功率电平设置为对应频段的最大功率等级指标要求：

①对于在发射状态的移动台，传导型杂散辐射在段频9KHz-1GHz内的杂散辐射功率电平应小于250nw(即-36dBm)；在1GHz一1275GHz频段内的传导型杂散辐射功率电平应小于1uw(即号-30dBm)。

②对于空闲状态的移动台来说，9kHz-1GHz频段内的传导型杂散功率电平应小于2nW(-57dBm)；

1GHz-12.75GHz频段内的传导型杂散功率电平应小于20nW(即-47dBm)。

③对于所有条件下的移动台，在M S接收频段GSM935MHz一960MHz／DCSl805一1880MHz内的杂散功率电平应不超过：

-25PW(即-76dBm)对于l类功率等级移动台

-45PW(即-84dMm)对于2、3、3、5类功率等级移动台

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