基于超外差频谱仪的脉冲信号测试方法研究

刘璇　赵越　曲晟明

摘 要： 利用超外差频谱仪测量脉冲信号时，经常会出现频谱显示不连续，导致功率、带宽测试不准确的情况。介绍了超外差频谱仪的工作原理，在此基础上介绍了利用超外差频谱仪测试脉冲信号的方法。利用此方法可以获得连续的频谱，进而可以获得准确的测试结果。

关键词： 超外差频谱仪； 脉冲信号测试； 工作原理； 测试方法

中图分类号： TN06?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）01?0077?02

Abstract： The discontinuous spectrum display often occurs when the superheterodyne spectrometer is used to test the pulse signal， which will lead to inaccurate power and bandwidth. The working principle of superheterodyne spectrometer is introduced in this paper. The pulse signal testing method based on the superheterodyne spectrometer is given， with which the continuous spectrum and accurate testing results can be obtained.

Keywords： superheterodyne spectrometer； pulse signal test； working principle； testing method

0 引 言

信号可以通过时域、频域以及空间域三个方面进行研究[1?2]。频谱仪是信号频域研究的必须设备。利用频谱仪，可以获得信号的功率、频率、占用带宽等很多信息，常用的频谱仪有实时频谱仪和扫频式频谱仪[3]。利用扫频式频谱仪研究脉冲信号的频谱时，会发现由于扫频式频谱仪自身的特点，导致频谱显示不连续，甚至会导致功率等参量的测量错误[4]。

本文在介绍扫频式频谱仪工作原理的基础上研究了脉冲信号的测试方法。利用文中方法，可以获得连续的频谱，进而获得正确的测试结果。

1 超外差频谱仪工作原理[5?7]

信号可以通过时域和频域两种方式进行分析。频谱分析仪（频谱仪）是信号频域特性分析的重要工具。它将一个由许多频率分量组成复杂的信号分解成各个频率分量，每一个频率分量的电平被依次显示出来。频谱仪可以分为实时频谱仪和扫频式频谱仪。常用的扫频式频谱仪是超外差扫频式频谱仪。下面对超外差频谱仪的工作原理做简单介绍[8?9]。图1是扫频式频谱仪的原理框架。

输入信号经过射频衰减后控制在频谱仪的安全输入电平范围内，信号经过低通滤波器和预选器进入混频器，信号经过混频器后，会包括原有信号、本振信号，原有信号和本振信号的和频信号/差频信号，以及其他高次谐波信号。通常取其差频信号，称之为中频信号。中频信号经过中频放大器放大后，通过检波器及视频滤波器后加到显示器进行显示。实际中用到的频谱仪为了能够对很高频率的信号进行测量，通常会包含多级变频，但是超外差频谱仪在实现对高频信号测量的同时也会导致实时性较差。这是因为，为了实现一定宽度的频率信号测量，超外差频谱仪必须以一定的步进变化来不断调谐扫描。所以在对一定宽度范围的信号测量时，必须经过一定的扫描时间完成一次扫描。

2 脉冲信号测试方法

测量脉冲信号时，由于超外差扫频式频谱仪的实时性较差，在有限的脉冲出现时间内能够完成的扫描远小于信号的宽度，不能完成对整个信号的扫描。

利用超外差扫频式频谱仪对TD?SCDMA信号进行测量，按图2所示将矢量信号源与频谱分析仪相连。

针对这一问题，通常可以通过两种方法解决。

（1） 延长扫描时间。对于扫频式频谱仪，如果频率变化率（即扫描速度）太快，某频率分量尚未达到稳定的幅度值，便变成了另一个频率，以致在各个频率都达不到，输出波形比中频滤波器的曲线（亦即在慢速扫频时的显示）有明显的压低、展宽和滞后。扫描时间延长，能够防止幅度失真，如图5所示。从图5可以看出，扫描时间为500 ms，信号功率测试结果为-24.39 dBm，相比图3测试结果，功率有所提高，但是频谱仍旧不连续。这种方法是针对时域信号占空比较大的情况，当时域信号占空比较小时，需要采取第（2）种方法。

（2） 通过频谱仪Trigger键触发，配合时域选通功能（gate）使频谱连续，从而测得准确结果，如图6所示。这个方法的原理是设置时域选通的触发时延以及触发时间长度，使得触发的时间段正好是跳频信号出现的时段。这样就可以实现输入信号功率达到触发门限时，进行扫描，而当输入信号功率低于触发门限时，停止扫描。这样重复多次，经过多个周期对脉冲信号触发扫描，就可以获得多个脉冲信号的频谱轨迹，将这些频谱拼接起来即可获得完整频谱[10]。从图6看出，其功率测试结果为-15.23 dBm，与信号源发射功率相符。

3 结 语

本文首先介绍了扫频式频谱仪的工作原理，在此基础上介绍两种利用超外差频谱仪测量脉冲信号的测试方法，解决了频谱不连续进而导致发射功率、占用带宽不准确的问题。通过采用以上方法获得完整的信号频谱，在此基础上可以准确获得发射功率、占用带宽等参数。

注：本文通讯作者为曲晟明。

参考文献

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[9] RAUSCHER Christoph. Fundamentals of spectrum analysis [M]. Germany： Rohde&schwarz， 2001.

[10] 李云鹤.3 GHz频谱分析仪扫频本振设计[D].成都：电子科技大学，2013.