ITU-R带宽测试破局：两招识破接收机 /频谱分析仪“伪带宽”

在无线电监测领域，接收机的中频（IF）滤波器堪称设备的 “心脏”，其带宽性能直接决定了设备能否在复杂的频谱环境中精准锁定目标信号。国际电联无线电部门（ITU-R）发布的 SM.1836 建议书所推荐的测试标准，为不同厂商接收机性能的客观比较提供了依据，也让用户能更方便、客观地评估产品质量。

本文先引用标准原文，再在标准的指引下开展测试实践。当前，基于数字处理技术的接收机、频谱仪已得到广泛应用，而标准中推荐的 “在数字 IF 输出可用的情况下” 的测试方法，无法区分通过 “扫频” 或 “多路拼接” 方式实现的伪带宽。为此，提出创新性地尝试了两种更严格的测试方案：
第一种，通过在带内发送多个极短时脉冲信号，确保无法通过 “扫频” 方式通过测试；
第二种，通过在带宽内发送高速线性调频信号，确保无法通过 “多通道拼接” 方式通过测试。
以下为建议书中的内容引用：
ITU-R SM.1836 建议书
测量无线电监测接收机 IF 滤波器特性的测试程序
1 概述
无线电监测接收机的两个重要 IF 滤波器参数为：
额定带宽；
整形因子。
2 IF 滤波器额定带宽的定义与测量
国际电联将监测接收机 IF 滤波器的带宽定为–6 dB，但相同程序也适用于–3 dB 等其它带宽的测量。测量该带宽时，需将信号生成器连接至接收机的天线输入端，随后在以下频率范围内对信号生成器进行扫描：

fc– BWIF  to  fc+ BWIF

式中：
fc：IF 滤波器的中心频率

BWIF：在测 IF 滤波器的特定带宽。

扫描的频率辨别能力应达到BWIF/100或更高。
滤波器的频率响应需记录在案，可借助接收机的内部信号指示器，或与包含待测滤波器的 IF 放大器的 IF 输出端直接相连的测量接收机、频谱分析仪来完成。
在上述两种情况下，读数的分辨率需为 0.1 dB 或更佳，测量的精确性需为 0.5 dB 或更佳。−6 dB 的带宽指的是 fc 两侧对称测量点间的带宽，此时两点的滤波器下降振幅响应≥6 dB。
在数字 IF 输出可用的情况下：信号生成器可发送扩频信号或间隔为 BWIF/100 的众多频率（如狄拉克梳）。该信号需覆盖以下频率范围内的一个频段：

fc– BWIF to fc+ BWIF

式中：
fc：IF 滤波器的中心频率
BWIF：在测 IF 滤波器的特定带宽。
此信号在整个测量频段内的动态范围必须好于 60 dB。
包含 IF 滤波器的数字流需记录在案。该测量程序最终的振幅分辨率应为 0.1 dB 或更佳，频率分辨率应为 BWIF/100 或更佳，测量精度应为 0.5 dB 或更佳。
3 整形因子的定义和测量
整形因子定义为−60 dB 和−6 dB 带宽的比率（BWIF-60/BWIF-6，理想长方形滤波器的整形因子为 1）。若使用另一带宽，整形因子则定义为此带宽与−60 dB 带宽之比。两种带宽的确定均采用第 2 节描述的方法和测量设置，仅信号生成器的频率扫描范围有所扩大。
在数据表中所述整形因子未附带其他补充信息时，即指−60 dB 和−6 dB 带宽的比率。若使用其他带宽值或比率的可选整形因子，必须加以指定。
以下为按照建议书规范进行的测试实操：
依据上述规则测试了ZY04-AH-ML接收机的中频带宽（测试一，测试模拟中频输出；测试二，测试数字频谱）；此接收机的中频带宽为 500MHz，中心频率为 921.6MHz，接下来测试双脉冲信号（测试三）；最后测试四为高速线性调频信号测试（因测试条件限制，此测试使用了 ZY01-AH-ML 的中频带宽，此接收机中频带宽为 320MHz。
测试一：测试模拟中频输出
按照建议书的测试要求设置仪器参数：
1、频谱仪扫描的频率范围应为 921.6-500MHz 至 921.6+500MHz，即 421.6MHz 至 1421.6MHz。
2、频谱仪步进调至 5MHz。
3、信号源频率调至 4GHz，功率调至 - 55dBm，观察频谱仪。
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（图 1. 信号源频率功率设置： KEYSIGHT EXG Analog Signal Generator N5173B 的设置，频率为 4GHz，功率为 - 55dBm）
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（图 2. 频谱仪扫描显示： KEYSIGHT MXA Signal Analyzer N9020A 的扫描结果，起始频率 421.6MHz，终止频率 1.4216GHz，Marker 1 在 924MHz 处，功率为 - 45.54dBm ）
4、打开频谱仪最大保持功能，以 1MHz 步进左右调整信号源发送的频率，得到滤波图形。
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图 3. 频谱仪最大保持中心频率点
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图 4. 最大保持带宽起始值
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图 5. 最大保持带宽终止值
观察可知，频谱仪频率分辨率（RBW）为 3MHz，满足建议书中的扫描辨别能力要求。中心频率的功率为 - 45.177dBm，中心频率左侧 Mark 点功率为 - 51.187dBm，右侧 Mark 点功率为 - 51.660dBm，左右两点与中心频率功率均相差 6dBm 以上，因此实际中频带宽为 1231MHz 减去 631MHz，即 600MHz。
测试二：测试数字频谱
以 4GHz 为中心频率，信号源发送频率范围为 3744MHz 至 4254MHz，频率步进为 37.5KHz。
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图 6. 频谱检测软件：显示频率 3745.6MHz，功率 - 54.64dBm
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图 7. 频谱检测软件：显示频率 4000.225MHz，功率 - 54.95dBm
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图 8. 频谱检测软件：显示频率 4253.8MHz，功率 - 56.89dBm
可以看到在500MHz带宽内，均能实时观测到目标信号。
测试三：双脉冲信号测试
使用两个信号源发送脉冲信号加以验证：
1、信号源 A 发送频率 3748MHz，功率 - 55dBm，脉冲周期 500ms，脉宽 8us。
2、信号源 A 发送频率 4252MHz，功率 - 55dBm，脉冲周期 500ms，脉宽 8us。
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图 9. 信号源脉冲参数设置
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图 10. 检测软件频谱 + 瀑布图
从瀑布图中可观察到两台信号源发出的脉冲信号，且通过我司频谱检测软件可知，频率分辨满足 5MHz 或更小要求，信号动态范围好于 60dB。频率范围为 3745.6MHz 至 4253.8MHz，即 508.2MHz，满足产品定义的 500MHz 带宽。
测试四：高速线性调频信号测试
1、通过专用矢量信号源，在 320MHz 带宽内发送一种周期脉冲信号，脉冲内为按指定频率移动规律的 CW 波：中心频率 11.48GHz，开始频率 11302.4MHz，以 2.4GHz/ms 的速度线性移动到 11655.2MHz，频率范围 352.8MHz，中途在多个频点（11367.4MHz、11375.8MHz、11492MHz、11500MHz、11619MHz、11625MHz）设定了短时的停留与跳跃。
2、接收机设置为触发采集方式，采集数据长度为 2ms；
3、将接收机采集的 IQ 数据进行回放，通过观测瀑布图，验证 FMCW 信号在整个中频带宽内的连续移动，验证频率连续轨迹是否与发射一致。
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图 11 回放分析通过触发采集的 IQ 数据 - 频率轨迹检查
4.逐帧分析IQ数据是相位是否连续变化，如下图：
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图 12 回放分析通过触发采集的 IQ 数据 
通过对比分析接收 IQ 数据的瀑布图，信号 “运动” 轨迹（时间、频率特性）与发送完全一致，IQ 数据相位全程连续。综合认定，接收机在信号源扫描的 352.8MHz带宽内，未出现信号相位特性断档，具备标称的实时接收带宽。
ZY04插图.png


关于祯仪



成都祯仪科技有限公司，是一家专业从事宽频段无线电信号接收及信号分析设备研发、生产及服务的高科技公司。公司具备研制和生产制造精密射频变频接收机，及相关高速数字信号处理的核心能力。专注于为无线电管理、信号侦查与分析、通用频谱分析、卫星导航监测、低空复杂电磁环境保障等领域，提供性能极致、价格优异的数字化无线电射频接收组件。助力用户聚焦核心业务应用开发，及时响应终端用户业务需求，共同创造业务价值。


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