作者：平峰  金國娟

    隨著VHF/UHF接收機靈敏度的不斷提高，監測能力不斷增強，監測系統的非線性干擾問題也逐漸凸顯出來。

    一個優良的監測系統不但要有監測微弱信號的能力，而且要有對虛假信號的免疫能力。虛假信號通常是遠離接收機調諧頻率的大信號相互之間因非線性作用而產生的。無線電監測人員需要了解所使用監測系統的非線性特性對監測工作的影響程度。本文為此進行了一系列的實驗，對監測系統非線性特性進行了直觀的可視化分析。

    V/UHF監測系統非線性特性及動態范圍

    監測系統的非線性特性是指監測系統產生的虛假響應，是饋線、接收機、放大器以及其他附件的非線性特性的總和。相位噪聲、三階互調以及高階互調失真、信號壓縮等影響可參考接收機的方法。監測系統非線性動態范圍是有效的輸入信號范圍，可采用“無雜散動態范圍”（SFDR，spuriousfreedynamicrange）的概念。這里用“無雜散動態范圍”來表示整個動態范圍的一部分，是指當兩個等功率信號輸入時，沒有超過噪底3dB的虛假信號的范圍。輸人信號下限靈敏度為Pin,min，輸入信號的上限為Pin,max。規定此輸入信號在輸出端引起的三階互調失真分量（Po3）折合到輸入端恰好等于基底噪聲（Gp是功率增益），則無雜散動態范圍定義為:

    ①。

    由系統的基底噪聲Pt和所要求的輸出信噪比(SNR)o,min可以求出靈敏度，而由系統的三階互調失真ip3和基底噪聲Pt可以求出Pin,max。無雜散動態范圍以對數形式表示的動態范圍為:

    DRf=2/3（IP3-NF-10logB+174dBm）②。

    NF:噪聲系數，dB。

    V/UHF監測系統非線性動態范圍的可視化分析

    本次研究注重不同信號強度下V/UHF監測系統反映出來的不同非線性現象，如明顯的相位噪聲、三階互調失真信號、底噪的明顯惡化、雜波等，分析各種不同非線性現象的數據。此外，分析了不同頻率范圍對監測系統的非線性現象的影響。

    2.1測試方法

    兩個標準信號源SMIQ（合路器與饋線衰減量4dB）同時向監測系統輸入射頻信號，輸入口為監測系統接收機天線口，測試信號頻率f1、f2分別為400MHz和400.1MHz,信號強度分別為-90 dBm～0 dBm進行連續的加載測試。測試得到各輸入信號強度時的中頻頻譜圖，同時又輸入30 MHz～1000 MHz之間不同頻點，測試不同頻點出現的三階互調現象電平值。系統測試流程詳見圖1。

    圖1  測試流程框圖

    2.2測試過程

    本次測試將信號強度分別為-90dBm～0dBm進行連續加載，得到各輸入信號強度時的中頻頻譜圖，具體如下所示。

    （1）輸入信號強度為-90dBm，輸出信號如圖所示。

    （2）輸入信號強度為-30dBm，輸出信號如圖所示。

    （3）繼續增加信號強度至-21dBm，這時輸出信號如圖所示。

    （4）增加輸入信號強度至0dBm，輸出信號如圖所示。

    （5）測試不同頻率范圍出現的三階互調電平值。測試數據如表1所示。

    測試結果分析

    從以上不同信號強度所得的中頻頻譜圖和不同頻率范圍出現的三階互調電平測試值，我們分析總結出以下四個結論。

    3.1結論一

    從圖2顯現的中頻頻譜圖看，當輸入信號較小時，由于沒有非線性特性的影響，各項顯示參數正常，其中底噪約為-8dBμv，四周沒有明顯的互調產物以及相位噪聲等非線性。

    此監測系統在中頻帶寬為1000kHz（為中頻顯示帶寬，不是分辨率帶寬）時的本底噪聲-8dBμv，按照輸入電阻50Ω計算，得到-115dBm的電平值。

    S=-174dBm+NF+10logB+K③。

    S:靈敏度，dBm;

    -174dBm:是室溫下，1Hz帶寬的熱噪聲（KTB）;

    NF:噪聲系數，dB;

    B:中頻帶寬，Hz，（假設是視頻或解調帶寬的兩倍）;

    K:期望的信納比，dB。

    ④。

    注:NF是以dB方式表示的噪聲系數;

    Si是設備輸入端的信號功率;

    Ni是設備輸入端的噪聲功率。

    由公式③可知，靈敏度是隨著噪聲系數的變化和/或中頻帶寬的變化而變化。根據公式①推算當中頻帶寬為100kHz時，底噪為-125dBm。如要求期望的信納比K為10dB，則可得靈敏度S=-125+10=-115 dBm。

    3.2結論二

    從圖3、圖4的中頻頻譜圖中可以看出，當輸入信號強度為-30dBm時，在距輸入信號中心400MHz和400.1MHz頻率處10 kHz及以內處，頻率的底噪上升,約為15 dB,同時10 kHz以外底噪也增加5 db,非線性特性的相位噪聲影響較強，但此時互調失真信號還沒有開始出現。

    繼續增加信號強度，當輸入信號強度為-21dBm時，在距輸入信號中心400MHz和400.1MHz頻率處10kHz及以內處，頻率的底噪更加增強,約為20 dB,同時10 kHz以外底噪也增加15 db,非線性特性的相位噪聲影響更強。相位噪聲形成是由于振蕩器短時間的穩定度影響，起源于振蕩器輸出信號的相位、頻率和幅度的變化，同時也受不同鎖相環帶寬的影響。從相位噪聲的影響看，一個純凈的正弦波信號顯示時應為一根譜線，但實際振蕩器產生的信號卻比單一譜線寬，它將沉沒靠近載波的小信號。

    3.3結論三

    從圖4、圖5顯現的中頻頻譜分析，此監測系統在輸入信號強度為-20dBm時，互調失真信號開始出現。根據三階互調失真所遭碰到的最主要的失真的頻率關系:

    2f1±f2=ft(三階互調失真)⑤;

    3f1±2f2=ft(五階互調失真)⑥;

    4f1±3f2=ft(七階互調失真)⑦。

    注:f1、f2為有害大信號的頻率;

    ft為接收機調諧頻率上的互調產物。

    中頻頻譜圖上顯示的頻率為400.2MHz和399.9MHz頻率上的信號為三階互調信號。在400.3MHz、400.4 MHz、399.8 MHz、399.7 MHz等與主頻間隔100 kHz整數倍的頻率上也出現對稱信號，根據頻率關系，可分辨為兩信號五階、七階互調。

    根據SFDR定義，可以方便地計算出該監測系統的動態范圍為-20dBm-4-（-115dBm）=91dB。而從表1可見，不同頻段與出現的三階互調點電平值沒有直接的關系。

    3.4結論四

    從圖5的中頻頻譜圖分析，繼續增加輸入信號的強度至0dBm，頻率的底噪繼續略有上升，多階互調失真信號繼續增強，同時多階互調失真信號、射頻信號由于器件非線性壓縮，幅度沒有呈現出線性關系，導致幅度大小接近。頻譜上產生許多雜亂信號，原因為接收機內部許多產生虛假響應的機制同時工作，一些與合成器的工作方式有關，而有些響應是在兩次和三次變頻的設計中所必需的不同本振的諧波相互混頻產生。此時，由于底噪高、雜波多，輸入信號壓縮嚴重，互調信號以及其它信號幾乎與輸入信號相同，監測系統的監測性能已嚴重惡化。

    總之，通過不同信號強度在V/UHF監測系統反映出來的不同非線性現象，如三階互調失真信號的開始出現、底噪的明顯惡化、雜波的出現等，不僅能直觀地顯示各種不同非線性現象的數據，并能分析與測試不同頻率范圍對監測系統的非線性現象的影響程度。而深入地了解V/UHF監測系統的性能，對無線電監測工作將是很有益處的。