简介
无线通信领域技术的快速发展使得射频设备的测试和评估成为一个困难的课题。似乎当一款新设备上市时,它已经被下一代淘汰了。我记得曾听一家大型电子产品制造商的首席执行官说过,90%的销售额都是在上市后90天内完成的,这促使他们需要一个继任者。这适用于商业产品,但类似的技术飞跃将随着军事设备的需求而出现,因为国防部系统倾向于使用商用现货(COTS)技术。
许多频率源存在于我们的日常生活和军事行动中,包括船舶、车辆和飞机。随着物联网(IoT)的扩展,军事用途将扩大,使频谱使用更加复杂,必须包括对接收机操作的需求。
我们正在审查的三种测试方法适用于接收机,以评估到达接收机天线端口的射频信号的性能下降。让我们快速浏览涉及的三个主题,以支持接下来的测试方法讨论。
- 互调-互调是由非线性器件中多个信号的组合产生的。一个频率加上和和和差频率的谐波,以及频率的倍数,可以被创建。如果不需要频率的幅值足以用于接收,且频率在工作接收机频率,则干扰可导致接收机性能下降。接收器中可能存在许多非线性器件,并且在导体连接处可能会产生非线性连接,例如连接器或断裂的焊点。锈蚀螺栓综合征已被用来描述某些被动互调原因。
- 拒绝不需要的信号-可调谐接收器选择性地接受所需的频率,同时防止其他频率被检测到。接收机对调谐频率以外的其他频率的抑制能力是接收机性能的衡量指标。这可以通过在信号到达非线性结之前衰减信号来支持互调性能抑制。
- 交叉调制-当高电平调幅信号在接收机中引起过驱动条件时,可能出现交叉调制,产生非线性操作,导致不希望的信号调制转移到有意接收的信号。当强载波与期望的调谐频率在同一频带内时,这种情况可能存在。
MIL-STD-461G,当前的修订,列出了这些有限的适用性的测试,限制射频接收机的磁化率。随着MIL-STD-461D和MIL-STD-462D的发布,该标准遵循限制和方法的采购规范,仅提供一般测试技术。采用这种方法是因为今天的技术提供了大量的无线通信,而MIL-STD-461早期的基本技术可能不会揭示风险。
测试评估的是接收者,而不是产生导致易感性输入的外部原因,因此测试配置需要密切关注,以防止错误指示。连接器适配器、粘接不良的接头和污染会产生无源互调;信号源谐波可以提供带内信号,表现为缺乏抑制,因此要密切注意设置,尽量减少过多的组件和连接。
当我们审查测试方法时,请注意采购规范中定义的特定测试将优先-这次审查是为了提供对目标的理解,并要求为特定设备接收器制定详细的测试程序。测试程序应以可量化的方式明确界定什么构成易感性。
为了支持讨论,让我们建立一些接收器参数,用于本回顾中的测试方法讨论。我们假设的待测设备(EUT)是一台UHF无线电,具有可选的AM和FM功能,工作在225 - 400 MHz频率范围内,信道大小为25 kHz。无线电灵敏度为10µV。中频为10.7 MHz。在调优范围内的抑制要求是66 dB,在调优范围外的抑制要求是80 dB。
CS103 -互调
图1显示了基本CS103测试配置,其中两个信号路由到EUT接收机输入。虚线信号发生器(SG3)和相关的3端口网络仅在接收机需要有一个有意的接收信号才能工作时才存在。根据信号发生器的性能,可能需要在发生器和3端口网络之间进行滤波。图中的SG1必须支持EUT使用的调制,以便在存在敏感性时识别敏感性。
数字1: CS103测试配置
3端口网络通常是混合的合成器/分配器,不应与混合器混淆。配置为合成器的3端口网络提供2个输入端口和1个输出端口,两个输入信号同时出现。配置为分路器的3端口组网,支持2输出1输入。如果需要,分路器配置与SG3和测量接收机一起使用。基于所提供的EUT参数,我们选择了一个小型电路ZAPD-2-252和一个小型电路ZN2PD-63S作为我们的3端口网络,它们在输入端口之间具有良好的隔离性,合理的低插入损耗和必要的频率范围覆盖。两个3端口网络在频率覆盖上有一些重叠,允许支持测试频率范围。EUT不需要SG3,因此每个选择的3端口网络中需要两个。请注意,我不是由Mini-Circuits赞助或推广-他们只是碰巧在许多RF产品供应商的搜索中弹出。在选择3端口网络时,请检查规格表,以确认它符合您的要求。
测量接收机可以是一个EMI接收机或频谱分析仪,能够同时测量两个输入信号。如果需要更高的分辨率,可以使用带分路器的两个测量接收机独立支持两个输入信号的测量。
既然我们已经选择了测试设备,让我们来看看这个过程。
- 配置测试设置,安装更高频率的3端口网络。如果低频3端口网络额定包括较高的测试频率,则使用低频网络。
- 选择第一个EUT测试频率,并将EUT调到该频率。将SG1设置为EUT测试频率,RF振幅设置在非常低的水平,并应用调制。SG2射频输出仍然关闭。
- 调整SG1振幅以产生EUT标准参考输出(SRO) (SRO是EUT的正确操作,例如能够听到音频调制或从调制中处理数据)。SG1输出现在被设置为产生SRO的最低振幅。记录SG1输出振幅和测量接收机测量到的信号振幅。注意,路径损耗将要求信号发生器幅值高于EUT指定的灵敏度。
- 关闭SG1射频。将调制应用到SG2并使能射频输出。将SG2频率调整到EUT测试频率和幅值,产生EUT SRO,并记录SG2输出幅值和测量接收机在产生SRO的最低幅值处测量到的信号幅值。
- 如果EUT要求需要SG3来建立EUT的操作,则在关闭SG2 RF输出后设置频率和振幅以产生SRO。振幅增加3分贝。这将产生模拟低电平接收的稳定操作,并允许互调干扰正常操作(如果设备易受影响)。该设置将在整个测试过程中保持不变。
- 从SG2中移除调制,并将调制应用到SG1。打开两个信号发生器的射频输出。调整SG1到带内测试振幅(SRO +极限),然后增加频率,直到SRO丢失。如果频率在带外,将SG1振幅增加到带外极限,并增加频率直到SRO丢失。记录SG1的频率为f1。f1与EUT调谐频率之间的差值为Δf。
- 将SG2频率设置为f1 + Δf,并根据频率将振幅增加到带内或带外测试振幅(SRO + limit)。通过增加SG2频率扫描,直到达到上限范围测试结束频率,同时监测EUT的敏感性指示。观察SG2频率扫描的扫描速率或频率步长符合MIL-STD-461的最小值或EUT周期时间中的较大值,以确保可以检测到敏感性指征。
- 如果检测到敏感性,则通过将SG1振幅降低到零来确定互调是否是原因。如果磁化率仍然存在,它就不是互调产物,在本试验中可以忽略不计。
- 如果敏感性是互调的结果,则相等地降低SG1和SG2的振幅,直到EUT不再敏感。在SG1和SG2测量接收机处记录频率和振幅。通过从SRO +极限振幅中减去SG1振幅来确定互调抑制。
- 如果需要,通过更改3端口网络将设置设置为较低的频率范围。如果测试配置硬件更改为测试低频范围:
- 将SG1设置为EUT测试频率,RF振幅设置在非常低的水平,并应用调制。SG2射频输出仍然关闭。
- 调整SG1振幅以产生EUT标准参考输出(SRO) (SRO是EUT的正确操作。SG1输出现在被设置为产生SRO的最低振幅。记录SG1输出振幅和测量接收机测量到的信号振幅。
- 关闭SG1射频。将调制应用到SG2并使能射频输出。将SG2频率调整到EUT测试频率和幅值,产生EUT SRO,并记录SG2输出幅值和测量接收机在产生SRO的最低幅值处测量到的信号幅值。
- 如果EUT要求需要SG3来建立EUT的操作,则在关闭SG2 RF输出后设置频率和振幅以产生SRO。振幅增加3分贝。该设置将在整个测试过程中保持不变。
- 将SG1频率设置为EUT工作频率- Δf,并根据频率将振幅增加到带内或带外测试电平。验证SRO是否丢失。记录频率为f2。
- 如果SRO没有丢失,降低频率直到SRO丢失。
- 将SG2频率设置为f2-Δf,并根据频率将振幅调整为带内或带外测试极限。通过降低SG2频率进行扫描,直到达到较低范围的测试结束频率,同时监测EUT的敏感性指示。观察SG2频率扫描的扫描速率或频率步长符合MIL-STD-461的最小值或EUT周期时间中的较大值,以确保可以检测到敏感性指征。
- 重复下一个选定的测试频率或操作模式。
请注意,测量接收机上的测量应用于设置电平,以补偿由路径损耗引起的配置变化。
CS104 -拒绝不希望的信号
目标是确定对接收到的调谐频率以外的信号的拒绝量,可以产生杂散响应。
图2显示了一个基本CS104测试配置,其中两个信号被路由到EUT接收器输入。如果EUT响应单个信号(例如AM或FM接收机),则可能不需要SG2和相关的3端口网络。3端口网络类似于上面讨论的网络,但测试频率范围可能需要不同的模型。根据信号发生器的性能,可能需要在发生器和3端口网络之间进行滤波,以减少谐波输出的影响。图中的SG1必须支持EUT使用的调制,以便在存在敏感性时识别敏感性。
数字2: CS104测试配置
在我们的示例EUT中,可以使用单个生成器测试配置,但我将同时描述单个和双信号生成器方法。
单发电机工艺流程为:
- 如图所示配置测试设置,不使用SG2和使用高频3端口网络的相关3端口网络。
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。记录SG1频率和振幅。
- 通过带内限制增加测试电平,然后增加频率,直到SRO丢失。如果频率在带外,将振幅增加到带外极限,并增加频率,直到SRO丢失。记录信号的频率和振幅。
- 通过增加SG1频率进行扫描,直到达到最高范围测试结束频率,同时监测EUT的杂散响应。观察SG2频率扫描的扫描速率或频率步长符合MIL-STD-461的最小值或EUT周期时间中的较大值,以确保可以检测到敏感性指征。
- 如果检测到敏感性,降低SG1振幅,直到SRO恢复,并记录信号的振幅。在SG1测量接收机处记录频率和振幅。通过从SRO +极限振幅中减去SG1振幅来确定抑制。
- 配置低频范围3端口网络的设置。如果硬件需要更改,则:
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。记录SG1频率和振幅。
- 将SG1频率设置为EUT的调谐频率,振幅设置为SRO +极限。降低测试电平的带内限制,然后降低频率,直到SRO丢失。如果频率在带外,将振幅增加到带外极限,并降低频率,直到SRO丢失。记录信号的频率和振幅。
- 通过降低SG1频率进行扫描,直到达到较低范围的测试结束频率,同时监测EUT的杂散响应。观察SG2频率扫描的扫描速率或频率步长符合MIL-STD-461的最小值或EUT周期时间中的较大值,以确保可以检测到敏感性指征。
- 重复下一个选定的测试频率或操作模式。
双信号发生器过程为:
- 配置测试设置,如图SG2和使用高频3端口网络的相关3端口网络所示。
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。记录SG1频率和振幅。
- 关闭SG1射频。将调制应用到SG2并使能射频输出。将SG2频率调整到EUT测试频率和幅值,产生EUT SRO,并记录SG2输出幅值和测量接收机在产生SRO的最低幅值处测量到的信号幅值。
- 从SG2中移除调制。将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。
- 将SG2设置为未调制的调谐频率,并将振幅增加到测试电平(SRO +测试极限)。通过增加SG2频率扫描,直到达到上限范围测试结束频率,同时监测EUT的敏感性指示。观察SG2频率扫描的扫描速率或频率步长符合MIL-STD-461的最小值或EUT周期时间中的较大值,以确保可以检测到敏感性指征。
- 如果观察到伪响应,验证它不是互调制产物。
- 如果检测到敏感性,降低SG2振幅,直到杂散反应不存在,并记录信号的振幅。在测量接收机上记录频率和振幅。通过从SRO +极限振幅中减去SG2振幅来确定抑制。
- 配置低频范围3端口网络的设置。如果硬件需要更改,则:
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。记录SG1频率和振幅。
- 关闭SG1射频。将调制应用到SG2并使能射频输出。将SG2频率调整到EUT测试频率和幅值,产生EUT SRO,并记录SG2输出幅值和测量接收机在产生SRO的最低幅值处测量到的信号幅值。
- 将SG2设置为未调制的调谐频率,并将振幅增加到测试电平(SRO +测试极限)。通过降低SG2频率进行扫描,直到达到较低范围的测试结束频率,同时监测EUT的敏感性指示。
- 重复下一个选定的测试频率或操作模式。
交叉调制
目标是确定在调谐频率之外接收到的能够产生接收机幅度响应的信号对调制传输的拒绝量。此测试适用于使用调幅的接收机。
图3显示了一个基本的CS105测试配置,其中两个信号被路由到EUT接收器输入。3端口网络类似于上面讨论的网络,但测试频率范围可能需要不同的模型。根据信号发生器的性能,可能需要在发生器和3端口网络之间进行滤波,以减少谐波输出的影响。图中的SG1和SG2必须支持EUT使用的调制,以便在存在易感性时识别易感性。
数字3.: CS105测试配置
测试频率范围是EUT调谐频率±IF,因此我们将在示例中使用低频3端口网络。流程如下:
- 配置测试设置,如图SG2所示,并使用低频3端口网络配置相关的3端口网络。
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用调制并增加振幅,直到达到SRO。记录SG1频率和振幅。
- 关闭SG1射频。将调制应用到SG2并使能射频输出。将SG2频率调整到EUT测试频率和幅值,产生EUT SRO,并记录SG2输出幅值和测量接收机在产生SRO的最低幅值处测量到的信号幅值。
- 将SG1设置为EUT调谐频率,应用EUT指定的调制,并将振幅增加到SRO + 10 dB。
- 将SG2设置为EUT调谐频率,应用测试规格调制(AM接收机= 30% AM 400hz正弦波;调频接收机-非调制;脉冲接收机=光谱能量的80%,接收机带宽为3 dB),并将振幅增加到SRO +极限电平。
- 在监控EUT性能的同时,将SG2扫描到EUT调谐频率的上下端频率。
- 如果观察到易感,通过移除SG1调制来确认原因是交叉调制。如果敏感性消失,则是交叉调制的原因。
- 如果观察到磁化率,降低SG2振幅,直到磁化率不存在,并记录信号的振幅。在测量接收机上记录频率和振幅。通过从SRO +极限振幅中减去SG2振幅来确定抑制。
- 重复下一个选定的测试频率或操作模式。
总结
如前所述,该测试的计划是必不可少的,该计划包括定义覆盖测试频率范围所需的硬件。
不要忘记测试配置会影响测试,因此请确保您将硬件和相关的连接器/适配器最小化。寻找信号发生器的谐波输出,可以提出一个错误的指示敏感性。
大多数规格将有一个上限信号发生器振幅限制在10 dBm。如果未指定,应确定这一点,因为当暴露于非常高电平的信号时,接收机将很容易被驱动到非线性工作区域。
MIL-STD-461G的附录提供了大量关于确定测试级别的规范和基本原理的信息。
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