天馈和频谱测试基本知识

1、天馈线测试和频谱分析基础知识天馈线测试和频谱分析基础知识安捷伦天馈和频谱测试产品基础培训课程Page 1N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月左怀丰ontchi Technology射频基础知识 无线通讯基站的配置结构 回波损耗(IL), 电缆故障点定位(电缆故障定位)和电缆损耗 电缆和天馈线测试仪主要指标解释: 扫描速度, 输出功率, 方向性 干扰 频谱分析仪主要指标解释: DANL, 动态范围, 相位噪声, 1dB 压缩点，扫描速度 无线通信技术的标准: GSM, WCDMA, HSDPA, Cdma2000, EVDO, TD-SCDMA, WiMAX

2、 和 LTEN9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 2无线通讯基站的配置结构TMA: Tower Mounted AmplifierDiplexer: b和pass filter + m上行链路tiplex传输线长 Helix电缆, 50 米到 150 米N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 3双频无线基站的配置结构：共享信号馈送单元（电路，电缆）基站（BTS） A 频段基站（BTS） B 频段TMA：塔顶放大器Diplexer：双工器（带通滤波器多路转换器）Multiplexer：多路转换器/复用器光波和射频无线电波的相似性 射频RF无线电信号入射光反射

3、光透射光 光波被测器件被测器件入射信号反射信号被传输的信号Page 4N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月传输线理论低频信号l信号波长 传输导体的长度l电流 (I) 沿着导体传输，能量的传输简单有效l测量到的电压和电流和传输路径上的位置没有关系高频信号l信号波长等于或 传输导体的长度l为了有效地传输能量需要使用具有一定特性的传输线l为了得到低反射和最大的能量传输，与特征阻抗 (Z0) 相匹配非常重要l测量到的电压包络与在传输线上的位置有关I+-Page 5N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月传输线的负载阻抗等于 Z0 的情况 对于反射的情况来说, 当传输线所接的负载等于

4、 Z0 的时候，就相当于一个无线长度的传输线，信号永远反射不回来，传输线上只有行波存在，没有形成驻波Zs = Z0Z0 (所有入射的能量都被负载吸收)Z0 = 传输线的特征阻抗V反射=0V入射Page 6N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月传输线的负载为短路和开路的情况 Zs = Z0对于反射的情况来说，当传输线的负载为开路或着短路时，所有的能量都被反射回来，在传输线上形成了驻波开路 同相反射 (0o) 短路 异相反射 (180o) V反射 =V入射V入射Page 7N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月传输线的负载为 25 W 的情况 V反射对反射的情况来说，当负载 Z

5、L 介于开路/短路和 Z0之间时，部分能量被反射回来。形成的驻波的形状不同于当传输线负载为开路或短路时的情况，不会到 0 Zs = Z0ZL = 25 WV入射Page 8N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月射频器件的特性表征被传输的信号入射的信号传输参数传输参数增益 / 损耗S 参数S21, S12群时延传输系数插入相位被反射的信号入射的信号反射参数反射参数SWRS 参数S11, S22反射系数阻抗，导纳R+jX, G+jB 回波损耗 G, rT,tAR=BR=被测器件被测器件入射信号被反射信号被传输的信号Page 9N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月反射参数 dB

6、没有反射没有反射(ZL = Z0 )r rRL电压驻电压驻波比波比01全反射全反射(ZL = 开路开路, 短路短路)0 dB1=ZL-ZOZL+OZ反射系数=V被反射的信号V入射信号=rFGG回波损耗回波损耗 (RL ) = -20 log (r )电压驻波比电压驻波比 =E最大E最小=1 + r1 rE最大E最小Page 10N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月传输参数V被传输的信号V入射信号传输系数 T=VV tfDUT增益 (dB) = 20 Log 20 log t插入损耗 (IL) (dB) = - 20 Log - 20 log t被传输的信号入射信号VV被传输的信号入

7、射信号VV被传输的信号入射信号Page 11N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月K1 和 K2 : 耦合系数 (dB)，D1 和 D2 : 方向性 (dB)Ein = 输入信号， Er = 从被测器件反射的信号Em = 实际测试到的信号 (包括方向性误差)被测器件方向性对反射测量结果的影响方向性对反射测量结果的影响 定向耦合器和定向桥定向耦合器或定向桥是对信号进行隔离、分离、合并的最常用的射频和微波器件Page 12N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 13方向性 （Directivity） 定向耦合器把两个传输方

8、向相反的信号区分开来的能力的参数 主臂(不需要的泄露信号，隔离度)信号源0 dBm-50 dBm测试端口 主臂测试端口(有用的反射信号，耦合度)-5 dBm-15 dBm耦合臂耦合臂反向应用：隔离度= 0 dBm (-50 dBm) = 50 dB正向应用：耦合度= -5 dBm (-15 dBm) = 10 dB方向性方向性 隔离度隔离度 耦合度耦合度 直通臂路径上的损耗直通臂路径上的损耗测试端口传输线在基站和天线之间的应用 BTS这些连接电缆的接头和天线不是理想的 50 欧姆阻抗部件，沿着馈线的路径上存在着很多信号的反射。安装和维护基站的目标之一就是让这些反射尽可能地小N9912A分销商培

9、训教材 2009 年 3 月Page 14回波损耗 指标值越大越好（反射小）电压驻波比（电压驻波比） 1 是最理想的值（没有反射）N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 15回波损耗和电压驻波比换算表回波损耗回波损耗被传输的信号信号馈送电缆被反射的信号信号源入射信号回波损耗和电压驻波比回波损耗和电压驻波比回波损耗回波损耗 电压驻波比电压驻波比 (电压驻电压驻波比波比)理想值无穷大优良值25 dB理想值1.0相当于电压驻波比1.12把数据从基站传送给手机需要高效地利把数据从基站传送给手机需要高效地利用信号的功率：用信号的功率： 传输线系统必需没有缺陷 每个不理想的传输线系统、每

10、一个连接头和 天线本身都会把一部分功率反射回产生信号 的源 任何被反射的能量都被传输线系统和源吸收， 这便导致了功率的利用效率不高 天线的性能是保证传输线系统完整性的一部 分，必需要对其进行测试测试天线和馈线系统的常用方法：测试天线和馈线系统的常用方法： 把一个已知的入射信号送入被测天线和馈线系统，然后测量被反射回来的信号（行波） 通过测试入射信号和被反射信号之间它们在幅度和相位上的差异（比值）可以确定馈线系统的发射特定 对反射信号的测量可以知道用来评估传输线系统质量好坏的品质因数反射系数()根据下面的公式，从反射系数可以计算出回波损耗和电压驻波比(电压驻波比) = (V被反射的信号/V入射信

11、号) 回波损耗= -20 x log()电压驻波比(电压驻波比) = (1+ II)/(1- II)什么是频谱分析任何一个非正弦信号都可以分解为很多个或者无穷多个频率和幅度不相同的正弦信号，信号的频谱就是组成这个信号的所有正弦信号分量的频率和幅度的展示信号的频谱分析信号的频谱分析： 测量并显示射频或微波信号的幅度与频率的关系 把组成信号的分量分离开来或对信号进行解调频谱分析可以用于：频谱分析可以用于： 在频率域内确定信号的特性 查找干扰 监视空中存在的干扰信号 进行电磁兼容（EMI）测试 测试传输和发射的信号功率 无线通讯信号解调分析N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 1

12、6什么是频谱分析 频域与时域的概念时域测量(示波器)频域测量(频谱分析仪)时间幅度(功率)频率Page 17N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月频谱分析仪测量结果的显示内容频率跨度/扫频宽度起始频率截止频率中心频率参考电平幅度Page 18N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月频谱分析仪主要指标 动态范围动态范围动态范围动态范围是指在保证某一具体测试精度的条件下，频谱分析仪输入端口可以同时测试到的两个信号（大信号和小信号）电平比值的最大值，单位为 dB。能测试的最大信号是频谱仪允许输入的最大功率电平，能测试的最小信号则是频谱分析仪恰好不能测出来的信号的功率电平。动态范围决

13、定了频谱分析仪可以获得可靠测试结果的被测信号的幅度的范围。Page 19N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月3 dB3 dB BWLO混频器中频滤波器/分辨率带宽滤波器(RBW)扫描包络检波器输入频谱显示结果分线率带宽频谱分析仪主要指标 分辨率带宽(RBW)N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 20分辨率带宽分辨率带宽和选择性选择性 决定了频谱分析仪把两个信号分 辨开来的能力 选择不同的分辨率带宽会影响到 频谱分析仪的底噪声和扫描速度10 kHz10 kHzRBW = 10 kHzRBW = 1 kHz选择性 15:1失真信号60 dB BW = 15 kHz7

14、.5 kHz3 dB60 dB3 dB60 dB60 dBBW60 dB带宽3 dB 带宽3 dB BW选择性 = 分辨率带宽的选择性或形状系数Page 21N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月 选择10 KHz 分辨率带宽，可以区分开幅度 相同的两个双音信号，但是分辨不开幅度很 小的失真信号 选择 1 KHz分辨率带宽，即可以区分开主音 信号，也能找出失真信号 选择小分辨率带宽，在降低底噪声的同时也 使测试速度降低 22频谱分析仪的分辨率 噪声边带噪声边带会阻止分辨连个不等幅的信号相位噪声N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月 23频谱分析仪主要指标 灵敏度/DANL1

15、00 kHz RBW10 kHz RBW1 kHz RBW10 dB10 dB显示的噪声与 IF 滤波器带宽设置有关，减小IFBW可以降低显示的噪声10 dB衰减 10 dB衰减 20 dB 信号电平显示噪声的有效电平和所选择的对射频输入信号的衰减量有关，射频输入衰减量大时，信号噪声比降低灵敏度 频谱分析仪能够测试小信号的能力DANL 显示的平均噪声电平，单位为 dBm 频谱分析仪的 RBW 设置为最小(通常归一化为 1 Hz) 代表频谱分析仪在最好状态下的灵敏度RF输入衰减器对噪声的影响IFBW的设定对噪声的影响N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月无线通信系统中存在的干扰干扰是指

16、会对正常的无线通信业务或无线通信设备造成不良影响的不需要的信号或杂乱无线电波 无线通讯网络内部自身产生的干扰 同通道干扰 临近通道干扰 外部干扰信号 网络间的干扰 各种网络外部的发射机，宽带放大器，直放站等 互调失真干扰 发射机互调失真 无源设备互调失真N9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 24无线通信标准简述 GSM无线通信技术无线通信技术GSM, GPRS, EDGE (E-GPRS)提供的业务提供的业务语音和数居，PS 数据，GPRS 和 EDGE主要频率波段主要频率波段EGSM: 880 MHz 到 915 MHz (上行链路), 925 960MHz (下行链路)

17、DCS: 1710 1785MHz (上行链路), 1805 1880 MHz (下行链路)欧洲和亚洲国家GSM 850: 824 840 MHz (上行链路), 869 894 MHz (下行链路)PCS: 1850 1910 (上行链路), 1830 1990 MHz (下行链路)美国多路接入技术多路接入技术TDMA 和 FDD信号调制格式信号调制格式GSMK信道间隔信道间隔200 kHzN9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 25无线通信标准简述 WCDMA无线通信技术无线通信技术WCDMA, HSDPA, HSUPA提供的业务提供的业务语音和 PS 数据，高速数据，H

18、SDPA/HSUPA主要频率波段主要频率波段1920 1980 MHz (上行链路), 2110 2170 MHz (下行链路)手机使用频段：850: 824 840 MHz (上行链路), 869 894 MHz (下行链路)PCS: 1850 1910 (上行链路), 1830 1990 MHz (下行链路)美国多路接入技术多路接入技术CDMA, CDMA/TDMA (HSPA) 信号调制格式信号调制格式QPSK (WCDMA), 16QAM (HSDPA 和HSUPA), 64QAM (HSDPA)信道间隔信道间隔5 MHzN9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 26无

19、线通信标准简述 Cdma2000无线通信技术无线通信技术Cdma2000提供的业务提供的业务语音和数据 主要频率波段主要频率波段887MHz 到 925MHz (上行链路), 832 970 MHz (下行链路)日本手机使用频段：850: 824 840 MHz (上行链路), 869 894 MHz (下行链路)PCS: 1850 1910 (上行链路), 1830 1990 MHz (下行链路)多路接入技术多路接入技术CDMA信号调制格式信号调制格式QPSK信道间隔信道间隔1.25 MHzN9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 27无线通信标准简述 TD-SCDMA无线通

20、信技术无线通信技术TD-SCDMA提供的业务提供的业务语音和 PS 数据 主要频率波段主要频率波段2010 2025 MHz1900 1920 MHz中国中国多路接入技术多路接入技术TDMA / CDMA信号调制格式信号调制格式QPSK信道间隔信道间隔1.6MHzN9912A分销商培训教材 2009 年 3 月Page 28无线通信标准简述 LTE无线通信技术无线通信技术LTE提供的业务提供的业务PS 数据和 IP电话主要频率波段主要频率波段EGSM: 880 MHz 到 915 MHz (上行链路), 925 960MHz (下行链路)DCS: 1710 1785MHz (上行链路), 1805 1880 MHz (下行链路)1920 1980 MHz (上行链路), 2110 2170 MHz (下行链路)欧洲和亚洲许多其它频段手机用户频段: 824 840 MHz (上行链路), 869 894 MHz (下行链路)P