实时分析带宽和全捕获最小脉宽幅度比校准方法的研究

聂梅宁; 李兰兰; 高鸿莹; 田飞; 张子龙; 何昭

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0601

实时分析带宽和全捕获最小脉宽幅度比校准方法的研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0601

中国计量科学研究院，北京 100029

详细信息

作者简介:
聂梅宁（1981-），中国计量科学研究院工程师，研究方向：信号、射频参数等，邮箱：niemn@nim.ac.cn

通讯作者:
何昭（1968-），中国计量科学研究院副研究员，研究方向：射频参数，邮箱：hezhao@nim.ac.cn

计量
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出版历程
- 网络出版日期: 2022-02-17

Research on Calibration Method for Real-Time Bandwidth Analysis and Full-Capture Minimum Pulse Width-Amplitude Ratio

National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 监测射频信号的实时变化并对其进行分析和测量，对优化信号频谱利用效率具有关键作用。实时频谱分析仪利用数字荧光分析技术实现对时变信号观察、测量和分析，成为了监测瞬变信号的重要手段。介绍了实时频谱分析仪的基本技术原理，研究并提出了实时分析带宽和全捕获最小脉宽幅度比的校准方法。根据实时频谱分析仪的主要功能特点，对实时分析带宽、全捕获最小脉宽幅度比的校准方法进行了实验验证，并对其进行了不确定度分析和评定。
- 射频信号 /
- 实时频谱分析仪 /
- 实时分析带宽 /
- 全捕获最小脉宽幅度比 /
- 校准方法
Abstract: Monitoring, analyzing, and measuring the real-time change of radio frequency (RF) signal plays a key role in optimizing signal spectrum efficiency. Real-time spectrum analyzers use digital fluorescence analysis technology to observe, measure and analyze time-varying signals, which have become an important means to monitor transient signals. In this paper, the key technical principle of the real-time spectrum analyzer is introduced, and the calibration methods for real-time bandwidth analysis and full-capture minimum pulse width-amplitude ratio are studied and proposed. According to the main functional characteristics of the real-time spectrum analyzer, the calibration methods of real-time bandwidth analysis and full-capture minimum pulse width-amplitude ratio are experimentally verified, and the uncertainty analysis and evaluation are carried out.
- radio frequency signal /
- real-time spectrum analyzer /
- real-time bandwidth analysis /
- full-capture minimum pulse width-amplitude ratio /
- calibration method

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图 1 扫频式频谱仪、矢量信号分析仪、实时频谱分析仪结构框图

Figure 1. Structure diagram of swept spectrum analyzer, vector signal analyzer and real-time spectrum analyzer

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图 2 实时频谱分析仪和矢量信号分析仪测量脉冲调制信号对比图

Figure 2. Comparison diagram of pulse modulation signal measured by real-time spectrum analyzer and vector signal analyzer

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图 3 实时分析带宽的测量连接框图

Figure 3. Block diagram of connections for real-time analysis of bandwidth measurements

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图 4 全捕获最小脉宽幅度比测量连接框图

Figure 4. Block diagram of connections for full-capture minimum pulse width-amplitude ratio measurement

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表 1 实时分析带宽和全捕获最小脉宽幅度比

Table 1. Real-time bandwidth analysis and full-capture minimum pulse width-amplitude ratio

计量特性	定义
实时分析带宽	可以进行实时无缝捕获的频宽，与实时频谱分析仪的数字转换器和IF带宽相对应
全捕获最小脉宽幅度比	当输入信号的脉宽为全捕获最小脉宽状态时，与连续波状态下的信号幅度之差

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表 2 实时分析带宽测量结果(载波频率1 GHz)

Table 2. Real-time analysis of bandwidth measurement results (carrier frequency 1 GHz)

测量序号	实时分析带宽：10 MHz		实时分析带宽：36 MHz
测量序号	测量结果/MHz	相对误差/%	测量结果/MHz	相对误差/%
1	10	0	36	0
2	10	0	36	0
3	10	0	36	0
4	10	0	36	0
5	10	0	36	0
6	10	0	36	0
7	10	0	36	0
8	10	0	36	0
9	10	0	36	0
10	10	0	36	0

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表 3 全捕获最小脉宽幅度比测量结果(载波频率1 GHz)

Table 3. Measurement results of full-capture minimum pulse width-amplitude ratio (carrier frequency 1 GHz)

测量序号	连续波功率 dBm	调制波功率 dBm	幅度比 dB
1	−10	−10.17	−0.17
2	−10	−10.16	−0.16
3	−10	−10.15	−0.16
4	−10	−10.14	−0.14
5	−10	−10.16	−0.16
6	−10	−10.16	−0.16
7	−10	−10.13	−0.12
8	−10	−10.15	−0.15
9	−10	−10.15	−0.16
10	−10	−10.14	−0.14

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表 4 实时分析带宽测量重复性

Table 4. Real-time analysis of bandwidth measurement repeatability

测量序号	测量结果 MHz
x₁	28.8
x₂	28.8
x₃	28.8
x₄	28.8
x₅	28.8
x₆	28.8
x₇	28.8
x₈	28.8
x₉	28.8
x₁₀	28.8

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表 5 测量不确定度分量汇总表

Table 5. Summary of measurement uncertainty components

序号	不确定度分量
序号	不确定度来源	类型	分布	包含因子	标准不确定度
1	信号发生器频率准确度	B	均匀	$ \sqrt 3 $	u_r1(S) = 3.35×10⁻⁸
2	频谱分析仪分辨力	B	均匀	$ \sqrt 3 $	u_r2(S) = 0.0008
3	测量重复性	A	—	—	u_r3 (S) = 0

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表 6 全捕获最小脉宽幅度比测量重复性

Table 6. Measurement repeatability of full-capture minimum pulse width-amplitude ratio

测量序号	测量结果/dB
1	−0.17
2	−0.16
3	−0.16
4	−0.14
5	−0.16
6	−0.16
7	−0.12
8	−0.15
9	−0.16
10	−0.14

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表 7 测量不确定度分量汇总表

Table 7. Summary of measurement uncertainty components

序号	不确定度分量
序号	不确定度来源	类型	分布	包含因子	标准不确定度
1	信号发生器不同状态的功率不一致性	B	正态	2	u₁(P_r) = 1.17%
2	频谱分析仪功率分辨力	B	均匀	$ \sqrt{3} $	u₂(P_r) = 0.10%
3	测量重复性	A	—	—	u₃ (P_r) = 0.35%

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参考文献(18)

[1]	陈国通, 刘琪, 孙敬. 实时宽带频谱分析系统技术研究[J]. 信息通信, 2018(10): 194-195.
[2]	陈增平, 吴巨红, 宿绍莹, 等. 宽带实时频谱分析技术及应用[J]. 信号处理, 2012, 28(2): 151-156. doi: 10.3969/j.issn.1003-0530.2012.02.001
[3]	宿绍莹, 刘平, 陈增平. 宽带实时频谱分析技术与实现[J]. 电子测量与仪器学报, 2007, 21(5): 113-117.
[4]	孙英侠, 李亚利, 宁宇鹏. 频谱分析原理及频谱分析仪使用技巧[J]. 国外电子测量技术, 2014, 33(7): 76-80. doi: 10.3969/j.issn.1002-8978.2014.07.023
[5]	胡丽莹, 肖蓬. 快速傅里叶变换在频谱分析中的应用[J]. 福建师范大学学报(自然科学版), 2011, 27(4): 27-30.
[6]	Víctor Iglesias, Jesús Grajal, Miguel A Sánchez, et al. Implementation of a Real-Time Spectrum Analyzer on FPGA Platforms[J]. IEEE Trans, 2015, 64(2): 338-354.
[7]	梁志国, 何昭, 缪京元, 等. 一种调制度测量仪的数字化精确评价与溯源方法[J]. 计量学报, 2021, 42(7): 930-936. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.07.15
[8]	郭仕剑, 李坡, 胡昆明, 等. 实时频谱分析技术在雷达信号侦查中的应用[J]. 信号处理, 2011, 27(8): 1229-1233. doi: 10.3969/j.issn.1003-0530.2011.08.019
[9]	周秀珍, 肖雷. 基于快速傅里叶变换的实时频谱分析方法研究[J]. 信息通信, 2018(8): 21-22.
[10]	郭仕剑, 宿绍莹, 唐鹏飞, 等. 应用数字荧光技术的实时频谱分析设备的设计实现[J]. 电子测量与仪器学报, 2011, 25(9): 781-785.
[11]	陈军. 实时频谱分析仪数字余辉技术的研究与实现[D]. 成都: 电子科技大学, 2018.
[12]	宿绍莹, 侯庆凯, 陈增平. 基于RapidIO的宽带实时频谱分析仪[J]. 数据采集与处理, 2011, 26(2): 152-155. doi: 10.3969/j.issn.1004-9037.2011.02.006
[13]	李金光, 李永彬, 刘浩, 等. 基于载波频谱分析的并行捕获算法研究[J]. 电子世界, 2018(10): 92-93.
[14]	易波, 毕术龙, 耿西伟. 基于实时频谱分析的电磁频谱监测技术研究[J]. 舰船电子对抗, 2021, 3(44): 96-99.
[15]	郭仕剑, 唐鹏飞, 宿绍莹, 等. 实时频谱态势图和伪彩色显示编码方法[J]. 信号处理, 2011, 27(8): 1375-1379.
[16]	梁志国, 刘渊, 何昭, 等. 复杂波形的事件分解合成及定位方法[J]. 计量学报, 2021, 42(9): 1214-1219. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.09.15
[17]	刘贵斌, 梁琪, 苏腾. 频谱分析仪增益压缩校准检定方法探讨[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(12): 49-54. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.0401
[18]	靳浩元, 刘军. 测量不确定度的评定方法及应用研究[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(5): 124-131. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.9002