摘 要：本文針對(duì)發(fā)射機(jī)、放大器等在貫徹GJB151B-2013開(kāi)展CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試時(shí)面臨需要重點(diǎn)考慮的設(shè)備安全性、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性等問(wèn)題，根據(jù)由受試設(shè)備發(fā)射功率、諧波亂真抑制限值確定的測(cè)試底噪要求與實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)底噪之間的不同關(guān)系，提出相應(yīng)的測(cè)試配置方案并分析其中衰減器、抑制網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器等關(guān)鍵器件的指標(biāo)參數(shù)選取要求與原則，可幫助快速確定試驗(yàn)方案或判斷試驗(yàn)方案的可行性，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：CE106項(xiàng)目，發(fā)射狀態(tài)，諧波，亂真

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.24.027

0 引 言

隨著當(dāng)前裝備信息化、一體化、智能化、多功能的快速發(fā)展，地面、機(jī)載、艦載等平臺(tái)電子系統(tǒng)大多由多部收發(fā)設(shè)備構(gòu)成，它們之間實(shí)現(xiàn)相互兼容工作，在離不開(kāi)平臺(tái)電磁頻譜管理的同時(shí)，亦需要加強(qiáng)收發(fā)設(shè)備諧波、亂真等發(fā)射的控制。

CE106項(xiàng)目（10kHz～40GHz天線端口傳導(dǎo)發(fā)射）是GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》中針對(duì)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和放大器等EUT（受試設(shè)備）天線端口傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試項(xiàng)目，目的是控制EUT通過(guò)天線端口向外發(fā)射諧波、亂真等電磁干擾[1]。對(duì)于CE106項(xiàng)目大功率發(fā)射狀態(tài)下的測(cè)試存在測(cè)量設(shè)備安全性、發(fā)射頻譜測(cè)量準(zhǔn)確性等問(wèn)題，在試驗(yàn)前需要慎重考慮制定方案，否則易出現(xiàn)測(cè)試設(shè)備受損、測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等導(dǎo)致的反復(fù)過(guò)程[2]。

本文主要針對(duì)CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通用方法基礎(chǔ)上，根據(jù)EUT發(fā)射峰值功率、EUT限值要求、測(cè)試系統(tǒng)底噪等多個(gè)因素，結(jié)合實(shí)際微波器件性能參數(shù)，提出不同情況下的測(cè)試配置方案，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試設(shè)備安全及測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的要求，對(duì)CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)貫標(biāo)測(cè)試具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置的理解

GJB151B-2013中CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置可簡(jiǎn)單概括如圖1所示，主要由EUT、衰減裝置、抑制網(wǎng)絡(luò)及測(cè)量接收機(jī)組成。圖中衰減裝置可為一般的衰減器，也可采用定向耦合器（利用耦合端口），作用是衰減EUT的基波發(fā)射功率，確保輸入到后端的功率低于抑制網(wǎng)絡(luò)的最大耐功率指標(biāo)或者測(cè)量接收機(jī)不出現(xiàn)減敏或亂真響應(yīng)的最大輸入功率。

抑制網(wǎng)絡(luò)的作用是抑制基波大信號(hào)以便于在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)測(cè)量諧波、亂真發(fā)射小信號(hào)。理想的抑制網(wǎng)絡(luò)性能應(yīng)在基波頻率附近具有高插損，在其它頻段具有低插損，其使用與否需根據(jù)實(shí)際測(cè)試時(shí)系統(tǒng)底噪是否滿(mǎn)足測(cè)量要求來(lái)確定。目前CE106項(xiàng)目測(cè)試通常是通過(guò)軟件控制測(cè)量接收機(jī)自動(dòng)完成，在測(cè)試配置中增加衰減器，軟件自動(dòng)補(bǔ)償會(huì)造成測(cè)試系統(tǒng)底噪抬升（量值等于衰減器的衰減值）。標(biāo)準(zhǔn)中CE106項(xiàng)目限值的基本要求是諧波發(fā)射、亂真發(fā)射至少低于基波電平80dB，那么對(duì)測(cè)試系統(tǒng)底噪的要求應(yīng)是至少比基波電平低86dB（電磁環(huán)境電平應(yīng)至少低于規(guī)定限值的6dB）。因此當(dāng)因EUT基波發(fā)射功率較大而需選用高衰減量的衰減器時(shí)，可能會(huì)造成測(cè)試系統(tǒng)底噪過(guò)高而不滿(mǎn)足貫標(biāo)測(cè)試底噪要求，此時(shí)需使用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來(lái)降低測(cè)試系統(tǒng)底噪電平。

標(biāo)準(zhǔn)中CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置相對(duì)簡(jiǎn)單，在多次實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，主要存在以下兩個(gè)方面需要在試驗(yàn)前重點(diǎn)關(guān)注：

（1）抑制網(wǎng)絡(luò)的合理選用

抑制網(wǎng)絡(luò)通常為濾波器或具有濾波特性的微波器件，可以是低通、帶阻、高通等濾波器，也可以使用具有高通特性的波導(dǎo)器件。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試起始頻率與上限頻率的規(guī)定（起始頻率依據(jù)EUT工作頻率來(lái)確定，最高不超過(guò)10 MHz；試驗(yàn)上限頻率為40 GHz或EUT最高發(fā)射頻率的20倍），測(cè)試頻率范圍一般都很寬，而單個(gè)濾波器往往難以覆蓋整個(gè)測(cè)試頻率范圍。例如，圖2即為一個(gè)C波段高通濾波器的頻率響應(yīng)，在頻率高端（9.8～18 GHz）的插損極度不平坦，某些頻點(diǎn)出現(xiàn)諧振（表現(xiàn)為高插損），在這些頻點(diǎn)處容易出現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)底噪不滿(mǎn)足貫標(biāo)測(cè)試要求的情況。因此在CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試中，抑制網(wǎng)絡(luò)的使用需要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行合理配置。

（2）低噪聲放大器的正確使用

低噪聲放大器能夠降低測(cè)試系統(tǒng)底噪，增加測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)諧波、亂真等小信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量很有幫助，但一旦使用不當(dāng)，反而會(huì)因低噪聲放大器的非線性響應(yīng)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重失真。所以一定要保證低噪聲放大器的輸入功率在其線性工作區(qū)范圍內(nèi)。在CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試中，低噪聲放大器往往需與抑制網(wǎng)絡(luò)同時(shí)使用。

2 CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置的詳細(xì)分析

CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置的基本原則：一是保證測(cè)量設(shè)備、微波器件的安全或者不出現(xiàn)影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的響應(yīng)；二是測(cè)試系統(tǒng)的底噪滿(mǎn)足測(cè)試實(shí)際使用要求。

首先應(yīng)確定基波電平，根據(jù)EUT的發(fā)射功率指標(biāo)，選擇相應(yīng)衰減量的衰減器，確保EUT的發(fā)射功率經(jīng)衰減后到達(dá)測(cè)量接收機(jī)時(shí)小于導(dǎo)致測(cè)量接收機(jī)出現(xiàn)減敏或亂真響應(yīng)的最小輸入功率，在圖3配置下，測(cè)量得到基波電平P 0，此時(shí)即可確定測(cè)試系統(tǒng)的底噪限值，即在基頻f 0的±5%頻率范圍外的底噪應(yīng)比基波電平低86 dB。

在圖3配置下，EUT斷電，利用測(cè)量接收機(jī)在整個(gè)測(cè)試頻率范圍內(nèi)掃描獲取此配置下的系統(tǒng)底噪。一般情況下，在相同配置條件時(shí)，底噪隨著頻率的增加而逐漸升高。底噪與底噪限值大體上存在3種情況，如圖4所示，其中f s表示試驗(yàn)的起始頻率，f e表示試驗(yàn)的上限頻率，f0L是基頻的-5%頻率（即0.95×f0），f 0H是基頻的+5%頻率（即1.05×f 0）。不同情況的測(cè)試配置不同，有些情況需分頻段考慮測(cè)試配置。

（1）底噪曲線在整個(gè)測(cè)試頻段內(nèi)低于底噪限值如圖4曲線①所示，采用圖3配置已滿(mǎn)足測(cè)試底噪要求，直接按圖3配置可實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試頻段CE106項(xiàng)目的準(zhǔn)確測(cè)試。

（2）底噪曲線在高頻段與底噪限值相交如圖4曲線②所示，f IH是底噪曲線②與底噪限值曲線交點(diǎn)處的頻率。

在測(cè)試頻率f ≥f IH時(shí)，N B≥N L （N B表示底噪，N L表示底噪限值），運(yùn)用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來(lái)降低測(cè)試底噪，測(cè)試配置見(jiàn)圖5。

衰減器衰減量大小是根據(jù)EUT基波電平與后端抑制網(wǎng)絡(luò)的耐功率指標(biāo)來(lái)確定的，在確保到達(dá)抑制網(wǎng)絡(luò)輸入端口的功率小于其耐功率指標(biāo)的同時(shí)，衰減器衰減量盡量小。

抑制網(wǎng)絡(luò)一般采用帶阻濾波器或高通濾波器或具有高通濾波作用的波導(dǎo)器件，其對(duì)基波的抑制度要滿(mǎn)足后端低噪聲放大器線性工作或測(cè)量接收機(jī)不出現(xiàn)減敏、亂真響應(yīng)的要求，抑制網(wǎng)絡(luò)通帶頻率范圍至少包含f IH～f e，通帶插損盡量低，當(dāng)f IH～f e范圍很寬時(shí)，單個(gè)帶阻濾波器或高通濾波器的性能往往無(wú)法滿(mǎn)足這樣的要求，需要帶阻濾波器與數(shù)個(gè)高通濾波器或者多個(gè)高通濾波器組合來(lái)覆蓋整個(gè)測(cè)試頻段要求。

低噪聲放大器是否選用主要看圖5配置（未采用低噪聲放大器）測(cè)試系統(tǒng)實(shí)際底噪是否滿(mǎn)足貫標(biāo)測(cè)試要求，若用L N表示基頻f 0的±5%頻率范圍外的底噪限值，則L N=P 0-86，若N 1表示圖3配置的系統(tǒng)底噪，A 1表示圖3配置下EUT發(fā)射端口到測(cè)量接收機(jī)的路徑損耗，A 2表示圖5配置（未采用低噪聲放大器）EUT發(fā)射端口到測(cè)量接收機(jī)的路徑損耗，若用N 2表示圖5配置（未采用低噪聲放大器）系統(tǒng)底噪，那么N 2=N 1-A 1+A 2，當(dāng)N 2gt;L N時(shí)，需采用低噪聲放大器來(lái)降低測(cè)試系統(tǒng)底噪。加入低噪聲放大器后，測(cè)試系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于低噪聲放大器，此時(shí)系統(tǒng)底噪N 2A可表示為[3]：

N 2A=N in+NF

其中，N in=10 log（kTB），是接收機(jī)的輸入噪聲電平，NF是低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，T 為熱力學(xué)溫度，B 為接收機(jī)的分辨率帶寬。低噪聲放大器增益G gt;N 2-N 2A。當(dāng)然，N 2A也可在將低噪放接到測(cè)量接收機(jī)上，直接利用測(cè)量接收機(jī)測(cè)試獲取。

在flt;f IH時(shí)，N Blt;N L，直接采用圖3測(cè)試配置即可。

（3）底噪曲線在低頻段與底噪限值相交如圖4曲線③所示，f IL是底噪曲線③與底噪限值曲線交點(diǎn)處的頻率。

在f≥f 0H時(shí)，N Bgt;N L，與上述（2）的情況相同，測(cè)試配置見(jiàn)圖5；在f 0Llt;f lt;f 0H時(shí)，僅需保證基波大信號(hào)測(cè)試準(zhǔn)確，直接采用圖3測(cè)試配置即可；在f IL≤f≤f 0L時(shí)，N Bgt;N L，需考慮采用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來(lái)降低測(cè)試底噪，測(cè)試配置見(jiàn)圖6，其衰減器、低噪聲放大器的選用原則與上述（2）的分析情況基本相同，在抑制網(wǎng)絡(luò)選用上主要考慮采用帶阻濾波器或低通濾波器，要保證其通帶范圍至少包含f IL～f 0L，通帶內(nèi)插損盡量?。辉趂≤f IL時(shí)，N Blt;N L，可采用圖3測(cè)試配置，也可以采用圖6配置，這主要是由于低通濾波器的通帶往往較為容易做到低頻。

3 應(yīng)用舉例

若EUT發(fā)射狀態(tài)的基頻為3.2 GHz，發(fā)射電平為60 dBm，根據(jù)GJB151B-2013的規(guī)定，測(cè)試頻率范圍為10～40 GHz，限值要求為所有諧波發(fā)射、亂真發(fā)射至少比基波電平低80 dB，那么測(cè)試系統(tǒng)底噪限值見(jiàn)圖7曲線1。測(cè)量接收機(jī)的底噪（RBW為1 MHz）見(jiàn)圖7曲線2，為保證測(cè)量接收機(jī)不出現(xiàn)減敏、亂真響應(yīng)，輸入到接收機(jī)的功率低于0 dBm，測(cè)試配置1的衰減器選取60 dB，此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的底噪見(jiàn)圖7曲線3，基本位于底噪限值之上，屬于上述第2節(jié)分析的第3種情況。

那么，測(cè)試頻率在3.04～3.36 GHz時(shí)，采用測(cè)試配置1，衰減器選用60 dB。

測(cè)試頻率大于等于3.36GHz或小于等于3.04 GHz時(shí)，需用到抑制網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)抑制網(wǎng)絡(luò)的耐功率指標(biāo)為30dBm，則在EUT與抑制網(wǎng)絡(luò)間的衰減器選用30dB，此時(shí)系統(tǒng)底噪見(jiàn)圖7曲線4，基本位于底噪限值之下。所以在大于等于3.36 GHz時(shí)，采用測(cè)試配置2，不需要低噪聲放大器，衰減器選用30 dB，抑制網(wǎng)絡(luò)在3.04～3.36 GHz的抑制度要確保到達(dá)接收機(jī)的功率低于0 dBm，在大于等于3.36 GHz的通帶插損盡量低。在小于等于3.04 GHz時(shí)，采用測(cè)試配置3，不需要低噪聲放大器，衰減器選用30 dB，抑制網(wǎng)絡(luò)在3.04～3.36GHz的抑制度要確保到達(dá)接收機(jī)的功率低于0 dBm，在小于等于3.04 GHz時(shí)的通帶插損盡量低。按上述配置測(cè)試既能保證設(shè)備安全，又能得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。（以上分析忽略了連接線纜，實(shí)際測(cè)試時(shí)應(yīng)考慮線纜損耗，分析方法同衰減器）。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的根據(jù)EUT發(fā)射功率、諧波亂真抑制要求及測(cè)試系統(tǒng)底噪來(lái)確定CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試配置的分析方法，能夠幫助形成確保設(shè)備安全、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試方案。后續(xù)可以已有測(cè)量接收機(jī)、衰減器、抑制網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器等的性能參數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件化，在輸入EUT發(fā)射功率及其諧波亂真抑制要求時(shí)，快速輸出EUT發(fā)射狀態(tài)的CE106項(xiàng)目測(cè)試鏈路分段配置方案，提高CE106項(xiàng)目發(fā)射狀態(tài)測(cè)試的效率。

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作者簡(jiǎn)介

許明明，工程師，研究方向?yàn)殡姶偶嫒轀y(cè)試技術(shù)。

侯其坤，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡姶偶嫒轀y(cè)試技術(shù)。

（責(zé)任編輯：張佩玉）