［摘 要］隨著無線通信和雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線電頻率測(cè)試作為評(píng)估與維護(hù)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)變得愈發(fā)重要。文章圍繞無線電頻率測(cè)試的基本原理、方法及在通信領(lǐng)域的應(yīng)用展開研究，通過對(duì)傳統(tǒng)頻率測(cè)試方法與先進(jìn)測(cè)試方法的比較，深入剖析了它們?cè)跓o線電頻率測(cè)試中的優(yōu)劣。針對(duì)通信系統(tǒng)、5G、物聯(lián)網(wǎng)和雷達(dá)技術(shù)等領(lǐng)域的頻率測(cè)試需求與挑戰(zhàn)，探討了相關(guān)解決方案，并對(duì)未來無線電頻率測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，旨在為相關(guān)領(lǐng)域人員提供技術(shù)參考。

［關(guān)鍵詞］無線電頻率測(cè)試；傳統(tǒng)方法；先進(jìn)技術(shù)；通信系統(tǒng)

［中圖分類號(hào)］TN713 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0126–03

1 無線電頻率測(cè)試概述

1.1 無線電頻率的基本概念

無線電頻率作為電磁波的一個(gè)重要屬性，是指在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，通常用Hz 表示。在無線通信和雷達(dá)等領(lǐng)域，頻率是指信號(hào)波形中周期性變化的頻繁程度，直接影響到信號(hào)的傳輸性能和信息載體的特性。頻率的選擇直接關(guān)系到通信距離、數(shù)據(jù)傳輸速率及設(shè)備之間的干擾程度。無線電頻率主要包括載波頻率和信號(hào)頻率。載波頻率是指無線電信號(hào)中用來傳輸信息的基準(zhǔn)頻率，而信號(hào)頻率則是指攜帶實(shí)際信息的頻率成分。在頻率測(cè)試中，準(zhǔn)確測(cè)量和分析這兩者之間的關(guān)系對(duì)于確保通信系統(tǒng)和雷達(dá)技術(shù)的可靠性至關(guān)重要。

1.2 無線電頻率測(cè)試的參數(shù)與指標(biāo)

在無線電頻率測(cè)試中，精準(zhǔn)測(cè)量和評(píng)估的關(guān)鍵在于對(duì)多樣化參數(shù)與指標(biāo)的深入理解。頻率測(cè)試所涉及的主要參數(shù)包括：①頻率穩(wěn)定性。衡量信號(hào)頻率的穩(wěn)定程度，是確保通信系統(tǒng)可靠性的基本要素。頻率穩(wěn)定性直接關(guān)系到無線電設(shè)備在不同環(huán)境和溫度條件下的性能表現(xiàn)。②頻率準(zhǔn)確度。表征頻率測(cè)試結(jié)果與實(shí)際頻率之間的偏差，是測(cè)試過程中至關(guān)重要的指標(biāo)。準(zhǔn)確的頻率測(cè)量對(duì)于通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行和頻譜資源的合理利用至關(guān)重要。③頻率分辨率。表示在一定頻率范圍內(nèi)能夠區(qū)分不同頻率之間的最小間隔。對(duì)于復(fù)雜通信系統(tǒng)而言，高頻率分辨率有助于更精細(xì)地分析頻譜特性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。④頻率范圍。描述測(cè)試設(shè)備能夠涵蓋的頻率范圍，對(duì)于適應(yīng)不同無線電設(shè)備的測(cè)試需求至關(guān)重要。不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同范圍的頻率測(cè)試，因此測(cè)試設(shè)備的頻率范圍需充分匹配特定應(yīng)用要求。

1.3 無線電頻率測(cè)試的基本原理與技術(shù)基礎(chǔ)

無線電頻率測(cè)試的基本原理圍繞著測(cè)量電磁波振蕩的周期性變化，其中關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)包括頻率計(jì)數(shù)和頻率合成。在頻率計(jì)數(shù)中，通過將輸入信號(hào)的周期與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而測(cè)得信號(hào)的頻率。頻率技術(shù)可以通過直接計(jì)數(shù)法和頻率合成法實(shí)現(xiàn)。直接計(jì)數(shù)法基于精密的時(shí)間計(jì)數(shù)器，直接測(cè)量振蕩周期。頻率合成法則是通過將輸入信號(hào)與本地振蕩器生成的信號(hào)進(jìn)行混頻，形成一個(gè)差頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量。在現(xiàn)代頻率測(cè)試中，基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的頻率測(cè)試成為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。這種方法通過對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行高速采樣，然后利用數(shù)字算法進(jìn)行頻譜分析和頻率計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了高精度的頻率測(cè)試。此外，軟件定義無線電（SDR）技術(shù)的崛起為頻率測(cè)試提供了更大的靈活性，通過軟件可編程的方式適應(yīng)不同頻率和調(diào)制格式的測(cè)試需求。

2 無線電頻率測(cè)試方法

2.1 傳統(tǒng)頻率測(cè)試方法

2.1.1 直接計(jì)數(shù)法

直接計(jì)數(shù)法核心思想是通過直接測(cè)量信號(hào)的振蕩周期，進(jìn)而計(jì)算頻率。在該方法中，需要將一個(gè)計(jì)數(shù)器與輸入信號(hào)相連，記錄信號(hào)振蕩的周期數(shù)量，將這個(gè)周期數(shù)與已知的時(shí)間基準(zhǔn)相比，就可以得到輸入信號(hào)的頻率。系統(tǒng)會(huì)通過一個(gè)頻率分頻器將輸入信號(hào)的頻率降低到計(jì)數(shù)器可處理的范圍，然后計(jì)數(shù)器開始記錄信號(hào)振蕩的周期數(shù)。對(duì)計(jì)數(shù)器的讀數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚梢缘玫綔?zhǔn)確的頻率值。直接計(jì)數(shù)法的優(yōu)勢(shì)在于其簡單直觀，可以適用于較寬范圍的頻率。然而，該方法在處理高頻率和精度要求較高的場(chǎng)景時(shí)存在一定的局限性。由于其對(duì)時(shí)間測(cè)量精度的要求較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度受到挑戰(zhàn)。

2.1.2 頻率合成法

頻率合成法適用于對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量。該方法通過將輸入信號(hào)與本地振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)，再通過中頻信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量，從而獲取原始信號(hào)的頻率。輸入信號(hào)與一個(gè)本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)混合，形成中頻信號(hào)，這個(gè)中頻信號(hào)的頻率通常較低，更容易進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，接下來對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，便可得到輸入信號(hào)的頻率。頻率合成法利用了混頻過程中頻率不變的特性，使得對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量變得相對(duì)簡便。然而頻率合成法也面臨著一些挑戰(zhàn)，如對(duì)混頻器性能的要求較高、對(duì)輸入信號(hào)的要求較為苛刻等。

2.2 先進(jìn)頻率測(cè)試技術(shù)

2.2.1 基于DSP的頻率測(cè)試

基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的頻率測(cè)試技術(shù)以其高精度和靈活性而受到廣泛關(guān)注。該技術(shù)利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣、處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率的準(zhǔn)確測(cè)量。通過采樣器獲取輸入信號(hào)的數(shù)字表示，然后將其送入DSP 進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。在數(shù)字域中，使用傅里葉變換或相關(guān)算法，可以精確提取信號(hào)的頻率信息。相比傳統(tǒng)的模擬方法，基于DSP 的頻率測(cè)試具有更高的靈敏度和測(cè)量精度，尤其在對(duì)復(fù)雜調(diào)制信號(hào)或非線性系統(tǒng)中的頻率測(cè)量方面表現(xiàn)突出?；贒SP 的頻率測(cè)試技術(shù)還允許對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和動(dòng)態(tài)調(diào)整，適應(yīng)復(fù)雜多變的通信環(huán)境。其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍廣泛，包括無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。然而對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景，需要根據(jù)系統(tǒng)特性和測(cè)試要求綜合考慮DSP 參數(shù)的選擇和算法的優(yōu)化，以達(dá)到最佳的頻率測(cè)試性能。

2.2.2 軟件定義無線電（SDR）

軟件定義無線電（SDR）核心理念在于通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件功能的重新配置，使得通信系統(tǒng)的信號(hào)處理部分能夠通過更新軟件而無需更換硬件來實(shí)現(xiàn)。這一理念對(duì)頻率測(cè)試帶來的積極影響主要體現(xiàn)在靈活性、適應(yīng)性和精度方面。

傳統(tǒng)的頻率測(cè)試通常依賴于硬件固定功能，而SDR 則通過軟件實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理的動(dòng)態(tài)調(diào)整。SDR系統(tǒng)能夠直接采集模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，克服了傳統(tǒng)中頻和射頻部分的硬件混頻過程。這一優(yōu)勢(shì)提高了信號(hào)采集的精度，并允許測(cè)試人員靈活調(diào)整測(cè)試參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻譜特征。SDR 的靈活性使其能夠適應(yīng)不同的無線標(biāo)準(zhǔn)和頻率規(guī)范，為不斷變化的通信場(chǎng)景提供了解決方案。SDR 的直接數(shù)字化和柔性信號(hào)處理能力為頻率測(cè)試帶來了更高的適應(yīng)性。SDR 系統(tǒng)通過軟件中的可編程算法實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理和頻率分析，使得測(cè)試系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的調(diào)制方式和頻率范圍。這種適應(yīng)性為多樣化通信場(chǎng)景提供了解決方案，尤其是在面對(duì)不同無線標(biāo)準(zhǔn)和頻譜規(guī)定的情況下，SDR 能夠迅速調(diào)整以滿足需求。在頻率測(cè)試中，SDR 的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性也表現(xiàn)得尤為突出。測(cè)試人員可以通過軟件定義快速調(diào)整測(cè)試參數(shù)、修改調(diào)制方式，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻譜特征。這種實(shí)時(shí)的測(cè)試方式更好地適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)中頻繁變化的信號(hào)特性和頻率需求。SDR 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力使其成為適應(yīng)未來通信技術(shù)發(fā)展的理想選擇，因?yàn)槠淠軌蛲ㄟ^軟件更新而無需硬件改動(dòng)，從而更好地應(yīng)對(duì)技術(shù)演進(jìn)和市場(chǎng)需求的變化。

3 無線電頻率測(cè)試在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 通信系統(tǒng)中的頻率測(cè)試應(yīng)用

頻率測(cè)試的應(yīng)用涵蓋了通信系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)的各個(gè)方面，旨在保障系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和性能卓越性。

在通信系統(tǒng)的建設(shè)階段，頻率測(cè)試可以用于驗(yàn)證基站和終端設(shè)備在指定頻段內(nèi)的工作性能，確保設(shè)備在實(shí)際通信環(huán)境中能夠穩(wěn)定、高效的工作。通過頻率測(cè)試，工程師們可以全面評(píng)估設(shè)備的發(fā)射功率、接收靈敏度、頻率穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)，從而提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，保證通信系統(tǒng)在投入使用后能夠正常運(yùn)行。

在通信系統(tǒng)的運(yùn)營和維護(hù)階段，頻率測(cè)試用于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)頻段的利用率，協(xié)助運(yùn)營商優(yōu)化頻譜資源的配置，提高網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋范圍。通過定期的頻率測(cè)試，運(yùn)營商能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的干擾源、頻譜擁塞等問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化，以保障用戶的通信質(zhì)量。此外，頻率測(cè)試還對(duì)無線電頻率的合規(guī)性進(jìn)行檢測(cè)，確保通信系統(tǒng)在法規(guī)框架內(nèi)合法運(yùn)行，避免對(duì)其他頻譜用戶造成干擾，維護(hù)通信行業(yè)的公平有序運(yùn)行。

在維護(hù)方面，頻率測(cè)試可以用于故障診斷，幫助工程師快速定位網(wǎng)絡(luò)問題，提高故障處理的效率。通過精準(zhǔn)的頻率測(cè)試，工程師可以快速找到網(wǎng)絡(luò)中的故障點(diǎn)，縮短故障排除的時(shí)間。頻率測(cè)試還可以用于對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行定期的性能監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防設(shè)備的潛在故障，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。這種預(yù)防性的維護(hù)措施有助于減少系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間，提高用戶體驗(yàn)。

3.2 5G和物聯(lián)網(wǎng)中的頻率測(cè)試應(yīng)用

在5G 通信領(lǐng)域，頻率測(cè)試不僅需要滿足傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的要求，還面臨更多新的挑戰(zhàn)。5G 通信采用毫米波頻段，具有傳輸速率高、延遲低的特點(diǎn)，但同時(shí)對(duì)信號(hào)的穿透能力較差，容易受到大氣吸收、雨滴散射等自然因素的影響。因此，頻率測(cè)試在5G 中需要更加精確地評(píng)估信號(hào)的傳播特性，以確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋和性能能夠達(dá)到預(yù)期水平。特別值得關(guān)注的是，在5G 網(wǎng)絡(luò)中引入了大規(guī)模的多天線技術(shù)（MassiveMIMO）、波束賦形等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步增加了頻率測(cè)試的復(fù)雜性。頻率測(cè)試需要適應(yīng)這些新技術(shù)的特殊要求，以確保系統(tǒng)能夠充分利用頻譜資源，提供高效可靠的通信服務(wù)。為此，測(cè)試設(shè)備需要具備對(duì)多天線系統(tǒng)的支持，能夠精準(zhǔn)測(cè)量和分析波束賦形的性能，確保無線信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和定向覆蓋。

在物聯(lián)網(wǎng)方面，由于物聯(lián)網(wǎng)涉及大量的物聯(lián)設(shè)備和傳感器，這些設(shè)備通常需要在不同的頻段和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行通信。頻率測(cè)試在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，用于保證這些設(shè)備在各種條件下都能正常工作?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；投鄻有裕l率測(cè)試還需要著重關(guān)注設(shè)備之間的互操作性，確保它們能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中協(xié)同工作。由于物聯(lián)網(wǎng)中涉及大量設(shè)備連接和數(shù)據(jù)傳輸，頻率測(cè)試還需要考慮如何優(yōu)化頻譜資源的利用。合理的頻率測(cè)試策略可以避免頻譜擁塞和干擾，確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。為此，測(cè)試設(shè)備需要具備智能感知和頻譜管理的能力，以實(shí)時(shí)調(diào)整頻率使用，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3.3 頻率測(cè)試在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用

雷達(dá)系統(tǒng)通常運(yùn)行在多個(gè)頻段和頻率源，而頻率測(cè)試的任務(wù)則在于確保雷達(dá)系統(tǒng)各個(gè)部分的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。雷達(dá)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的頻率同步是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，頻率測(cè)試通過對(duì)不同頻率源進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，保障了雷達(dá)系統(tǒng)中各個(gè)模塊之間的相干性，從而提高了整體性能。考慮到雷達(dá)系統(tǒng)需要在不同工作模式下切換頻率，以適應(yīng)不同的目標(biāo)探測(cè)和環(huán)境條件，頻率測(cè)試在這一過程中用于驗(yàn)證切換后的頻率是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，確保雷達(dá)系統(tǒng)在不同頻率下均能夠穩(wěn)定可靠的工作。在雷達(dá)系統(tǒng)中，對(duì)頻率的精度和分辨率要求極高，尤其是在目標(biāo)識(shí)別和跟蹤方面。頻率測(cè)試技術(shù)通過提供高精度的頻率測(cè)量，確保雷達(dá)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo)的位置、速度等關(guān)鍵信息，從而顯著提高了雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)和追蹤性能，對(duì)于軍事應(yīng)用中的目標(biāo)精確定位及民用和科研領(lǐng)域中對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的要求都具有重要意義。

4 結(jié)束語

無線電頻率測(cè)試在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到重視，對(duì)于保障通信系統(tǒng)、推動(dòng)5G 和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、提升雷達(dá)技術(shù)水平都具有深遠(yuǎn)的影響。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，頻率測(cè)試方法和應(yīng)用將繼續(xù)發(fā)展，為無線電通信領(lǐng)域帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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