當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有按照預(yù)期進(jìn)行工作時(shí)，假設(shè)某種形式的無(wú)線干擾是問(wèn)題的根源，應(yīng)使用頻譜分析儀來(lái)確定工作頻 率信道中存在多余的信號(hào)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)過(guò)程可能涉及到確定信號(hào)的類(lèi)型，包括傳輸時(shí)間、出現(xiàn)次數(shù)、載波頻率和帶寬，可能還包括干擾發(fā)射機(jī)的地理位置。如果系統(tǒng)在全雙工模式下運(yùn)行， 可能還需要檢查干擾信號(hào)的上行鏈路和下行鏈路頻率信道。

測(cè)量干擾 — 尤其是空中干擾 — 通常必須使用具備極低本底噪聲或 DANL 的頻譜分析儀。DANL 由分辨 率帶寬 (RBW) 設(shè)置決定，其參數(shù)值 越低，噪聲就越小。通常，RBW 縮 小到原數(shù)的 1/10，可使本底噪聲降 低 10 dB 。如前所述，分析儀的測(cè) 量掃描時(shí)間是 RBW 的反函數(shù)，因此 RBW 設(shè)置越小，需要的掃描時(shí)間就 越長(zhǎng)。由于快速測(cè)量和顯示低電平 信號(hào)的能力與分析儀檢波器的信噪 比 (SNR) 有直接關(guān)系，所以降低分析 儀的輸入衰減量即可改善信號(hào)電平。輸入衰減值越小 ( 通常低至 0 dB)，則 RBW 就越大，從而掃描時(shí)間越短。使用內(nèi)置或外部前置放大器也能改善 檢波器中的被測(cè)信號(hào)電平。FieldFox 在 2.4 GHz 處 的 DANL 技 術(shù) 指 標(biāo) 值 為 -138 dBm ( 不使用前置放大器 ) 和 -154 dBm ( 使用內(nèi)置前置放大器 )。

當(dāng)降低輸入衰減和測(cè)量大幅度信號(hào) 時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)分析儀給予特別關(guān)注。大 幅度信號(hào)會(huì)使分析儀前端過(guò)度激勵(lì)， 從而導(dǎo)致內(nèi)部生成失真或儀器損壞。分析儀可顯示內(nèi)部生成的失真，就像它來(lái)自感興趣的信號(hào)。在這些條件下，衰減器設(shè)置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最高的動(dòng)態(tài)范圍。FieldFox 包含一 個(gè) 30 dB 衰減器，該衰減器可以 5 dB 的步進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 優(yōu)化測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。

測(cè)量無(wú)線電干擾設(shè)備的要求

在選擇分析儀時(shí)，測(cè)量精度、掃描速度和分析儀便攜性是極其重要的要求，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試往往是在船舶、航空航天和車(chē)載應(yīng)用中極其惡劣的條件下進(jìn)行，包括高海拔高度 ( 例如戶(hù)外高塔和桅桿裝置 ) 和狹窄空間等。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干擾測(cè)試時(shí)，需要對(duì)測(cè)量設(shè)備的許多主要特性都加以考慮，包括頻譜分析儀需要堅(jiān)固耐用，電池使用壽命長(zhǎng)而且能夠快速更換，能夠從暫停狀態(tài)快速恢復(fù)到工作狀態(tài)，內(nèi)置 GPS、直流模塊和直流電壓源。直流電壓源與外部偏置 T 型接頭搭配使 用，非常適合對(duì)衛(wèi)星應(yīng)用中的低噪聲模塊 (LNB) 供電。最高頻率高達(dá) 26.5 GHz 的高性能 FieldFox 分析儀能夠滿 足在所有環(huán)境條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的 所有要求。

FieldFox頻譜儀 不僅具有臺(tái)式頻譜分析儀的 能力，還包括稱(chēng)為 InstAlign 的獨(dú)有 特性，一旦啟動(dòng)便可立即在整個(gè)射頻 和微波頻率范圍內(nèi)、-10 至+55°C 的 溫度范圍內(nèi)提供更出色的幅度精度。InstAlign 特性是以非常穩(wěn)定的內(nèi)置連 續(xù)波 (CW) 幅度參考為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的， 該幅度參考可在儀器的整個(gè)頻率范圍 內(nèi)進(jìn)行表征。此參考的幅度測(cè)量值與 表征值之間的任何偏差都可作為校正 數(shù)據(jù)，在對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行測(cè)量期間使 用。當(dāng)內(nèi)部傳感器探測(cè)到儀器的溫度 大約改變了2°C 時(shí)，F(xiàn)ieldFox 可通過(guò) 后臺(tái)進(jìn)程執(zhí)行幅度校正，無(wú)需用戶(hù) 的操作。最終，F(xiàn)ieldFox 在高達(dá) 26.5 GHz 的頻率范圍內(nèi)、-10 至+55°C 的 溫度范圍內(nèi)，無(wú)需經(jīng)過(guò)預(yù)熱，即可提 供典型值小于±0.6dB 的總體絕對(duì)幅度精度。

除了高性能頻譜分析儀之外，還必須使用優(yōu)質(zhì)的測(cè)試電纜在分析儀與系統(tǒng)測(cè)試端口或測(cè)試天線之間建立連接。電纜的適當(dāng)維護(hù) — 保護(hù)和清潔分析 儀和電纜上的連接器 — 對(duì)于執(zhí)行精 確、可重復(fù)測(cè)量至關(guān)重要。大多數(shù)同 軸電纜具有額定的“最小彎曲半徑”， 電纜在存放時(shí)如果彎曲半徑小于此 值，有可能導(dǎo)致電纜內(nèi)部發(fā)生斷裂， 使得測(cè)量斷斷續(xù)續(xù)。

測(cè)試天線是干擾測(cè)試元器件的另一個(gè) 重要部分。它應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成覆蓋感興 趣的頻率范圍，同時(shí)具備輕巧便攜 的特點(diǎn)。使用 FieldFox 頂部安裝的 N 型陰頭 50 歐姆連接器，可將天線直 接連接到頻譜分析儀。雖然在進(jìn)行 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí) N 型連接器更耐用，不 過(guò) FieldFox 還提供了 APC-3.5 端口連 接器選件。理想狀況下，天線的特征應(yīng)當(dāng)與處于調(diào)查中的無(wú)線系統(tǒng)所 用的測(cè)試天線類(lèi)似。如果系統(tǒng)天線是 具有垂直極化的低增益全向天線，那 么頻譜分析儀連接的天線也應(yīng)一樣。

當(dāng)檢測(cè)寬頻率范圍內(nèi)的頻譜時(shí)，可使用典型的窄帶系統(tǒng)天線替代寬帶鞭狀天線。市場(chǎng)上可供選擇的寬帶天線有 很多種，包括 Keysight N9311x-500 和 N9311x-501 ( 分別覆蓋 70 MHz 至 1000 MHz 以及 700 MHz 至 2500 MHz 的頻率范圍 )。當(dāng)測(cè)量極其微弱的信 號(hào)或?qū)Ψ窃S可發(fā)射機(jī)測(cè)向時(shí)，應(yīng)將高 增益定向天線連接至分析儀。是德 科技提供了多種型號(hào)的定向天線， 包括 N9311x-504、508 和 518，其增 益分別為 4 至 5 dBi，頻率范圍分別高 達(dá) 4、8 和 18 GHz。圖 1 顯示了兩個(gè)空中測(cè)量，對(duì)使用低 增益全向天線時(shí)的響應(yīng) ( 藍(lán)色跡線 ) 和使用高增益 9 dBi 八木天線時(shí)的響 應(yīng) ( 黃色跡線 ) 進(jìn)行了比較。使用高增 益天線時(shí)，未知信號(hào)的幅度測(cè)量值顯 著增加，但這個(gè)測(cè)量要求天線指向最 高信號(hào)幅度的方向。如果這個(gè)高增益 天線沒(méi)有指向信號(hào)源，那么幅度會(huì)小 于使用全向天線進(jìn)行測(cè)量時(shí)的幅度。

圖 1. 空中測(cè)量對(duì)分別使用全向天線 ( 藍(lán)色跡線 ) 和高增益天線 ( 黃色跡線 ) 接收到的信號(hào)進(jìn)行了 比較

頻譜分析儀的模式和顯示

間歇性干擾往往最難以測(cè)量。當(dāng)測(cè)量 脈沖、間歇或跳頻等干擾時(shí)，頻譜分 析儀的顯示屏可采用多種配置方式， 為檢測(cè)和識(shí)別這些類(lèi)型的信號(hào)提供 幫助。

MaxHold ( 最大值保持 ) 模式

MaxHold 顯示模式可存儲(chǔ)和顯示多次 掃描中的最大跡線值。此模式位于 FieldFox 的“TRACE ( 跡線 )“菜單下。圖 ２ 顯示了使用分析儀 ( 配備兩條活 動(dòng)跡線 ) 對(duì)跳頻載波進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。跡線 1 ( 黃色 ) 配有 MaxHold 模式，跡 線 2 ( 藍(lán)色 ) 是標(biāo)準(zhǔn)的掃描“清除/寫(xiě) 入”(Clr/Wr) 模式。經(jīng)過(guò)幾次掃描之 后，MaxHold 跡線相對(duì)穩(wěn)定，而 Clr/ Wr 跡線變化極大，這是因?yàn)樘l信 號(hào)會(huì)隨著時(shí)間不斷變化。在測(cè)量過(guò)程 中我們發(fā)現(xiàn)，左側(cè)顯示的另一條跡線 沒(méi)有按照此 ISM 頻段在非許可工作模 式下通常的要求進(jìn)行跳頻。當(dāng)固定頻 率信號(hào)與跳頻信號(hào)在頻域中最終發(fā)生 碰撞時(shí)，前者可能是后者的干擾源。MaxHold 顯示模式主要是在只需要間 歇信號(hào)最大幅度的時(shí)候使用。如果需 要觀察信號(hào)隨時(shí)間的變化，則可以使 用頻譜圖或串接顯示模式，對(duì)間歇信 號(hào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深入的分析。

頻譜圖測(cè)量顯示

當(dāng)使用 FieldFox 時(shí)，可在 Measure ( 測(cè) 量 ) 鍵下的 Interference Analysis ( 干 擾分析 ) 菜單中找到這些顯示模式， 圖 ３ 顯示了圖 ２ 中的跳頻信號(hào)的頻 譜圖。為了顯示此頻譜圖測(cè)量結(jié)果， 在頻譜圖上疊加了標(biāo)準(zhǔn)的 Clr/Wr 測(cè) 量跡線 ( 黃色 )。頻譜圖是可在同一個(gè) 顯示屏上查看頻率、時(shí)間和幅度的獨(dú) 特方法。它可顯示頻譜隨時(shí)間的變化 過(guò)程，其中色標(biāo)與信號(hào)幅度相對(duì)應(yīng)。

圖２. 在標(biāo)準(zhǔn)的 Clear/Write ( 藍(lán)色跡線 ) 和 MaxHold (黃色跡線 ) 模式中顯示的跳頻信號(hào)的測(cè)量結(jié) 果?？梢钥吹?，左側(cè)信號(hào)是靜止的。

圖 ３. 跳頻信號(hào)的頻譜圖，在頻譜圖上疊加了使用標(biāo)準(zhǔn) Clear/Write 模式 ( 黃色跡線 ) 進(jìn)行測(cè)量 掃描的結(jié)果。

在頻譜圖中，每條頻率跡線占用顯 示屏上的一條水平線 ( 高度為一個(gè)像 素 )。縱軸顯示持續(xù)時(shí)間，因此顯示 屏?xí)S著時(shí)間向上滾動(dòng)。在此圖中， 頻譜圖中的紅色表示信號(hào)幅度最高的 頻率內(nèi)容。

頻譜圖可以顯示干擾的計(jì)時(shí)，以及信 號(hào)帶寬如何隨時(shí)間進(jìn)行變化。用戶(hù)可 將時(shí)間游標(biāo)放置到頻譜圖上，以確定 信號(hào)的計(jì)時(shí)特征。圖 10 中的頻譜圖 顯示了類(lèi)似于隨機(jī)的跳頻載波頻率碼 型，并在左側(cè)顯示了幅度恒定不變的 固定載波。

零掃寬模式

另一種重要的間歇性信號(hào)顯示模式是 Zero Span ( 零掃寬 ) 模式。在此模式 下，頻譜分析儀的中心頻率調(diào)諧到固 定頻率，并像頻率調(diào)諧示波器一樣在 時(shí)域中進(jìn)行掃描。RBW 濾波器經(jīng)過(guò) 調(diào)整后擁有充足的帶寬，可捕獲盡可 能多的信號(hào)帶寬，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量 本底噪聲提升到難以接受的水平。幅 度觸發(fā)電平可設(shè)置為像示波器一樣在 掃描開(kāi)始時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。觸發(fā)功能位于 FieldFox 上的 Sweep ( 掃描 ) 鍵下。圖 ４ 顯示了對(duì)前面的跳頻信號(hào)進(jìn)行零 掃寬測(cè)量的結(jié)果。如圖所示，信號(hào)幅 度由跳頻載波移動(dòng)到分析儀中設(shè)置的 相同頻率時(shí)所用的時(shí)間決定。此顯示 界面提供了當(dāng)跳頻載波停留在這一個(gè) 頻率上時(shí)，脈沖持續(xù)時(shí)間的計(jì)時(shí)測(cè)量 結(jié)果。

串接顯示

與頻譜圖相似，串接顯示還提供了頻 譜測(cè)量結(jié)果的歷史記錄。串接顯示通 過(guò)三維彩色編碼顯示幅度電平隨頻率 和時(shí)間的變化記錄。時(shí)間級(jí)數(shù)沿著對(duì) 角線向上移動(dòng)到屏幕右側(cè)。圖 ５ 為 時(shí)變信號(hào)的典型串接顯示，最高幅度 電平以紅色顯示，最低幅度電平以藍(lán) 色顯示。FieldFox 將圖中所示的信號(hào) 捕獲到其存儲(chǔ)器中。它的跡線記錄和 回放能力能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān) 測(cè)和分析。分析儀可以連續(xù)記錄跡線， 跡線數(shù)量可以指定，也可使用用戶(hù)指 定的功率和頻率模板進(jìn)行觸發(fā)開(kāi)始進(jìn) 行記錄。

圖 ４. 在 FieldFox 上使用 Zero Span ( 零掃寬 ) 測(cè)量跳頻載波的結(jié)果

圖 ５. 時(shí)變信號(hào)的瀑布圖顯示

掃描采集

FieldFox 具 有“SwpAcquisition” 功 能，位于 SWEEP 鍵下。該功能主要 用于捕獲低占空比脈沖或間歇性信 號(hào)。在此模式下，F(xiàn)ieldFox 將連續(xù)采 集和處理數(shù)據(jù)，但不顯示跡線，使得每次掃描之間的間隔更小，增加了捕 獲脈沖和間歇性信號(hào)的機(jī)會(huì)。掃描采 集的數(shù)量可以在 1 至 5000 的范圍內(nèi) 進(jìn)行設(shè)置，數(shù)值越大，分析儀生成最終跡線數(shù)據(jù)所用的時(shí)間就越長(zhǎng)。這與掃描調(diào)諧頻譜分析儀的掃描時(shí)間控制方式類(lèi)似。由于 FieldFox 不是掃描調(diào) 諧分析儀，所以 SwpAcquistion 設(shè)置 可以增加每次步進(jìn)的駐留時(shí)間，增加捕獲間歇性信號(hào)的概率。通過(guò)設(shè)置恰 當(dāng)?shù)?RBW、衰減和接通前置放大器， 可以捕獲難以檢測(cè)的干擾信號(hào)。

調(diào)諧和偵聽(tīng)

FieldFox 的“調(diào)諧和偵聽(tīng)”功能可通 過(guò)解調(diào) AM、FM、窄帶和 FM 制式， 對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。解調(diào)的音頻可 以幫助用戶(hù)確定信號(hào)類(lèi)型和來(lái)源。

本應(yīng)用指南介紹了測(cè)試無(wú)線環(huán)境中的干擾所使用的測(cè)量技術(shù)和儀器要求。本文討論了各種干擾的分類(lèi)，其中包 括帶內(nèi)、同信道、帶外和相鄰信道干擾。本文還通過(guò)對(duì)各種無(wú)線信號(hào)進(jìn)行頻譜測(cè)量，展示了手持式頻譜分析儀 ( 例如 FieldFox) 在識(shí)別和定位無(wú)線干擾源方面的效能。