合并頻譜分析儀和示波器的時域測量

ITU-RSM.1754-0建議書1ITU-RSM.1754-0建議書*超寬帶發(fā)射的測量技術（2006年）范圍考慮到目前存在兩種普遍的測量方法（時域和頻域方法），因此本建議書確定適用于超寬帶發(fā)射測量的相應技術。國際電聯(lián)無線電通信全會，考慮到使用超寬帶（UWB）技術進行有意發(fā)射的設備可能涉及很大的頻率范圍；正在開發(fā)中的UWB技術設備的發(fā)射跨越諸多無線電通信業(yè)務劃分；UWB技術可以集成到多種無線應用中，例如短距離室內(nèi)和室外通信、雷達成像、醫(yī)療圖像、資產(chǎn)跟蹤、監(jiān)視、車載雷達和智能運輸；UWB的發(fā)射可能是一系列短時脈沖；UWB的發(fā)射可能會以類噪聲的形式出現(xiàn)，這將會增加測量的難度；UWB發(fā)射的測量與傳統(tǒng)的無線電系統(tǒng)測量不同；在任何輻射中，對功率頻譜密度進行適當?shù)臏y量和評估均是需要處理的關鍵問題，注意到ITU-RSM.1755建議書給出了UWB技術和設備的術語及定義；目前存在兩種普遍的測量方法，即時域和頻域方法，且兩種方法各具優(yōu)缺點，建議測量UWB發(fā)射時應考慮本建議書附件1中介紹的技術。* 無線電通信第1研究組于2018年根據(jù)ITU-R第1號決議對此建議書進行了編輯性修正。2 ITU-RSM.1754-0建議書附件1超寬帶發(fā)射的測量技術引言生成UWB信號存在多種數(shù)據(jù)調(diào)制和隨機化方案的不同技術。本附件介紹測量UWB傳輸和各類UWB信號的功率頻譜密度采用的頻域和時域測量技術。在此附件中，測量時使用的“發(fā)射”這一術語具有一般性含義，而非《無線電規(guī)則》第1條規(guī)定的含義。1.1 頻域與時域測量方法的對比與UWB發(fā)射相關的頻譜特性測量方法一般有兩種，且各具不同的優(yōu)缺點。一種方法涉及對 UWB信號的時間（時域）特性進行測量。因此要使用數(shù)字信號處理（例如，快速傅利葉變換（FFT））將測得的時間參數(shù)轉(zhuǎn)換為用頻率域表示的參數(shù)。UWB信號轉(zhuǎn)換為以適當頻域形式表示后，便可以確定其是否符合帶寬要求、發(fā)射限制和其它適用的規(guī)則。時間測量方法通常被稱作“全帶寬”測量，因為從理論上講，它提供了跨越整個帶寬的UWB信號特性。第二種方法涉及對頻域UWB頻譜特性的直接測量。這種名為“掃描頻譜測量”的方法，通常被稱為“有限帶寬”測量，因為大部分現(xiàn)有測試設備的帶寬能力均比UWB信號的全帶寬低很多。時間測量方法要求使用現(xiàn)代化的數(shù)字存貯示波器，該示波器應包含實時帶寬大于UWB較高頻率的高速數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并使用FFT處理來計算信號的頻譜。后處理軟件可以包括均方根（rms）平均功率等許多標準的射頻（RF）測量。掃描頻譜測量法要求使用頻譜分析儀、矢量信號分析儀或類似的測量設備，以便在頻率域中檢測UWB信號的特性。傳統(tǒng)測試設備的靈敏度無法檢測特殊頻帶內(nèi)電平極低的UWB信號。1.2 數(shù)據(jù)的正常測試信號此測試適用于有外部調(diào)制連接器的被測設備（

EUT）。應被用作

UWB發(fā)射測量

EUT輸入數(shù)據(jù)的測試數(shù)據(jù)應與實際操作中傳送的數(shù)據(jù)相似。對于UWB通信設備的測量，應使用控制信號和幀結構固定部分的實際數(shù)據(jù)模式。但偽隨機數(shù)據(jù)模式可用于信號的消息部分，因為可以假設消息部分為隨機序列的比特流。ITU-RSM.1754-0建議書31.3 通用UWB測量系統(tǒng)輻射型電磁發(fā)射的測量需要使用包括接收天線和測試接收機（例如，頻譜分析儀）的測量系統(tǒng)。涉及低電平信號的情況下，在天線與測試接收機之間可能需要有足夠帶寬的低噪聲放大器（LNA），以提高測量系統(tǒng)的有效靈敏度。1.4 測量環(huán)境在UWB設備發(fā)射電平低的情況下，宜在無回聲或半無回聲室進行測量。在無回聲室測出的結果應與半無回聲室中測出的結果互相關聯(lián)。這通常需要通過在半無回聲室或開放區(qū)域測試站點（OATS）調(diào)節(jié)出地網(wǎng)的效果來實現(xiàn)。對設備有效全向輻射功率（ ）的測量應與測試環(huán)境的類型無關。對于1000MHz以上的頻率，因為地面反射不大，所以不需要傳播修正因子。 1000MHz以下的輻射測量程序1當來自地網(wǎng)的反射無法消除時，可使用以下步驟：– 分段檢查UWB的發(fā)射，從而使各段中的反射、增益和損耗的變化都不大。– 對于桌上型尺寸的設備，應將其置于高度為 0.8米的非導電表面。– 通過常規(guī)設備旋轉(zhuǎn)和仰角調(diào)節(jié)達到最佳的發(fā)射接收效果。– 進行測量。– 考慮增益和損耗以及地網(wǎng)的因素。– 通過對方位角和仰角的充分測量，確保記錄下最大發(fā)射值。– 對感興趣的各頻率重復上述步驟。 1000MHz以上的輻射測量程序?qū)τ?000MHz以上的頻率，在半無回聲室內(nèi)，該設備與接收天線之間的地面經(jīng)過 RF吸收器處理后消除了地網(wǎng)的影響。如果地面處理得當，則對高度為 1至4米的搜索天線的掃描應顯示出該設備安裝位置高度附近的最大發(fā)射值。注意，在自由空間進行測量時，不要求將設備高度保持在0.8m?？梢詫⒃O備置于能最大限度地減少地面反射的任何高度。高度定向的接收天線能夠幫助降低地網(wǎng)反射的影響。該測量結果的記錄無需對地面反射進行修正。一家主管部門將960MHz當作測量檢波器的分界點，以保持與其發(fā)射屏蔽的一致性，該發(fā)射屏蔽定義的發(fā)射限制分界點正好與全球航空無線電導航頻帶的邊緣重合。4 ITU-RSM.1754-0建議書對于桌上型（尺寸）設備，可使用以下步驟：–將該設備放置于適當高度的不導電表面。–搜索天線和該設備之間的地面，應使用與被測頻率范圍相對應的射頻（RF）電能吸收材料進行處理。–改變搜索天線的高度，以驗證地面反射已被降至最低?？赡苄枰{(diào)整該設備的高度使來自地面的反射降至最低。搜索天線的主辨不應接收到地面反射。在整個測量過程中，搜索天線的高度應保持不變。–進行測量。–增益和損耗中的因素。在反射通道上添加吸收器消除了地網(wǎng)因素的影響。–通過對方位角和仰角的充分測量，確保記錄下最大發(fā)射值。對感興趣的各頻率重復上述步驟。1.5 地面穿透雷達設備和墻體成像雷達設備測量結果的變化來自地面穿透雷達（GPR）和墻體成像雷達（WIR）設備的相關發(fā)射，并不是直接來自天線的輻射。由于直接發(fā)射穿透了基底，并在基底中迅速衰減，因此不會有對無線電通信業(yè)務造成干擾的危險。相反，只有間接（即散射和/或泄漏）發(fā)射才與此相關。為測量這些發(fā)射，需要使用一種能夠?qū)⒅苯影l(fā)射與間接發(fā)射區(qū)別開的方法。下文介紹兩種可以實現(xiàn)這種隔離的方法。一種方法是將GPR/WIR直接放在至少50厘米深的沙床上。沙床的面積應足以裝下GPR/WIR換能器（天線）。然后在足夠多的半徑范圍和各種天線高階下進行測量，以確定最大的輻射發(fā)射電平。如果這種方法排除地網(wǎng)的使用，則應進一步根據(jù)地網(wǎng)因素對測量數(shù)據(jù)進行調(diào)整。另一種方法是將GPR設備放在高度為80厘米的不導電支撐物上，且發(fā)射機的方向向下。如果GPR發(fā)射中可能有500MHz以下的部分,則應在GPR正下方的地面放置一層鐵接氧體瓦片。高度不低于60厘米的金字塔或楔形的RF吸收器應放在GPR正下方。吸收器的有些部分可以反轉(zhuǎn)并放置在其它吸收器的上方，以形成堅實的吸收器塊。應注意不要將任何RF接收器放在該設備與搜索天線之間，因為這將阻礙射向非地面方向的能量從地網(wǎng)反射回來。在旋轉(zhuǎn)該設備時，不應對吸收器的放置產(chǎn)生干擾。這種方式可以避免在測量中考慮向下發(fā)射的能量?，F(xiàn)在便可以搜索間接發(fā)射的方位角和仰角了。1.6 被測設備的方向UWBEUT的方向應根據(jù)測量系統(tǒng)而定，以確保能夠接收到最大輻射信號。使用不導電轉(zhuǎn)臺或其它定位系統(tǒng)來系統(tǒng)性地搜索能在測量系統(tǒng)中提供最大響應的方向，可使方向確定工作變得更加容易。無論如何確定方向，都應考慮足夠數(shù)量的輻射半徑，以確定測量系統(tǒng)捕獲最大響應時的輻射半徑。ITU-RSM.1754-0建議書51.7 測量距離通常間隔距離為3米。有些時候，為保證遠場條件，無法在不進行放大的情況下和/或不得不在接收天線與UWB設備一米或更小的間距下測量UWB發(fā)射。1.8 測量天線測量天線通常對特定頻率范圍進行了優(yōu)化。在測量完整的UWB發(fā)射頻譜時，需要幾個測量天線，每個天線都針對一個明確頻率范圍進行了優(yōu)化。1.9 測量接收機和檢波器測量設備可能是下列設備之一：頻譜分析儀、電磁干擾（EMI）測試接收機、矢量信號分析儀或示波器。在下面各節(jié)，這些替代式設備均統(tǒng)稱為測量接收機。根據(jù)干擾接收機帶寬的不同， UWB發(fā)射會展現(xiàn)不同的特性。例如，如果接收機的帶寬大于脈沖重復頻率（ PRF），則由脈沖生成的 UWB發(fā)射可能會顯示為等幅波（ CW）線狀譜。如果接收帶寬小于 PRF，則相同的發(fā)射會類似噪聲。此外，如果使用了基帶調(diào)制技術（例如脈沖位置調(diào)制），則在基準帶寬內(nèi)的譜線可能會被“抹掉”，并產(chǎn)生類似噪聲的響應。對于線狀譜，準峰值或峰值頻譜密度尤為令人關注。類噪聲頻譜最好用平均功率頻譜密度定義。由于可能出現(xiàn)與接收機帶寬相關的變化，UWB頻譜測量需要使用幾臺信號檢波器。建議使用三臺信號檢波器來進行UWB發(fā)射測量。為測量1000MHz以下射頻頻譜的信號特性，建議使用CISPR-16-1-1中規(guī)定的準峰值檢波器。測量1000MHz以上頻譜的平均UWB輻射信號振幅，建議使用平均值檢波器。建議使用峰值檢波器來確定與1000MHz以上頻譜UWB發(fā)射相關的峰值功率。1.10 測量系統(tǒng)的靈敏度UWB設備的輻射發(fā)射通常很弱，無法克服常規(guī)頻譜分析儀產(chǎn)生的噪聲。例如，1GHz時，頻譜分析儀噪聲電平相當于–47dBm/MHz的密度，而26GHz時則相當于–25dBm/MHz。因此，有必要在測量天線的輸出端使用低噪聲放大器（LNA）來降低整個測量系統(tǒng)的有效噪聲值。測量系統(tǒng)靈敏度的上升使其特別容易受周圍環(huán)境信號的影響。如果測量環(huán)境中的信號很強，應在LNA前放置適當?shù)腞F濾波器，以便為阻止放大器過載進行必要的預選，同時允許信號在相關頻率范圍內(nèi)通過測量系統(tǒng)進行傳播。與此濾波器相關的插入損耗應為最小值，且在確定整個測量系統(tǒng)的靈敏度時亦應將其考慮在內(nèi)。6 ITU-RSM.1754-0建議書當分析儀的靈敏度不夠時，第 2.6段中描述的輻射測量是有效的可用方法之一。1.11 測試序列示例UWB設備的頻譜特性化應以 1MHz分辨帶寬（RBW）中已測峰值輻射測量結果開始，因為從這一測量得出的結果可能不再需要后續(xù)的準峰值或在某些頻率區(qū)獲取平均測量結果2。例如，如果通過這一峰值功率測量收集到的數(shù)據(jù)顯示，輻射發(fā)射電平等于或小于適用的準峰值和平均限制，則這一數(shù)據(jù)就已足夠。此結論的基礎是，準峰值和平均電平總是小于或等于峰值信號電平。在根據(jù)第2.1段測出–10dB的帶寬后，應將各頻率跨度內(nèi)觀測到的最大功率和相關的頻率與相關的限值進行比較。對于峰值發(fā)射超過相關準峰值和平均限值的情況，需要對后續(xù)的準峰值進行進一步的調(diào)查并進行平均測試。在這一測量中收集的數(shù)據(jù)應按照上文討論的內(nèi)容進行調(diào)整，以消除任何測量系統(tǒng)對已測峰值電平產(chǎn)生的影響。調(diào)整數(shù)據(jù)之后，將通過組合分段數(shù)據(jù)集，生成完整的頻譜包絡曲線。頻域測量這一方法涉及直接在頻域測量UWB頻譜特性。此方法常被稱為“有限帶寬”測量，因為大部分現(xiàn)有測試設備的帶寬能力都低于UWB信號的全帶寬。2.1 –10dB帶寬的確定用峰值檢波器在1MHz頻段測出的最大峰值頻率被設定為fM。峰值功率測量應使用分辨帶寬為1MHz且視頻帶寬為1MHz或更高的頻譜分析儀。該分析儀應設置為使用最大值鎖定跟蹤模式的峰值檢測狀態(tài)。峰值功率下降10dB的fM上下的1MHz頻段，被分別定義為fH和fL。對于最低頻率邊界fL，將從低于fM的頻率發(fā)射開始搜索，且根據(jù)檢測，該發(fā)射的峰值功率要大大低于fM功率以下，并不斷向fM逼近，直至峰值功率小于fM功率10dB為止。這10dB一頻段的頻率被記錄下來。這一程序?qū)⒃谧罡哳l率邊界fH中重復，搜索將始于高于fM的頻率，且根據(jù)檢測，該峰值功率大大低于fM功率以下。這一頻段的頻率被記錄下來。10dB兩個被記錄下來的頻率分別代表UWB發(fā)射的最高邊界fH和最低邊界fL，且–帶寬B10被定義為f–f10dBHL。–2 此峰值功率的測量不應與第 2.7段中描述的峰值功率頻譜密度測量混肴。ITU-RSM.1754-0建議書72.2 使用混響室的初步測量方法混響室（見CISPR16-1-4和IEC61000-4-21中有關其結構和操作的描述）可用于初步測量，以找出fM和UWB發(fā)射頻譜的近似形狀。此后，應在OATS、或該頻率的半無聲室或無聲室內(nèi)進行精確測量。混響室最好使用模調(diào)諧操作。頻譜分析儀被設置為頻率掃描模式和峰值檢波器狀態(tài)。掃描儀的掃描時間和RBW設置值與第2.1段中規(guī)定的值一致。2.3 國際無線電干擾特別委員會（ CISPR）的準峰值測量準峰值的測量使用擁有符合 CISPR16-1-1要求的RBW準峰值檢波器。2.4 使用頻譜分析儀進行平均功率測量UWB發(fā)射的平均功率頻譜密度（PSD）是以理想高斯帶寬為基準的平均功率。為確保測量的速度、準確性和可重復性，PSD應使用有平均值檢波器和與基準帶寬相等的RBW掃描技術直接測量。請注意，大部分現(xiàn)代化的頻譜分析儀與理想高斯濾波器的特性3極為相似。r.m.s.平均PSD通常以dBm/MHz（即1MHz帶寬）表示。2.4.1平均等效全向輻射功率（e.i.r.p.）頻譜密度UWB平均等效全向輻射功率（e.i.r.p.）頻譜密度是為天線以及與全向天線相關的特定方向天線增益提供的、功率頻譜密度的產(chǎn)物。根據(jù)本建議書第2.4.2、2.4.3和2.4.4段規(guī)定的程序進行測量，它應是UWB設備任何頻率、任一方向上的最強信號。 使用檢波器的平均測量此程序僅適用于有平均值檢波器的頻譜分析儀。平均值測量的測量設置與上文中對EUT方向和測量系統(tǒng)的描述相同。測量設置– 將頻譜分析儀的RBW設置為1MHz。– 至少將視頻帶寬（VBW）設置為1MHz（最好使用3MHz的VBW）4。– 設置頻率跨度，以便在便于檢查的頻段范圍內(nèi)（例如 600MHz）檢查頻譜。– 將檢波器設為。– 設置跨度時間，使各測量倉的集成時間段不超過 1毫秒。3 通常結果與使用理想高斯濾波器獲得的結果之間的誤差小于 0.3dB。4 由于大部分頻譜分析儀的VBW濾波以對數(shù)功率定標，而非以線性功率定標，因此需要有這一要求。8 ITU-RSM.1754-0建議書詳細程序許多頻譜分析儀使用的缺省值為每次掃描大約600倉（bin）左右。在此假設的基礎上，600毫秒的掃描時間為各測量倉提供了所需的1毫秒集成時間。在多種現(xiàn)代化的分析儀中都可以指定測量倉的數(shù)量，這為掃描時間與測量倉的數(shù)量組合提供了多種其它可能性，而這些組合也能滿足最長集成時間為 1毫秒的集成要求。平均功率頻譜密度是在1MHzRBW的1毫秒集成時間段內(nèi)檢測到的最大集成功率。對各頻段，應根據(jù)測量環(huán)境（第1.4段）中的描述，對觀測到的最大信號振幅進行調(diào)整，以消除測量值中的所有測量系統(tǒng)影響和／或環(huán)境信號因素。然后，將得出的數(shù)值與適用的限值進行比較。 使用零跨度的平均測量當頻譜分析儀未裝備檢波器時，平均值通過下述零跨度測量獲得。測量設置– 將頻譜分析儀的RBW設置為1MHz。– 至少將VBW設置為1MHz（最好使用3MHz的VBW）– 將頻率跨度設置為零跨度。– 將檢波器設置為抽樣。– 將掃描時間設置為1毫秒。– 進行一次掃描。詳細程序應對每個1MHz的頻段進行測量。各RBW的平均值可通過下述等效方法獲得：從分析儀中提取所有數(shù)據(jù)點。使用下述公式確定 平均值：1nPSD10log1010ni1

P(i)10(1)其中：PSD: 平均功率頻譜密度（dBm/MHz）掃描中數(shù)據(jù)點的數(shù)量P(i): 1MHz數(shù)據(jù)點i（dBm）處的頻譜分析儀功率讀數(shù)。 使用功率集成的平均測量此程序僅適用于測量使用抽樣檢波器的頻譜分析儀類噪聲發(fā)射。使用帶 檢波器的頻譜分析儀指南，請參見第 段。測量設置– 將頻譜分析儀的RBW設置為10kHz。– 將VBW設置為分辨帶寬的三倍或 30kHz。ITU-RSM.1754-0建議書9– 將頻率跨度設置為1MHz。– 將顯示設置為功率（dBm）。– 將檢波器設置為抽樣。– 將掃描時間設置為相關函數(shù)。– 進行一次掃描。詳細程序?qū)⒚總€1MHz頻段的數(shù)據(jù)點從分析儀中取出。在將數(shù)據(jù)從對數(shù)形式的功率轉(zhuǎn)換成線性形式的功率后，找出1MHz頻段的平均值。調(diào)整的平均值，以納入頻譜分析儀的噪音功率帶寬。此數(shù)值現(xiàn)已用圖形表示，頻段的中心頻率為X軸，頻段的功率頻譜密度值為Y軸。分析儀的中心頻率按1MHz的步長，在相關的頻率范圍內(nèi)遞增，且各頻段的值均可畫在圖中。從儀器中重新獲取顯示點后，使用下述公式進行后處理：1nP(i)n1010i1(2)P10log10SpRBWk其中：表示此跨度內(nèi)的平均功率（dBm）Sp: 跨度（MHz）該跨度內(nèi)數(shù)據(jù)點的數(shù)量P(i): 數(shù)據(jù)點i處頻譜分析儀上的功率讀數(shù)（ dBm）設備制造商提供的、將RBW修正為等效噪聲帶寬的因子PSD: P/Sp（dBm/MHz）。2.5 使用低噪聲放大器對低電平發(fā)射進行測量檢測低電平UWB發(fā)射的測試程序，是與UWB測量設備相關的最大挑戰(zhàn)。測量的難點在于，需要使用1MHz的RBW進行測量，而發(fā)射電平的限制卻很低。需要對測量系統(tǒng)進行修改，以優(yōu)化系統(tǒng)的靈敏度，從而為測量提供方便。利用每階為1dB的相關噪聲系數(shù)，可以獲得倍頻帶寬（例如， 1-2GHz）LNA。通過插入此類放大器，提高了測量系統(tǒng)的有效靈敏度。有可能需要在 LNA前插入一臺用于保護目地的預選濾波器；但相關的插入損耗降低了測量系統(tǒng)的整體靈敏度。10 ITU-RSM.1754-0建議書2.6 低電平發(fā)射的輻射測量輻射測量（近噪聲修正）方法可用于在頻譜分析儀的底噪之下進行準確的測量。輻射測量技術可以測量EUT打開和關閉時的功率。從前者中減去后者，便可得到。 輻射計的配置如圖1所示，輻射計中包括一臺LNA和一臺頻譜分析儀（SA）。EUT通常安置在距測量天線（MA）3米遠處，并在測量室內(nèi)進行遠程操作。為防止LNA的飽和，在MA和LNA之間插入了帶通濾波器（BPF）。EUT、MA、BPF和LNA被放置在無回聲室內(nèi)，且SA放置于測量室中。SA和LNA將使用低損耗同軸電纜連接。圖1輻射計示例 測量的原則與說明輻射計在測量時間TM內(nèi)測量BPF的輸出信號功率。測量結果被轉(zhuǎn)換為以接口點為基準的功率。此值的隨機分布基本與高斯值相同。若此分布的平均值為R，則標準偏差可通過下述公式算出：0.815R(3)RBWTM因此，可得出一秒種內(nèi)的測量誤差容限為0.1%。所以，可以使用圖1所示的輻射計對功率進行高精度測量。對于測量帶寬，假設EUT輻射的信號與熱噪聲無關。此外，假設噪聲是一個很弱的靜態(tài)隨機進程。因此，可以在EUT打開和關閉時，通過減去流經(jīng)EUT接口點的功率，準確地測量EUT輻射功率。 測試程序首先，在EUT不工作的狀態(tài)下，測量接口點在 TM0測量時段內(nèi)的功率P0(f)（dBm）。ITU-RSM.1754-0建議書11接口點處的P(f)（dBm）與功率P0(f)之間的關系可通過下述公式計算：d(4)Pe.i.r.p.(f)11.8KA(f)20log103P0(f)其中：SA掃描的中心頻率EUT與MA孔之間的距離（米）KA(f): 天線因子和MA連接損耗的總值。通過公式（4），P0(f)被轉(zhuǎn)換為，其中線性功率值為 0。下一步，在 EUT工作的狀態(tài)下，測量接口點在 TM1測量時段內(nèi)的功率 P1，且功率P11）的測量使用相同的程序。EUT的計算方式為（1–0）。使用此方法進行EUT的測量，所產(chǎn)生相對誤差的標準偏差，可用下述公式計算：0.815RBW0.5PT0.5PT0.5(5)e1M1e0M0Pe1Pe0 1-2GHz頻帶示例在此示例中，使用雙脊波導喇叭天線（ DRGHA）作為測量天線。輻射計的一個接口點是LNA輸入。表1中列出了接口點處輻射計組件的有效噪聲溫度。在此表中，輻射計的噪聲溫度T在接口點為385K。當RBW為1MH時，噪聲功率k?T?RBW為–112.7dBm/MHz，其中k為玻爾茲曼常數(shù)。因此當EUT關閉時，接口點的PSDP0(f)為–112.7dBm/MHz。P0(f)不受天線與EUT之間距離改變的影響。使用公式（4），當d=3米時，等效為–74.7dBm/MHz，且KA(1GHz)=26.2dB。表11-2GHz輻射計組件有效噪聲溫度示例（已轉(zhuǎn)換為LNA輸入）條目噪聲溫度注釋DRGHA+BPF290KKA26.2dBLNA75K1-2GHz,NF1dB,40dB的增益10米電纜約為0K2.5dB損耗SA20KNF26dB表2所示為在EUT的為70dBm/MHz和–75dBm/MHz時，用公式(5)算出的相對誤差標準偏差。12 ITU-RSM.1754-0建議書表2輻射計測量相對誤差的標準偏差EUT的e.i.r.p.測量時段TM1=0.001秒,TM0=0.1秒–70dBm/MHz0.15dB–75dBm/MHz0.24dB 22-24GHz頻帶示例在此示例中，孔徑為0.028米0.056米的標準增益喇叭天線（SGHA）被用作MA。為降低耦合損耗，SGHA、BPF和LNA應直接連接。輻射計的接口點之一是 LNA輸入。表3中列出了接口點處輻射計組件的有效噪聲溫度。通過這些數(shù)值，可計算出接口點輻射計的噪聲溫度 Tsys為814K。當RBW為1MH時，噪聲功率k?T?RBW為–109.5dBm。因此當EUT關閉時，接口點的PSDP0(f)為–109.5dBm。P0(f)不受SGHA與EUT之間距離改變的影響。KA(f)與SGHA天線因子和BPF損耗的總值相等。通過公式(4)轉(zhuǎn)化成的輻射計底噪值在d=3米時為–58.9dBm/MHz，且KA(24GHz)=38.8dB。表322-24GHz輻射計組件有效噪聲溫度示例（已轉(zhuǎn)換為LNA輸入）條目噪聲溫度注釋SGHA+BPF290KKA38.8dBLNA159K18-26GHz,NF1.9dB,35dB的增益SA365KNF36dBTsys814K輻射計的系統(tǒng)溫度表4所示為在距EUT3米處測出的相對誤差標準偏差，此時EUT的e.i.r.p.為–60dBm/MHz和–65dBm/MHz。作為可選方案，表5所示為在距EUT1米處測出的相對誤差標準偏差，此時EUT的e.i.r.p.為–70dBm/MHz和–75dBm/MHz。表4使用22-24GHz頻帶輻射計測出的3米間隔相對誤差的標準偏差EUT的（d=3米）測量時段TM1=0.001秒,TM0=0.1秒–60dBm/MHz0.26dB–65dBm/MHz0.57dBITU-RSM.1754-0建議書13表5使用22-24GHz頻帶輻射計在距EUT1米處測出的相對誤差標準偏差EUT的e.i.r.p.測量時段TM1=0.001秒,TM0=0.1秒（d=1米）–70dBm/MHz0.28dB–75dBm/MHz0.63dB2.7 峰值功率頻譜密度的測量UWB發(fā)射的峰值PSD是帶寬為50MHz的高斯濾波器的峰值功率。測量使用峰值檢波器和最大鎖定功能。在最先進的頻譜分析儀中， 3MHz或更小的分辨帶寬與理想高斯濾波器的特性非常近似。（其測量結果與理想高斯濾波器的測量結果相比，誤差小于1dB）。如果使用頻譜分析儀進行峰值測量，由于視頻帶寬和線性相位的限制，一般不可能使用大于3MHz的RBW。 使用頻譜分析儀進行峰值功率頻譜密度測量其它分辨帶寬峰值限制的定標可以通過公式(6)將峰值PSD限制定標于一個不同的帶寬。但應當注意，使用此方法將BW=50MHz中的峰值PSD限制調(diào)為更窄的帶寬可能需要相應的補償，因為此公式給出的是PSD限制的保守定標（用于脈沖信號）。LimitRBW=LimitBW+20log10(RBW/BW)(6)UWB信號在使用接收機帶通轉(zhuǎn)換函數(shù)進行更改后，根據(jù)時間特性和接收機的帶寬不同，可能會表現(xiàn)為脈沖、類噪聲、正弦曲線或三種情況兼而有之的狀態(tài)。實際關系在10log10和20log10的范圍之內(nèi)，其解釋如下：由于振動的相位取決于脈沖的時間源，因此相鄰高頻脈動的脈沖可能不同步。這會導致重疊脈沖的信號部分產(chǎn)生有益和有害疊加，從而顯示出高斯噪音的跡象。當 UWB信號在通過接收機時表現(xiàn)為脈沖形式時，這一方法是準確的。如果RBW大于EUT的PRF，則脈沖不會重疊，因此在通過接收機后信號表現(xiàn)出脈沖的特性。當測量在小于EUT的PRF的RBW中進行時，將會出現(xiàn)重疊的脈沖，而且在通過接收機帶寬時，信號將是連續(xù)（振幅與時間的隨機分布）而非脈沖式的?；鶞蕩捴械膶嶋H峰值功率，將是上述微妙的脈沖間計時因子的函數(shù)。這些情況下，兩帶寬間的20log10關系是一種過高估計。時間特性可能是簡單的PRF，它可以通過信號的自動關聯(lián)分析來確定。UWB信號中任何重復部分的強度和時間間隔都會以自動關聯(lián)曲線圖中的峰值形式出現(xiàn)。14 ITU-RSM.1754-0建議書當RBW小于全信號帶寬時，對使用正交頻分復用（OFDM）生成的UWB信號，數(shù)據(jù)（調(diào)制）內(nèi)容和傳輸控制（RF開關）可確定已篩選信號的特性。信號多成份相位的精確調(diào)整可確定瞬變響應。在有些情況下，可通過專門的調(diào)制設計來制造出高斯噪聲現(xiàn)象。如果信號表現(xiàn)為“脈沖”，則帶寬間20log10的定標因子是準確的。這意味著存在重復性的時間元素，且重復期大于1/RBW（RBW大于PRF）。使用3MHzRBW的測量設置示例– 將頻譜分析儀的RBW設置為3MHz。–至少將VBW設置為等于RBW（建議使用3倍于RBW的VBW，或電路外視頻濾波器）。– 設置頻率掃描，以便在便于檢查的頻段范圍內(nèi)檢查頻譜（通常為幾 GHz）。– 將檢波器設置為峰值。– 開啟最大值鎖定功能。– 將掃描時間設置為自動耦合。使用3MHzRBW的詳細程序示例在觀測到的振幅穩(wěn)定下來之前使用多個掃描（啟動最大值鎖定）。測量以最大UWB發(fā)射頻率fM為中心。當測量使用3MHz的RBW而非50MHz的RBW時，使用下述公式定標限值：Limit3MHz=Limit50MHz+20log10(3MHz/50MHz)=Limit50MHz–24.4dB(7) 使用頻譜分析儀進行峰值功率頻譜密度測量（替代式方法）當已知公式(6)過高估計了峰值功率時，可以考慮替代定標法規(guī)。當信號表現(xiàn)為類噪聲時，進行下述測試：– 將頻譜分析儀的RBW設置為3MHz。–至少將VBW設置為等于RBW（建議使用3倍于RBW的VBW，或電路外視頻濾波器）。– 將中心頻率設置為fM并將頻率掃描設置為零。– 將檢波器設置為抽樣。– 將顯示器設置為互補累加分配函數(shù)（ CCDF）模式。如果測得的CCDF與從1%至99%的瑞利分布獲得的CCDF之間的誤差在±2dB之內(nèi)，則認為信號為類噪聲信號，并使用第段中描述的測量技術，但亦適用替代標定法則的公式(8)：LimitRBW=LimitBW+10log10(RBW/BW)(8)2.8 譜線測量確定任何存在的頻線中最大 平均功率的測量設置與以前的 平均功率測試所用設置相似。選擇平均值檢波器，并將掃描時間與測量倉數(shù)量設置為提供 1毫秒的集成時ITU-RSM.1754-0建議書15間。在此測試中，可將RBW降低至最低的1kHz（建議為30kHz），以提高各個譜線的分辨率。如果可能，應保持VBW/RBW3。2.9 測量結果可以通過下述公式獲得 值：e.i.r.p.(f)=P(f)+G(f)(9)其中：

頻率f

處的（dBm）P(f):

在頻率f

和天線終端（采用

50

電阻）測出的功率（

dBm）G(f):

在頻率f

上測出的、某一給定方向的天線增益（

dBi）。時域測量3.1 UWB信號的時域測量通過對從寬帶數(shù)字示波器獲得的時域抽樣數(shù)據(jù)實施用不同的檢波器檢測不同帶寬來計算頻譜，其中包括50MHz高斯帶寬的峰值功率。

FFT處理，可獲得UWB頻譜?？梢允?MHz高斯帶寬的平均功率和可實時測量UWB信號的示波器隨時可用。典型的示波器規(guī)格如下：– 最大頻率：12GHz（–3dB模擬BW）。– 抽樣頻率：40GS/秒。– 最大和最小垂直范圍：1V/div和1mV/div。–800mV全標定的噪聲：2.7mVrms。為確定時間測量的性能，首先有必要確定時域波形的峰值電壓。必須確保顯示完整的波形。測量周期性波形時，抽樣示波器可以提供更好的性能?，F(xiàn)代化抽樣示波器的典型規(guī)格如下：– 最大頻率：50GHz。– 最大輸入電平： 1Vp-p（峰值與峰值之間）。– 噪聲電平：1.8mVrms。3.2 使用抽樣示波器進行抖動差錯估算如果EUT有一個觸發(fā)輸出終端，則可以使用抽樣示波器測量EUT的周期性波形輸出。當周期性波形具有低信噪比（S/N）時，可以使用抽樣示波器中安裝的平均值函數(shù)來提高S/N。但是，由于觸發(fā)信號的抖動，觀測到的波形為低通濾波波形。16 ITU-RSM.1754-0建議書由于觀測到的波形的峰值是抖動概率密度函數(shù)與EUT波形輸入之間的卷積，因此該波形發(fā)生了衰減。對于高斯抖動為σ秒的觸發(fā)信號，會通過0.13/σHz截止頻率（3dB）的高斯LPF對觀測到的波形進行低通濾波。3.3 時域數(shù)據(jù)的后處理有必要對時域數(shù)據(jù)進行后處理。后處理軟件中可以包括許多標準 RF測量。 復合天線因子當天線收到頻率f的極化波時，復合天線因子（ CAF）Fc(f)的定義為：Fc(f)E(f)(10)V0(f)其中E(f)是天線元件中某特定點的復合電磁場強度，且V0是匹配阻抗為Z0的天線終端(f)的復合匹配電壓，如圖2所示。為重建電磁場波形，CAF中包括相位信息。應測量各個天線的CAF。圖2CAF的定義 通過測得的時域數(shù)據(jù)重建電磁場圖3所示為測量EUT輻射出的電磁場波形所用儀器的示例。通過示波器觀測到的波形vm(t)，是測量設備從天線輸出到示波器輸出的脈沖響應與天線輸出信號va(t)的卷積?？梢栽谶h場發(fā)射天線與接收天線之間的任意距離將電場強度轉(zhuǎn)換成。圖3波形測量儀ITU-RSM.1754-0建議書17圖4所示為圖3中的波形測量儀的等效電路。 S表示預放大器和電纜的 S矩陣，SS是示波器的S矩陣。a和s分別是接收天線和示波器輸入端口的反射系數(shù)。假設預放大器的S12為零（從預放大器輸出端口到輸入端口的S參數(shù)）。示波器的S參數(shù)－S22S和S12S亦可以假設為零，因為Vm并不是真正的信號，而是通過示波器進行了數(shù)字變換的數(shù)值型數(shù)據(jù)。圖4波形測量儀的等效電路在上述條件下的等效電路 S參數(shù)的分析和頻域電場E(f)可以表示為：E(f)(1S11a)(1S22S11S)Fc(f)[vm(t)]S21S21SFc(f) [vm(t)]K其中表示傅利葉變換。電場波形的重建是通過對公式(11)進行反傅利葉變換（1）：E(t)1Fc(f)[vm(t)]K

(11)(12) 任意分辨帶寬的頻譜分析任意RBW的等效峰值功率可通過下述方法計算。 BPF輸出點的波形可以通過下述公式計算：Ef(t)1Fc(f)G(f)(13)[vm(t)]K其中G(f)是高斯濾波器函數(shù)（例如， 50MHz的3dB帶寬）。用電場表示的值PEIRP(t)：PEIRP(t)Ef(t)r2(14)30峰值功率頻譜密度Pp(50MHz)，可以通過峰值PEIRP(t)獲得。 時域峰值功率測量示例本段描述了一個電場測量的示例。所用設備包括一臺UWB脈沖發(fā)生器、天線、電纜和一臺抽樣頭為20GHz的數(shù)字抽樣示波器，如圖5所示。使用圖6所示的示波器對UWB脈沖發(fā)生器的輸出波形進行測量。18 ITU-RSM.1754-0建議書圖5測量的設置圖6脈沖發(fā)生器的輸出波形發(fā)射天線與接收天線之間的距離為3米，且天線的高度為1.5米。發(fā)生器的PRF為500kHz。測量在6×5×2.5米的局內(nèi)進行。示波器顯示的波形如圖 7所示。圖7示波器顯示的波形ITU-RSM.1754-0建議書19使用圖8所示的接收天線輸出，利用公式 (12)重建接收點的電場波形。圖8重建的電場波形作為中心頻率設置為5.8GHz的示例，圖9展示了通過公式(13)算出的50MHz帶寬的BPF輸出波形。圖95.8GHz情況下50MHz的BPF的輸出波形圖9中的峰值為0.01683V/m。通過公式(14)計算出的峰值功率