【導(dǎo)讀】在混頻過程中，混頻器在其輸出端上產(chǎn)生的并不只是所期望的信號(hào)。位于輸入和 LO 頻率之整數(shù)倍上的其他無用信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)在混頻器的所有端口上。這些寄生信號(hào)接著又相互混頻并離開混頻器的輸出端口而進(jìn)入信號(hào)鏈路的其余部分。
在混頻過程中，混頻器在其輸出端上產(chǎn)生的并不只是所期望的信號(hào)。位于輸入和 LO 頻率之整數(shù)倍上的其他無用信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)在混頻器的所有端口上。這些寄生信號(hào)接著又相互混頻并離開混頻器的輸出端口而進(jìn)入信號(hào)鏈路的其余部分。此類不希望有的輸出信號(hào)被稱為 “雜散脈沖”。假如這些雜散脈沖的功率足夠高，那就會(huì)在射頻設(shè)計(jì)中引發(fā)很多問題，例如：發(fā)送器中相鄰?fù)ǖ赖奈廴尽⒔邮掌髦械撵`敏度損失、或期望信號(hào)自身的失真。視系統(tǒng)要求的不同，有多種處理此類問題信號(hào)的方法。謹(jǐn)慎的頻率規(guī)劃和濾波雖然能夠有助于大幅度減少雜散脈沖的數(shù)量，但是它們總是會(huì)有。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必需在混頻器輸出端上準(zhǔn)確地測量雜散電平，以確定怎樣用最佳的方式應(yīng)對(duì)它們，這一點(diǎn)是很重要。
測量混頻器雜散并不是簡單的事。常常有可能盲目地相信某個(gè) “測得的” 信號(hào)來自于有關(guān)的混頻器，但實(shí)際上它卻是某種不當(dāng)測試設(shè)置的人為產(chǎn)物。幸運(yùn)的是，有一些用于緩解這些測試問題并確保觀察到的測量信號(hào)僅來自于混頻器的方法。圖 1 示出了用于測量混頻器雜散分量的正確測試設(shè)置。帶通濾波器以及衰減器對(duì)于盡量減少測試設(shè)置對(duì)在頻譜分析儀上測量之雜散脈沖的影響是至關(guān)重要。
圖 1：用于測量混頻器雜散脈沖的正確測試設(shè)置
在過度驅(qū)動(dòng)時(shí)，頻譜分析儀會(huì)產(chǎn)生顯著的內(nèi)部失真分量。當(dāng)施加過大的功率時(shí)，內(nèi)部接收器鏈路會(huì)進(jìn)入壓縮狀態(tài)，導(dǎo)致所有的非線性雜散分量以一種加速速率 (相對(duì)于主輸入信號(hào)) 成長，從而人為地增加雜散功率的測量值。頻譜分析儀通常設(shè)計(jì)為在其輸入端上具有約 -30dBm 至 -40dBm 功率電平時(shí)達(dá)到最佳運(yùn)作狀態(tài)。為了滿足該功率電平，應(yīng)采用內(nèi)部衰減、外部衰減、或此二者的組合來限制提供給儀器的功率。一項(xiàng)旨在檢查雜散測量是否正確的測試是增加頻譜分析儀之內(nèi)部衰減設(shè)置，并注意雜散脈沖之功率電平的任何變化。如果雜散脈沖的電平變化幅度大于約 0.5dB，則頻譜分析儀很有可能處于過驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，因而給出的雜散電平讀數(shù)高于實(shí)際存在值。輸入衰減的一個(gè)良好起點(diǎn)約為 20dB 至 30dB 總值、內(nèi)部和 / 或外部。圖 2~5 示出了在不斷增加頻譜分析儀之輸入衰減量的情況下測量的連續(xù)波 (CW) 音調(diào)。隨著衰減電平的增加，實(shí)測的功率電平下降，表示儀器原先處于過驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。
圖 2：0dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調(diào)的三次諧波
圖 3：10dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調(diào)的三次諧波
圖 4：20dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBmCW 70MHz 音調(diào)的三次諧波
圖 5：30dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè)0dBm CW 70MHz 音調(diào)的三次諧波
在看到對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行過驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不正確的雜散測量結(jié)果之后，您也許決定簡單地用低功率電平驅(qū)動(dòng)該儀器以完全避免上述問題。如果 30dB 的衰減是合適的，那么 100dB 的衰減一定更好。要知道，當(dāng)內(nèi)部衰減器變更時(shí)，頻譜分析儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。令人遺憾的是，如果您希望查看所關(guān)注的雜散脈沖，那么這是不可行的。對(duì)于所使用的每個(gè) dB 的輸入衰減 (內(nèi)部或外部衰減，情況是相同的)，儀器的噪聲層上升 1dB，從而縮減了儀器的動(dòng)態(tài)范圍，這有可能隱藏一些您恰好正在試圖測量的雜散脈沖。請(qǐng)注意：噪聲層較高，因此在圖 5 中是很明顯的 (相比于圖 2~4)，盡管標(biāo)度是完全相同的。而且，較高次雜散分量的功率變化與期望的輸出信號(hào)并不呈線性關(guān)系。相反，它們改變功率的幅度是輸入功率變化幅度的倍數(shù)。二次分量 (2*IN x 1*LO，2*IN x 2*LO，2*IN x 3*LO，等等) 將改變2dB/dB，三次分量 (3*IN x 1*LO，3*IN x 2*LO，3*IN x 3*LO ... 等等) 將改變 3dB/dB，依此類推。例如，倘若把輸入信號(hào)功率減少 2dB，則在 5*IN x 2*LO 的雜散電平將降低 10dB，而在 2*IN x 1*LO 的雜散電平則將減低 4dB。因此，把過低的信號(hào)功率電平置入頻譜分析儀無非是迫使您試圖測量的所有低功率雜散脈沖進(jìn)入儀器的噪聲層。
錯(cuò)誤雜散測量的另一個(gè)常見來源是缺少輸入信號(hào)濾波。對(duì)于雜散電平的準(zhǔn)確測量而言，使用針對(duì)輸入信號(hào)的濾波器以衰減任何信號(hào)發(fā)生器諧波分量是至關(guān)緊要的。即使是實(shí)驗(yàn)室品質(zhì)的信號(hào)發(fā)生器也將只擁有 -25dBc 至 -50dBc 的諧波抑制水平。凌力爾特混頻器輸出端上的一些雜散電平將低于 -70dBc，所以使用不帶濾波器的信號(hào)發(fā)生器還不夠好。為此，應(yīng)采用諧波抑制水平至少為 30dB 至 50dB 的濾波器。圖 6 示出了由 Keysight E8257C 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的一個(gè) 100MHz CW 音調(diào)的輸出頻譜。請(qǐng)注意基波信號(hào)之諧波的功率電平。這些諧波相對(duì)水平應(yīng)當(dāng)在各種不同的主音調(diào)功率電平條件下保持一致。
圖 6：由 Keysight E8257C 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的一個(gè)100MHz CW 音調(diào)的諧波雜散脈沖
假如您懷疑輸入信號(hào)或許將導(dǎo)致雜散脈沖高于預(yù)期，那么最好檢查一下雜散脈沖相對(duì)于輸入信號(hào)電平的運(yùn)行狀況。如果雜散脈沖是較高次諧波，而且未對(duì)信號(hào)電平以合適斜率 (2dB/dB，3dB/dB ... 等等) 發(fā)生的變化做出響應(yīng)，則很有可能的情況是輸入信號(hào)源不夠干凈。
如圖所示，測量混頻器雜散分量并非總是簡單的，但是，通過測試設(shè)置的一些小幅調(diào)整便可容易地獲得更好的結(jié)果。設(shè)定輸入衰減器并針對(duì)信號(hào)源采用正確的濾波方法將提供準(zhǔn)確度高得多和可重復(fù)的測量。
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