摘要：无线收发台站、通信基站的施工，日常维护，天线和馈线匹配测试、故障排除等方面的是非常关键的。天馈线测试仪在这一方面，发挥了很大的作用。实际的工程施工日常维护中，由于邻近馈线的耦合，邻近天线的信号功率耦合，环境中的干扰电磁信号耦合等，会对天馈线的测试产生很大的影响。经过我们在天馈线产品长期研究，提出了一种简便、有效、低成本的提高天馈线干扰性能方法。在实际应用中，对比相关产品测试结果，达到了同等测试效果，有效解决了天馈线抗干扰的问题，并实际应用得到了很好效果。
关键词：天馈线；天馈线测试仪；提高抗干扰；中频变化；中频处理.
0 引言
随着无线通信技术的不断发展，无线基站、收发台站的建设及日常维护显得越来越重要，也面临着更加复杂的电磁环境。日常维护中，复杂的电磁环境对天馈线的准确测试带来一定挑战。我们在短波超短波天馈线测试仪研究和开发领域有长期的经验积累，同时在天馈线仪器的抗干扰方面，经过长期研究，产品改进，现场应用，总结了一套简便、有效地提高天馈线在现场应用的抗干扰能力的设计方案。本文将重点介绍，天馈线测试仪，在设计上如何达到现场应用的抗干扰需求。
1 天馈线测试现场测试干扰源。
现场天馈线测试现场应用中，天馈线的干扰源多种多样，主要干扰源有：干扰线路（馈线）对附近的周围线路（馈线）产生电磁耦合而形成干扰[1]；通过天线，耦合邻近处于发射状态的天线发出的干扰信号；通过天线，耦合大气中的其它电磁干扰信号；仪器测试信号谐波的干扰。
图 1 干扰源
这些干扰信号，对天馈线的驻波比、故障点判断有会产生非常大影响。尤其是邻近的天线之间信号耦合，会对测试结果产生非常大的影响。在实际产品的开发中，如果对天馈线测试仪没有做任何处理，实验室测试单纯的适配负载，RF馈线，没有任何问题。但是当该天馈线产品，拿到野外收发信台对被测天馈线进行测试，测试的结果偏差严重，不可接受；对馈线测试，判断不准确。
2 提高天馈线测试仪抗干扰的措施
天馈线测试仪的主要原理是，通过测量测试信号及测试信号在被测天馈线网络中反射信号的幅度比及相位差。计算出天馈线网络的电压发射率，计算出驻波比。图2展示了最基本天馈线测试仪的原理，该方案对外界干扰没有任何抑制作用，在实际现场应用价值。
图 2 天馈线测试仪的基本原理及无抗干扰能力天馈线方案
通过大量的现场应用及长期的产品研究分析，提高天馈线测试仪，现场应用的抗干扰能力，我们总结以下几点：
1、控制测试信号的谐波幅度。要求测试信号的二次谐波幅度至少要比及测试信号低于-20dB左右，否则会严重影响测试信号相位差检测。
2、提高测试仪器的测试信号的发射功率，通过自身的测试信号功率提高，掩盖噪声信号。
3、通过混频，将被测频率降低到频率更低的中频信号。
4、通过硬件窄带滤波的方法，滤除测试频点之外的信号干扰。或者通过对中频信号进行ADC采集，进行数字滤波，功率比计算，相位差计算。
5、测试前对仪器进行有效的仪器校准。。
以下将根据我们在天馈线产品开发中积累的经验，讨论如何在电路设计、软件设计等方面提高天馈线抗扰的方法。
3 信号源设计
天馈线产品，在信号源设计方面要求具有：
1、信号源要具有快速扫频、变频，提高测试速度。
2、信号源必须功率达到一定值，否则无法测试信号会被干扰信号掩盖。
3、信号源的功率比其二次谐波功率大-20dBm，否则影响相位计算。
其中第2点，对天馈线的抗干扰抑制度影响最为明显。短波和短波发信站，发射功率可达400W以上，甚至高达1000W以上。当测试某一故障馈线系统时，另外一台邻近发信机处于发射状态时，邻近的馈线及天线将会耦合非常大的干扰信号耦合到被测天馈线测试系统中，耦合的干扰信号功率可以达到0dBm。因此要求天馈线测试仪的信号源功率要达到一定的强度，否者将完全被干扰信号覆盖，无法测试。依据理论及设计实践，要求到测试接口RF信号功率要在0dBm~5dBm之间，功率太小干扰抑制能力差；信号源功率过大，有可能会使被测试设备烧毁。
图 3 测试信号源的产生
其中低频段信号源，可以过DDS、FPGA及高频信号的分频产生。高频段的信号源，直接有PLL+VCO方式产生。要求经过两级的功率放大，要求最终输出功率在3dBm左右。
4 中频信号处理
大部分天馈线产品，在设计时都加入了中频信号处理技术，对带外信号具有明显地抑制能力。RF信号经过混频，混频之后的信号幅度、相位信息不发生改变[2]。
天馈线测试仪的中频信号处理，引入了参考信号源，作为测试信号的参考比较。天馈线测试仪的中频信号处理下图：
图 4 天馈线测试仪的中频变换
5 中频滤波及采样电路设计
经过混频的参考源和反射信号，包含了需要信号和带外的干扰信号频谱，给后面的ADC采样电路带入不必的干扰噪声。同时考虑到反射信号功率的动态范围达到40dB，当反射信号比较弱时，要求中频滤波电路具有一定放大作用。在天馈线测试仪设计，可选用200KHz作为系统中频信号。使用无源2阶RC滤波器、AD620仪表放大器、LTC1563有源4阶低通滤波器、ADA4940差分放大器构成了中频滤波电路。中频滤波电路框图如图：
图 5 中频滤波放大
经过实际应用测试，该电路灵活，可以通过切换AD620的增益电阻，简单的实现信号电路的增益调整，同时能输出高质量的200KHz中频信号。
图 6 中频滤波电路频响曲线
经过带通滤波的电路，可以得到中心频率200KHz，截至带宽300KHz@-20dB的中频信号。如下图，正弦波信号为滤波之后的中频信号。方波信号为ADC采样触发信号。
图 7 实测的处理过的中频信号及ADC采样
要保证软件能精确的计算相位，计算功率。必须保证对中频信号有4倍的采样率，对中频采用800KSPS的ADC采样[2]。
7软件数字滤波处理
经过硬件的低通滤波，在干扰信号比较大情况下，频率离被测频点比较近的情况下，滤波后的中频信号仍然含有比较强的干扰噪声成分。最好的解决方法是，ADC采样后，DSP数字处理器通过FIR加窗滤波，实现窄带滤波，滤波处理之后的信号，在通过正选插值算法、功率计算、相位计算可得到两个中频信号的相位差，功率比。软件处理的流程如图。
图 8 天馈线测试仪的数字算法处理
通过数字滤波器后，中心频点的+/-20KHz的处，天馈线的干扰抑制能力提高到了30dB，达到了很好的测试效果。
8总结
通过以上几点讨论描述及产品设计总结，天馈线测试仪要实现现场应用具有使用价值，信号源输出功率要在3dBm左右，对测试频点的带内噪声有良好抑制效果；借助中频处理技术，能将测试频点的频率降低到频率比较低，可处理的中频信号；借助软件的中频处理技术，可以实现更优的测试效果。总结其总体的设计框图：
图 9 天馈线测试仪的总体框图
参考文献：
[1]吕俊霞.电子电路馈线的干扰及抑制方法[J].电子制作.tn.2006.11.020.
[2]黄德强.基带信号数字调制的设计与验证.
电子器件.2009，32（4）.
[3]付文君.一种新的中频采样滤波器的设计与实现.电子学报.2000，28（6）.
作者简介
第一作者叶少强（1986-），男，本科，初级，主要研究方向：电子技术应用、硬件开发、信号处理等。
第二作者常明（1988-），男，本科，初级，主要研究方向：电子技术应用、硬件开发等。
第三作者易国凯（1988-），男，本科，初级，主要研究方向：电子技术应用、硬件开发、单片机技术应用等。
论文作者:叶少强1,常明1,易国凯1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/24
标签：信号论文; 馈线论文; 中频论文; 测试论文; 测试仪论文; 干扰论文; 信号源论文; 《基层建设》2019年第9期论文;