电子测量中的扩展RF/微波测量的频率范围

前言　　虚拟仪器和合成仪器,是近年来业内人士经常谈论的热门话题。与传统的机柜式产品相比,采用模块化方案,其更新和重构系统的成本更低廉。 VXI和 PXI是常用的两种标准,相比之下,PXI的体积更小、重量更轻、总线更快,因而使用也更广泛。　　然而,习惯于常规仪器的行家里手会质疑,RF和微波仪器产品能否在PXI中实现。数字信号十分合适,低功率设备也不成问题。甚至数字示波器和任意波形发生器一类仪表也可以做成PXI格式,但RF和微波测试装置却不行。 图1  典型的单级下变频器方框图 图2  典型的单级上变频器方框图 　　对小型、经济实用和可重构的RF与微波测量系统和发生器系统的需求一直保 在电子测量领域，扩展RF（射频）/微波测量的频率范围是一个关键的技术挑战，尤其是在现代通信系统和无线技术的快速发展中。虚拟仪器和合成仪器的出现为解决这一问题提供了新的思路。与传统的独立机柜式仪器相比，模块化的虚拟仪器方案，如VXI（Virtual eXtended Instrumentation）和PXI（Peripheral Component Interconnect，外设组件互连）平台，具有体积小、重量轻、更新成本低的优势。其中，PXI由于其更快的总线速度和更广泛的适用性，已经成为模块化电子测量系统的首选。 然而，对于RF和微波测量，尤其是高频率范围的测试，传统的质疑在于能否在PXI平台上实现。虽然数字信号处理和低功率设备在PXI系统中表现良好，但RF和微波测试设备的集成却面临困难。这是因为RF和微波信号处理通常涉及到复杂的变频和滤波过程，需要高性能的硬件支持。 为了扩展RF/微波测量的频率范围，变频技术成为了一个重要的解决方案。例如，通过下变频技术，可以将高频RF信号转换到较低的频率，如20MHz~30MHz，然后利用数字化仪进行处理。数字化后的信号可以方便地进行频率、功率、调制和谐波成分等参数的分析。相反，上变频技术则可以将低频信号转换为感兴趣的高频信号，用于信号发生器功能。例如，802.11a测试就需要将5.6GHz频带下变频至1.1GHz~2.2GHz。 目前，PXI RF分析系统的频率上限一般在2.7GHz或3GHz。结合专用软件，这些系统可以执行多种测试任务，如频谱分析、功率测量（峰值和平均值）、邻道功率测量、调制分析、占用频带和频率响应等。尽管可能无法达到专业单台设备的所有性能指标，但它们以较低的成本提供了满足大多数应用需求的性能，特别是在生产测试环境中，速度和易用性往往优先于最高精度。 在实现变频过程中，有几种主要的技术方案，包括基本混频、镜像抑制混频和差分混频。每种方法都有其优缺点，如基本混频方案在特定条件下可以实现区变频，但可能会导致频谱倒置的问题，这需要通过软件校正来解决。另一方面，上变频技术，如图3所示的12.2GHz-12.7GHz上变频器，可以将1.1GHz~2.2GHz的信号提升到所需的频率范围，同样需要高效的滤波器来消除不需要的频率成分。 总结来说，扩展RF/微波测量的频率范围需要结合虚拟仪器的模块化优势和先进的变频技术。通过PXI平台，可以实现小型化、经济且灵活的测量系统，以应对不断增长的RF和微波测量需求。随着技术的发展，未来有望看到更多创新的解决方案，进一步突破现有的频率限制，以适应不断变化的无线通信标准和应用。