无线监测接收机

无线监测接收机
无线监测接收机是无线电频谱监测的重要工具，是无线电管理工程师的眼睛和耳朵。

通过监测接收机可了解到空中无线电频谱信号的场强、频率、带宽、调制、频率占用度等重要信息，以供无线电管理工程师进行分析、判断，并作出进一步的决策。

由于肩负着从纷繁复杂的无线电波中抓取特定信号的重任，监测接收机的电子电路一般都做了相应的优化设计，配备了输入预选器等特殊单元，加强了信号解调、分析能力，并且在灵敏度、线性度、互调IP2/IP3相位噪声等重要指标上超出其他的通用无线接收设备。

无线接收设备包括测试接收机、频谱分析仪和监测接收机。

无线接收设备是基于不同的理念，针对不同的任务来设计的，它们在功能上也各有特点。

对于测试接收机和频谱分析仪而言，因为许多监测功能是不必要的，所以它们某些特性或者很弱或者干脆没有，如：FSCAN、MSCAN 、全景、静噪、驻留时间等特性。

以下简单介绍监测接收机的性能。

1、监测接收机模块框图
监测接收机包括预选器、前端（信号部分）、合成器（第一本振、第二本振、第三振）、中频部分、内置测试设备、处理器和接口等主要模块（见EB200模块框图）。

这里着重提一提预选器。

无线电监测接收机是专门为了监测天空中复杂拥挤的无线电波而设计的专业设备，其与频谱仪的一个显著的差别就是配有高性能的预选器，这个预选器提高了接收机在拥挤的频谱环境中选收无线电信号的能力。

以R&S公司的EM550接收机为例，它的预选器由20－1500MHz的跟踪滤波器＋1500－2300MH z带通滤波器＋2300－3600MHz的带通滤波器组成。

跟踪滤波器一般由YIG滤波器构成，其中心频率可在极宽的频带范围内滑动，滤波带宽一般为中心频率的10％。

跟踪滤波器是目前的技术水平下性能最好的选择滤波器，它也是代表了接收机设备档次的一个重要标志。

预选器位于接收机的最前端，与天线输入口相连。

预选器主要提供前置放大、
信号衰减、选择滤波三项功能。

一个性能优秀的预选器对弱信号应提供增益以提高监测接收机的灵敏度，而对强信号应提供衰减以免超出监测接收机的线性范围，另外，对于全频段的输入信号应能提供选择性的滤波，以滤除无用信号，提取出监测工程师所感兴趣的信号。

2、监测接收机主要参数
监测接收机最重要的参数包括噪声（噪声因子F、噪声系数NF）、灵敏度、互调二阶截断点IP2/三阶截断点IP3、振荡器(合成器) 相位噪声、阻塞、交调等指标。

噪声：噪声被认为是接收机内部的噪声，它降低了输入信号的信噪比。

因此，内部噪声成为衡量接收机灵敏度的尺度之一，对于接收机的评估和比较来说，噪声系数是一个关键的标准，也是可靠检测小信号的的关键。

内部噪声可以用噪声因子或噪声系数表示，通常噪声因子或噪声系数被认为是不依赖带宽的参数。

噪声因子F是二端口网络（接收机）输入端和输出端信噪比之比，
其中 S1/N1 输入端信噪比
S2/N2
输出端信噪比
噪声系数 NF （用dB 表示）
lgF 10NF ⋅=
灵敏度：灵敏度对于接收机来说是同样重要，经常用来替代噪声系数或同噪声系数并列。

噪声系数和灵敏度之间可以按下式转换：
也就是说，它依赖于带宽BW 的设置。

则灵敏度 Vin, min (用 V 表示)： 而
同样，已知灵敏度也是可以计算出噪声系数。

值得注意的是： 接收机特性参数表中通常不能直接反映最大灵敏度 (灵敏度范围, 噪底),而是针对某一个S/N 的灵敏度，比如，对于 AM 时S/N = 10 dB, 对于 FM 时S/N = 25 dB 。

在这种情况下，当确定最大信噪比时，必须考虑10 dB 或25 dB 的取值 。

例如,对一个特定的带宽，当S/N 为 10 dB 时，灵敏度为 1 µV ，我们做除法 1 µV /3.16 (~ 10 dB)， 得到 0.32 µV ，这就是最大灵敏度。

互调, IP2, IP3:
当两个或更多的信号同时加载在有源器件输入端，由于有源器件（放大器 /混频器）的非线性，会产生互调产物等无用信号，因此这些无用信号电平越低越好。

而有源器件的线性度随着电流和功率的增长而增长，也就是说，为放大器提供的电流越大，或混频器的本振功率越大, 线性度就越高。

所以接收机的低功耗往往等同于有限的线形度，例如：EB200：功耗 17 W typ.， IP3 = 2 dBm typ.；ESMB ：功耗 40 W typ.， IP3 = 18 dBm typ.。

EB200线形度指标当然不如ESMB 。

但要注意，这同噪声的要求却又是互相矛盾的，预选器的接入衰减可以控制互调产物，
2
211/N S /N S F =
BW NF Hz dBm P
in lg 10/ 174(dBm) min ,⋅++-=Ω⋅= 50P(W)min ,in V 310)()(-⋅=m W W P P 10
)(dBm
mW P =
在较高的噪声系数下会有较高的IP3值，所以IP3和噪声系数应当在同等的操作模式下进行分析和比较。

三阶交截点(IP3)是衡量通信系统线性度的一个重要指标，它反映了系统受到强
信号干扰时互调失真的大小。

下面介绍一下IP3的计算方法：
IP3测试图（注意如果被测件需要高功率(> -10 dBm) 需要缓冲放大器）
例如：f1 = 400 MHz ，f2 = 410 MHz ，2f1 - f2 = 390 MHz ，2f2 - f1 = 420 MHz 方法：顺序将接收机调谐至 f1，f2，2 f1 - f2和2 f2 - f1得到如下值， IP3 = Pin + a/2 （如下图）
互调, IP2, IP3
2f I1-f I2
2f I2-f I1
2f I1+ f I2 2f I2+ f I1
f I1+ f I2 频谱
(谐波和互调产物)
绿色 = 二阶产物 红色 = 三阶产物
Signal generator 2
EM550监测接收机IP3实测数据：（f1=164.5MHz ，f2=165.5MHz ）
从实测数据可见，在低失真LD （Low Distortion ）测试条件下，预选器的接
入衰减器可以控制互调产物，也就影响了IP3值。

振荡器 (合成器) 相位噪声
振荡器用来把不同的频率转换到中频（下图），相位噪声则是振荡器短时间
稳定度的量度。

相位噪声是由相位、频率、幅度的变化而造成，它在振荡器信号中显示为一个钟状的噪声特征。

相位噪声通常是对于一个特定的载波偏移而言的，用–dBc/Hz 表示，例如相 位噪声<= -100 dBc/Hz 在10 kHz 偏移情况下。

dBc 表示载波偏移量 (dB)
/Hz 表示噪声是相对一赫兹带宽而言的
in
阻塞：
阻塞是指监测接收机在接收一个相对较大的有用信号的同时，一个非常强的 杂散信号出现在有用信号附近，致使有用信号电平被降低，即被压缩的现象。

这是由于在混频器的强杂散信号和接收机放大器的存在，几乎没有给有用信号的空间，电平范围几乎完全被杂散信号阻塞，杂散信号电平越高，阻塞就越大。

在一定程度上，阻塞也描述了接收机的线性度,并可以基本地等价于IP2和IP3。

例如某接收机，有用信号功率为-60 dBm (47 dBµV) 被一个未调制的6 dBm (113 dB µV)的信号（频偏100 kHz ）衰减了3 dB 。

交调：
交调也是一个惹麻烦的特性，特别是对于调幅信号，它表示对一个相邻于有 用信号的杂散信号的调制（如果电平高的话，杂散信号可以较远），因此杂散信号可以在有用信号中听到。

它是由混频器和放大器的线性度造成的，也就是说这些效果是伴随互调抑制产生的，所以一台有高的截断点值的监测接收机有高的交调抑制 。

例如：一个6 dBm ，30%的调幅信号产生一个-60 dBm (100 kHz 频率偏差的） 10%的交调信号。

将振荡器信号转变到中频
输入信号与本振信号混频
IF
LO
in in f
I F
参考材料：
1、R&S，《Receiver Basics》。