【導(dǎo)讀】在混頻過(guò)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(wú)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(kāi)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(guò)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(wú)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(kāi)混頻器的輸出端口而進(jìn)入信號(hào)鏈路的其余部分。此類(lèi)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(wèn)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(lèi)問(wèn)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(cè)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(cè)量混頻器雜散并不是簡(jiǎn)單的事。常常有可能盲目地相信某個(gè) “測(cè)得的” 信號(hào)來(lái)自于有關(guān)的混頻器，但實(shí)際上它卻是某種不當(dāng)測(cè)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(cè)試問(wèn)題并確保觀察到的測(cè)量信號(hào)僅來(lái)自于混頻器的方法。圖 1 示出了用于測(cè)量混頻器雜散分量的正確測(cè)試設(shè)置。帶通濾波器以及衰減器對(duì)于盡量減少測(cè)試設(shè)置對(duì)在頻譜分析儀上測(cè)量之雜散脈沖的影響是至關(guān)重要。
圖 1：用于測(cè)量混頻器雜散脈沖的正確測(cè)試設(shè)置
在過(guò)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(guò)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(zhǎng)，從而人為地增加雜散功率的測(cè)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(lái)限制提供給儀器的功率。一項(xiàng)旨在檢查雜散測(cè)量是否正確的測(cè)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(guò)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(cè)量的連續(xù)波 (CW) 音調(diào)。隨著衰減電平的增加，實(shí)測(cè)的功率電平下降，表示儀器原先處于過(guò)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(guò)驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不正確的雜散測(cè)量結(jié)果之后，您也許決定簡(jiǎn)單地用低功率電平驅(qū)動(dòng)該儀器以完全避免上述問(wèn)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(cè)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(lèi)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(guò)低的信號(hào)功率電平置入頻譜分析儀無(wú)非是迫使您試圖測(cè)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(cè)量的另一個(gè)常見(jiàn)來(lái)源是缺少輸入信號(hào)濾波。對(duì)于雜散電平的準(zhǔn)確測(cè)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(cè)量混頻器雜散分量并非總是簡(jiǎn)單的，但是，通過(guò)測(cè)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(cè)量。
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