低调制指数频偏测量方法

摘要：本文介绍了以MG3692B型微波信号发生器为测量对象的调频信号的频偏测量，特别是低调制指数时的调频频偏的测量方法。

关键词： 频谱分析仪，低调制指数，频偏测量，不确定度

1. 引言

MG3692B型信号发生器的

调频功能（FM）能够产生频偏4种频率调制模式，8MHz速率时频率偏移可达10 MHz；100Hz 速率时频率偏移可达100 MHz，对于这种大频偏的测量用普通频偏测量仪是无法进行测量的，通常的解决方案是采用混频器或下变频器将载波信号频率变换为低频段，使频率处在频偏测量仪接收的频率范围来测量，然后将频偏测量仪测量的频偏值乘以变频系数即为实际的频偏值；另外一种方案为采用频谱分析仪测量，适用与大频偏和低调制指数（mF＜1时频偏测量）。

2. 低调制指数频偏频谱仪测量法的基本原理

用频谱分析仪测量调频频偏，当mF＞1时，采用贝塞尔零示法；当mF＜1时，贝塞尔零示值在频谱分析仪上观测比较困难，而采用窄带近似法测量频率偏移，称为CFSR（Carrier-to-First-Sideband Ratio）法，可以获得比较准确的低调制指数频偏测量结果。基本原理为：当mF＜1时，调频信号在频谱分析仪上显示的谱线只有一个波瓣，用频谱分析仪测量出载波幅度A1和第一对边带幅度A2，A2为两个边带幅度的平均值，由下列公式直接计算出调频频偏值，即为频谱分析仪测得的频偏实际值△F：

△F=fm×10-（A-6）/20 ［kHz］

式中△F-频谱分析仪频偏测量值，单位kHz；

fm-调制信号频率或调制速率，单位kHz，可用频率计数器准确测的；

A- 载波幅度A1与第一对频带幅度平均值A2之差，单位dB。

3. 频谱分析仪及频率计数器要求

频率带宽带宽：覆盖待测调频信号 ；

分辨带宽：优于30Hz，或视最小频偏而定；

幅度测量范围或动态范围：-120dB；

幅度测量允许极限误差：-60dB 以上，±0.3dB；

频率计数器测量范围：10Hz～300MHz；

频率测量准确度：±（0.1%～0.01%）。

4. 实测结果

根据低调制指数频偏频谱分析仪测量原理及计算公式，由频谱分析仪测量的频偏测量值与调制度仪测量结果如下表：

MG3692B信号发生器电平输出幅度0dBm，载波频率1GHz，调制频率100kHz。

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由表中数据分析比较可以说明，当调制指数mF≤0.5时,用频谱分析仪测量的结果比用调制度仪测量的结果更接近设置值； mF＞0.5时, 用调制度仪测量的结果比用频谱分析仪测量的结果更接近设置值。因此，频谱分析仪的CFSR法适用于低调制指数的频偏测量。

5 不确定度分析（简评）

由频谱分析仪CFSR的定义或遵循的原则，建立的低调制指数调频信号频偏测量的数学模型：

△F=fm×10-（A-6）/20 ［kHz］

有两个输入量直接影响频偏的测量准确性，即调制频率fm和载波幅度与边带幅度的差值A。△F标准不确定度uc（△F）由下式计算：

式中：c1为灵敏系数，c1=10-（A-6）/20

C2为灵敏系数，c2= -（fm×ln10×10-（A-6）/20）/20，（kHz）

uc（A）为幅度的差值A标准不确定度

uc（fm）调制频率fm的标准不确定度，（kHz）

在本次测量方案中，fm测量准确度相对而言较高，对△F的测量结果的影响小，在分析评定△F不确定度时可以忽略不计，即有uc（△F）= c2uc（A）。经实际计算（过程略），△F测量不确定度为U=4%（k=2）；能够满足MG3692B信号发生器频偏测量的需要，其基本指标为：fm=100kHz，±10%。

6. 结束语

微波合成信号发生器调频功能，载波信号频率范围宽，调制速率达10MHz，频率偏移达100MHz，用普通的调制度仪不能满足测试需要，应根据不同的载波频率，调制速率和频偏大小，选择不同的测量方法和测量系统。对于200kHz以下调制速率，400kHz频率偏移，调制指数mF大于0.5，1GHz以下的调频信号，选择调制度测量仪可以获得较准确的测量结果；高调制速率、大频偏、微波频段载波调频信号，适合选用下变频法；低调制指数、高调制速率调频信号，选择频谱分析仪CFSR法，可以使测量系统简单，又能够获得较好的测量结果。