细说频谱仪那些事儿-频谱分析仪的非线性特性研究（二）

前言

频谱分析仪（接收机）自身具有非线性特性，当输入端存在大信号时，频谱分析仪自身会产生谐波和互调。例如，在一些多山区省份，由于供水、供电和交通的原因，有的固定无线电监测站设在广播电视发射台附近或者与之共站设置，由此产生的问题是，大功率的广播电视发射信号直接进入监测接收机或者频谱分析仪，这些信号是测试者所不需要的，它们所产生的并不仅仅是测试误差的问题，而将直接导致最终测试结果的可信度。

在本文中，首先描述了位于广播电视发射台附近的无线电监测接收机可能遇到的情况，并通过一个实验验证了这种现象的存在。

干扰情况分析

我们先假设某个固定监测站距离88-108MHz频段的调频广播发射机的直线距离为1km，发射机的输出功率为3kW(64.77dBm)，为分析问题简便起见，忽略了发射系统的无源损耗和天线的增益，假设天线的辐射功率即为64.77dBm；同时假设传播途径为自由空间。根据自由空间损耗(L)计算公式【1】：

其中f为工作频率(MHz），r为收发天线的距离(km)。

设f=99MHz，r=1km，则可计算出L=72.36dB。

对于一台3kW的调频广播发射机，会有约-7.7dBm的信号进入监测接收机；即使是100W的小功率发射机，也会有约-22.4dBm的信号进入接收机。

这么大的信号，足够让监测接收机自身产生谐波了，以下我们通过一个模拟实验来验证这种干扰情况。

实验原理

图1. 频谱分析仪的非线性特性研究（二）

我们在实验室搭建了一个验证系统，如图1所示。首先我们假设F2是测试者所关心的被测信号，F1则是来自调频发射机的干扰信号；这二个信号经过合路器后，到达二通道开关，即模拟了进入接收机天线的信号。注意接在F1信号源后的带通滤波器滤除了由信号源所产生的谐波，以保证模拟测试结果的可信度。

我们为F1和F2提供了二个通路，一是通过SW1的J2端和SW2的J2端的射频电缆一起进入频谱分析仪；二是经过接在SW1的J1和SW2的J1端的F1带阻滤波器，经过滤波器后，F1被基本滤除，而F2则被保留。

实验的设想是，F1和F2一起经过SW1/J2和SW2/J2之间的射频电缆后，频谱分析仪将产生一个2×F1信号，这是个假信号，是由于F1存在于频谱分析仪后，由于频谱分析仪自身的非线性特性所产生的谐波。当F2和2×F1接近时，会给测试者产生错觉，不知道哪个是被测信号，哪个是频谱分析仪所产生的谐波；而当F2=2×F1时，二个信号会产生矢量叠加而导致测试误差。

当F1和F2一起经过SW1/J1和SW2/J1之间的F1带阻滤波器后，由于F1被滤除，频谱分析仪上不会出现2×F1，而只有测试者希望看到的被测信号F2。

实验方法和结果

我们按照图1的实验原理连接测试系统。其中开关采用了BXT超长寿命的SW18L-2SPDT-N型微波校准开关（图2），这种可工作到18GHz的开关具有很好的可重复性和通道平衡度，过亿次的开关寿命可胜任海量数据的测试工作。开关可以本地手动控制，也可以通过软件自动控制，可以组成单刀双掷（SPDT）、双刀双掷（DPDT）和单刀三掷（SP3T）等三种电路形式。