射频测量与频谱仿真技术研究

金亮，王心宇

（航空工业西安飞机工业集团有限公司，陕西 西安 710089）

在传统的的射频测量系统中，其主要的构成由被测件、测试路径、检测仪器以及应用工况合计四大方面所组成，在此，各个要素所表现的状态不同也会导致最终结果出现较大的差别。

在实际的应用过程中，对于同类型的测量信号往往不存在固定的表达式，进而就无法采用傅里叶的配套公式进行相应的分析。在规律性的信号分析中经常采用的就是对其原始信号进行频谱分析，核心就是以DFT（傅里叶分析）的时域与频域转换方法精确地对物体的信号进行真切的描述。在多个信号叠加的作用下，也可将各类信号频谱所杂糅出的信号变化规律进行拟合，在有效地提取其各类基础特征之上，为后续仿真奠定基础。DFT 的使用往往是在连续傅里叶变换的基础上实现时频域的转换，其转换过程可根据使用者的需求进行适当的调整，进而将信号在有效分解的基础上不断地实现对限长的离散信号作DFT 变换，或者将其延伸为具有特定周期的信号进行处理，该过程可更为切合的适用于计算机的快速运算。以下就展开具体的分析和测量信号频谱案例并对其进行分析。

1 射频测量流程分析

实际情况中的射频往往因为工况的随机性而使得被测信号在经放大器作用下，可使得整个信号传输的过程中并不存在确定的解析表达式的基础上，故而不以其常规性的信号处理而进行直接性的傅里叶函数变换，得到其最终的频谱。在射频的测量中，所使用的离散傅里叶变换虽然的多了广泛的实际应用，并且其最终的参数也同连续性变换是相类似的，但在整个过程中的水表现出来的时域和频域则是有着明显的区别，在形式的表现上具有离散性，因此往往需要对连续信号进行有效的截取进而得到有限长的离散序列，而其过程需要使用的离散型序列也必须在严格的离散傅里叶变换状态下才可以最终求得连续信号频谱。

在射频测量过程中，对于信号的采集，所面对的往往是采样点数多，而必须采取的措施是以加窗截取的方式将其所得到的部分数据实现傅里叶变换。另外，对于有限长序列，其频谱所表现出的连续性是在栅栏效应上凸显出来的，而此也是因为离散的傅里叶变换只可以单独地对有限个的频率点进行描述。在此，使用DFT 方法就需要事先将连续性的信号进行实际抽样处理，在完成连续傅里叶变换后，实现在频域上离散化。在此过程中，应该合理地选择参数，切实地将分析误差控制在有效的范围内，使用的DFT 转换信号方法才是可行的。

2 射频测量误差分析

随着信息技术的不断发展，射频技术在实践应用中的精度以及响应度要求也越加高标准，在此进行误差分析是必要的。在信号分析的过程中，除了要考虑整个过程的精确度，更应该将实际中的对应误差进行细化考虑，只用将整个的测量流程要素进行细化环节考虑，才能较大程度接近于真实的准确的分析结果。而此误差分析的成败成为整个测量过程中的核心要点，因此，落实好这些测量配件是极为重要的，因为该步骤对于后面的测量过程是具有关键作用的。在实际的测量中问题往往出现在路由器件和调控器件，而此对应的信号测量主要可被概括为测量放大器和电缆。在测量中，测量电缆的选择，其主要指标是应该选择合适的插入损耗、VSWR和稳定性。再者就是放大器，该部件主要是在信号测试通路中实现信号的放大以及修正。在对射频测量过程中对放大器的选用也是对后续对北侧信号的幅度相会表现的更低，并且也是影响测试精度的重要干扰。

3 射频测量应用多元性误差分析

在实测过程中，其射频测量的误差是多元性的，以下就是几方面的主要原因。

3.1 射频测量中的混叠现象

在实际的射频测量中，在连续信号的处理中，其混叠现象首先应该是在时域抽样定理的基础上而进行相互关系的建立。在信号分析理论中，单元周期内的采样数N大于等于原信号长度L时才有意义，但这并非越大越好，而是在射频测量的实际过程中应该细致精确地控制好数据长度，切实地使得频率分辨率满足频率精度。否则，就会发生频谱的混叠。如果想x（t）的频谱是带限的，抽样间隔满足T ＝0.5fm。在实际解决过程中，应该首先通过低通滤波的方式进行抽样处理，其原则为T ＜1/（3～5）fm，即抽样频率一般取信号最高频率的3 ～5 倍。

3.2 射频测量的截断效应表现

实际的DFT 算法在应用过程中，对相关信号的长度化序列处理往往是较为有限的，因此，在具体实践中，要对其信号进行截断处理。具体的操作方式主要是对离散序列进行加窗处理，其具体落实中的方案就是对其离散序列与窗函数采用相乘方式来实现前后信号的频谱不同，进而可以构成基本的截断效应。截断效应对频谱分析的误差影响主要是频谱泄漏、谱间干扰。

3.3 射频测量栅栏效应的表现

DFT 频谱是有限离散的离散频率点，如果实际信号的频率不是正好落在频率点上，则看不见，这就相当于透过栅栏观赏风景，只能看到频谱的一部分，而其他频率点被遮挡，这种状况又可被称为栅栏效应。如果频谱之间间距较大，可能会将一些信息丢失掉，而用DFT 计算是不可避免的，解决的办法就是增加采样点数N，最终结果会使整个过程中的信息丢失的概率降低。

4 射频测量信号仿真分析

在完成射频测量的基础上，就是对相关的测量信号进行实际工况下的频谱考量分析。在此过程中，可能会使用到不同的DFT 频率单位进行对离散函数的计量，因此也需要统一采用归一化频率单位，在完成单位的统一后需要进行的是与理论值进行对照分析，切实掌握出现误差形成的原因。在此，以某特定的信号源的信号为研究案例，其公式为x(t)＝e-tu(t)，得到以下的分析结果。在此，首先要考虑的内容是需要将测得信号进行连续性的信号转化，使得其在傅里叶变换中的计算中实现频谱的理论值；其次，需要对整个过程中的相关信号进行全局性地特征化分析及采样，使其在利用离散时间进行工程性的傅里叶变换计算的同时实现整个信号的频谱理论的清晰明确，并在此过程中使整个信号的理论值得以不断的深入准确表达，方便后续的变换参数，使得整个射频在信息传输的过程中有效地应对混叠现象的变化；最后，就是在原有的基础上对整个信号的序列实现更为有效地加窗处理，方便其最终实现有限序列的表达，在完成上述步骤后与加窗前信号的频谱进行对比，最后，对加窗序列进行DFT 运算，它是对信号频谱进行均匀抽样的采样值。

从上述两者相比较的最终结果，可以明确地指导对信号进行采样后，进而最终表现出最大的混叠误差，进而对其相关结果的波形进行明确分析，得到不同的特征点。再者，是对加矩形窗后的信号波形进行特征化分析，在明确特征点的基础上对相关的频幅度进行分析对比。在经过多元的窗口长度影响的状况下，通过整个过程中的相互信号进行对比，可有效地得到其过程中所表现出的加窗截断的结果。

5 结语

在此，以射频测量为研究背景，在明确时域与频域的特征的基础上，开展频谱仿真技术研究。在信号测量的过程中，需要更具射频的特点而切实地总结基础状况下的路径并调整整个测试仪器的参数，使得其相关的数据可切实应用于实际测量，得到的测量结果在经过分析后，进行误差分析，得到相关误差产生的主要原因。在实践中，射频相关信号的测量以及求解，往往会更具测量中的多元性因素而使得其彼此间的关系表现得更为紧密相关，并且相关过程的不确定也势必会导致整个环节在运行中所呈现出的测量结果步入预期那样具有精确的保证性，这就需要人们在此进行仔细甄别。在此通过列举傅里叶分析中的相关常规方法，使整个过程中的应用可在原有分析信号频谱上实现最终表达，为科学化地通过强化离散傅里叶变换而更广阔地应用于不同类型的离散信号的分析，为后相关分析研究奠定了基础。