谐波测试的一点新 “发现”

Test Card

今天跟大家聊聊射频测试的一个老话题——谐波测试，之所以选择这个，是因为最近闲暇思考时，有了一些与之前不同的想法。

通常在使用频谱仪测试谐波时，总是会想到馈入频谱仪的主频信号不能太强，不能让频谱仪自身产生明显的谐波而干扰测试结果。

这个思路是没有问题的，所以常常推荐先将主频信号衰减一些再馈入频谱仪，可以使用衰减器，但是更好的方法是使用滤波器或陷波器。

对于频谱仪而言，只有主频信号和谐波同时“出现”在频谱仪的输入端时，频谱仪产生的谐波才会干扰测试。如果主频信号与谐波并不是同时“出现”，那么频谱仪产生的谐波还会不会干扰正常的谐波测试呢？

之前的文章讲到，频谱仪的接收链路中，在混频器之前是存在预选滤波器的，其作用是保证扫频式频谱仪能够判定信号真实的位置。预选器通常选用低通滤波器和可调带通滤波器，高频频谱仪往往二者都有。具体选择低通还是带通滤波器，与IF频率的高低有关，具体可参考文章 “为什么频谱仪需要预选器？”。

如果主频信号和谐波都落在低通预选器内，这意味着信号本身的谐波与频谱仪产生的谐波是同时存在的，如图1所示，频谱仪测得的谐波是二者叠加后的总谐波，势必会干扰测试结果。两个谐波分量是相参的，具体相位关系与非线性效应相关，但大多数情况下表现为谐波结果偏大。

图1. 主频/谐波均落入LPF带内，SA谐波将干扰测试

如果主频信号落入低通预选器带内，而谐波在带外，谐波的测试将会用到可调带通预选器，此时带通预选器将滤除主频信号，这意味着信号的谐波和频谱仪产生的谐波不是同时存在的。此时，只要主频信号强度在频谱仪允许的范围之内，即使不抑制主频信号，依然可以准确测试谐波。

图2. 只有主频落入LPF带内，SA谐波对测试无影响

如果主频信号和谐波均在低通预选器带外，类似于上一种情况，因测试谐波时，带通预选器对主频信号进行了抑制，所以即使不抑制主频信号，也可以准确测试谐波。

图3. 主频/谐波均在LPF带外，SA谐波对测试无影响

根据以上分析，不是所有的谐波测试都需要将主频信号抑制掉，对于图2和图3所示的情况，并不需要外部滤波器或陷波器抑制主频，但要保证馈入频谱仪的主频信号强度在安全范围之内。

十几年前，移动通信正处于2G/3G时代，载频基本都在2GHz以内，2次谐波位于4GHz以内，那个时代的频谱仪，低通预选器的截止频率也在4GHz左右，对于这样的谐波测试场景，必须要抑制主频，才能准确完成谐波测试。

谐波测试时，使用外部滤波器或陷波器抑制主频肯定是没问题的，但当没有这些附件时，用户可以咨询仪表厂家关于频谱仪的低通预选器频率范围，以判断谐波测试时是否需要抑制主频。