无线通信仪表与测试应用（第3版）

第 1章　无线通信系统的测试基础 1

1.1 无线通信系统 1

1.1.1 无线通信的基本概念 1

1.1.2 信号与通信系统概述 2

1.1.3 无线通信系统组成与电波传播 5

1.2 无线通信中的测量值 8

1.2.1 概述 8

1.2.2 相关量纲单位基础 9

1.2.3 电压dB与功率dB的区别 10

1.2.4 功率与电平 11

1.2.5 衰减和增益的计算 12

1.2.6 分贝与百分比之间的相互转化 13

1.2.7 dB值的计算方法 14

1.2.8 dBμV、dBμVemf与dBm 18

1.2.9 一些参考值 19

1.3 无线通信系统中的测量参数和相关测试仪表 22

1.3.1 信噪比 22

1.3.2 噪声 22

1.3.3 噪声因子和噪声系数 23

1.3.4 相位噪声 24

1.3.5 S参数 25

1.3.6 场强 27

1.3.7 天线增益 27

1.3.8 峰值因子 28

1.3.9 信道功率和邻道功率 29

1.3.10 误差矢量幅度 29

1.3.11 A/D和D/A转换器的动态范围 30

1.3.12 dB（FS） 31

1.4 测量不确定度 31

1.4.1 不确定度的概念 32

1.4.2 不确定度与误差的区别 32

1.4.3 不确定度的来源 33

1.4.4 不确定度参考标准和文件 33

参考文献 33

第 2章　信号发生器 34

2.1 信号和信号发生器 34

2.1.1 基带信号发生器和任意波发生器 34

2.1.2 模拟信号发生器和连续波信号 37

2.1.3 矢量调制信号发生器 40

2.1.4 信号发生器使用技巧和注意事项 45

2.1.5 典型信号发生器介绍 48

2.2 有关信号发生器的测试实例 51

2.2.1 产生功率精准、稳定的连续波信号 51

2.2.2 产生多路相位相参信号 53

2.2.3 生成卫星导航信号 57

2.2.4 数字信号的误比特率测量 61

2.2.5 功率放大器数字预失真测量 63

2.2.6 LTE-A信号产生方案 66

2.2.7 5G信号生成的若干进展 70

参考文献 74

第3章　频谱分析仪 76

3.1 频谱分析仪原理 76

3.1.1 概述 76

3.1.2 快速傅里叶变换分析仪（FFT分析仪） 77

3.1.3 超外差式分析仪 78

3.1.4 实时频谱分析仪 85

3.2 频谱分析仪的典型指标 86

3.2.1 中频滤波器特性 87

3.2.2 相位噪声 87

3.2.3 频谱分析仪的固有噪声 87

3.2.4 频谱分析仪的非线性特性 88

3.2.5 1dB压缩点 89

3.2.6 动态范围 89

3.2.7 频谱测量精度 90

3.2.8 电平测量精度 90

3.3 典型频谱分析仪介绍 90

3.3.1 R&S公司频谱分析仪 90

3.3.2 是德科技（Keysight，前身为安捷伦）频谱分析仪 92

3.3.3 安立（Anritsu）公司频谱分析仪 93

3.4 频谱分析仪使用注意事项及使用技巧 94

3.4.1 选择合适的分辨力带宽（RBW） 94

3.4.2 提高测量精度 96

3.4.3 优化低电平测量的灵敏度 97

3.4.4 为失真测量优化动态范围 100

3.4.5 识别内部失真成分 102

3.4.6 优化瞬态测量的测量速度 103

3.4.7 选择合适的检波/显示模式 104

3.5 使用频谱分析仪的典型测试实例 106

3.5.1 脉冲信号的测量 106

3.5.2 WCDMA信号的邻道功率测量 111

3.5.3 杂散发射（传导）测量 114

3.5.4 使用便携式频谱仪进行基站信号的外场测试 123

参考文献 126

第4章　矢量信号分析方法和仪表 127

4.1 矢量分析方法和矢量误差 127

4.1.1 矢量信号分析的技术背景 127

4.1.2 矢量调制误差的测量原理 128

4.2 矢量信号分析仪及使用 131

4.2.1 矢量信号分析仪的结构和使用 131

4.2.2 通过矢量信号分析仪判断调制误差原因 139

4.2.3 典型矢量信号分析仪介绍 147

4.2.4 矢量信号分析仪测量大失真信号的缺陷及改进 150

4.2.5 矢量信号分析仪的计量 154

4.3 使用矢量信号分析仪的测试实例 155

4.3.1 GSM调制信号测试实例 155

4.3.2 定位多模基站不同制式间干扰问题 158

4.3.3 使用矢量信号分析仪测量AM和PM信号参量 160

4.3.4 DTMB数字地面电视信号的解调分析 164

4.3.5 LTE系统的数字调制测量 167

4.3.6 5G信号矢量解调测量的进展 169

参考文献 171

第5章　无线通信综合测试仪 174

5.1 综合测试仪原理 174

5.1.1 引言 174

5.1.2 原理和框图 174

5.2 综合测试仪主要指标介绍 177

5.3 综合测试仪典型仪表介绍 179

5.4 典型使用案例 182

5.4.1 使用综测仪进行LTE终端语音测量 182

5.4.2 使用多端口综测仪在非信令模式下提高产线测试速度 190

5.4.3 WCDMA手机测试 192

5.4.4 使用综测仪进行TD-LTE手机测试 196

参考文献 208

第6章　功率计 209

6.1 概述 209

6.2 功率测量基本概念 209

6.2.1 微波功率的几个不同表达式 209

6.2.2 微波功率的几个不同定义 211

6.3 功率计的基本原理 214

6.3.1 热敏式功率计 214

6.3.2 热偶式功率计 217

6.3.3 二极管功率计 220

6.4 微波功率计的主要技术指标 224

6.4.1 频率范围 224

6.4.2 功率测量范围 224

6.4.3 参考校准源 224

6.4.4 功率测量线性度 224

6.4.5 功率传感器的阻抗特性 225

6.5 微波功率测量不确定度分析模型 225

6.5.1 失配误差 225

6.5.2 功率灵敏度的不稳定性 227

6.5.3 功率指示器的误差 227

6.6 微波功率计的选择 228

6.6.1 脉冲调制信号 228

6.6.2 AM/FM信号 229

6.6.3 脉冲调制信号 229

6.6.4 互调测试 230

6.7 功率计典型应用 230

6.7.1 校准信号发生器输出功率 230

6.7.2 用脉冲功率传感器和功率计进行WiMAX信号测量 231

6.8 典型功率传感器介绍 234

参考文献 238

第7章　示波器 239

7.1 示波器概述 239

7.1.1 示波器与信号测量 239

7.1.2 模拟示波器和数字示波器 241

7.2 示波器的基本原理 243

7.2.1 数字示波器的采样 243

7.2.2 数字示波器的触发 246

7.2.3 示波器的抖动测量能力 249

7.2.4 数字示波器的波形平滑功能 252

7.2.5 数字示波器的直流测量能力 254

7.2.6 示波器的测量速度 255

7.2.7 数字示波器的FFT和混合域分析 256

7.3 示波器的配套探头 259

7.3.1 探头和探头附件概述 259

7.3.2 探头使用的注意事项 263

7.4 示波器的指标和典型仪表 267

7.4.1 示波器的指标 267

7.4.2 示波器典型仪表介绍 273

7.5 示波器的操作和使用 275

7.5.1 示波器4个基本系统的设置 275

7.5.2 示波器的使用注意事项 280

7.6 测量实例 283

7.6.1 若干简单测量项目 283

7.6.2 高速信号互连测试系统 284

7.6.3 脉冲信号的瞬态参量测试 291

7.6.4 射频调制脉冲参数测量 295

7.6.5 基于示波器的矢量解调 300

7.6.6 混合域示波器在物联网研发中的应用 303

参考文献 308

第8章　矢量网络分析仪 310

8.1 概述 310

8.2 微波网络的散射参数 310

8.2.1 线性散射参数的概念 310

8.2.2 二端口网络的反射特性和传输特性 312

8.2.3 非线性散射参数的概念 318

8.3 网络分析仪基础 323

8.3.1 网络分析仪的基本原理 323

8.3.2 网络分析仪的基本结构 323

8.4 网络分析仪的校准技术 328

8.4.1 网络分析仪测量误差模型 328

8.4.2 网络分析仪的校准方法 332

8.5 网络分析仪典型应用 342

8.5.1 滤波器的测试 343

8.5.2 放大器的测试 344

8.5.3 无线充电设备的测试 356

8.5.4 器件脉冲参数的测试 362

8.5.5 噪声系数的测试 366

8.5.6 自适应天线的测试 373

8.6 网络分析仪使用技巧 377

8.6.1 灵活的扫描方式 377

8.6.2 灵活的测试开放接口 378

8.6.3 时域选通功能 380

8.6.4 测试点数对测试结果的影响 382

8.6.5 双源激励的新应用模式 383

8.6.6 接收机电平精度校准 385

8.7 矢量网络分析仪典型型号介绍 389

8.7.1 Keysight公司矢量网络分析仪典型型号 389

8.7.2 R&S公司矢量网络分析仪典型型号 392

8.7.3 Anritsu公司矢量网络分析仪典型型号 394

参考文献 395

第9章　其他测量仪表介绍 396

9.1 噪声系数测量仪表 396

9.1.1 概述 396

9.1.2 噪声系数概念 396

9.1.3 噪声系数测量方法 398

9.1.4 如何提高噪声系数测量精度 401

9.1.5 噪声系数频率扩展测量 409

9.1.6 典型噪声源和噪声系数测试仪介绍 412

9.2 无线信道模拟仪表 413

9.2.1 无线信道模型概述 413

9.2.2 无线信道传播特性 414

9.2.3 无线信道模拟器的原理 418

9.2.4 典型应用 419

9.2.5 无线信道模拟器典型仪表介绍 431

9.3 路测类仪表 439

9.3.1 路测仪的结构和功能 439

9.3.2 典型的路测仪表介绍 441

9.4 天馈线测量仪表 447

9.4.1 典型测试实例 447

9.4.2 典型天馈线测试仪介绍 451

9.5 无源互调测量仪表 453

9.5.1 无源互调基本概念和原理 453

9.5.2 无源互调测试系统的基本结构 456

9.5.3 无源互调测试应用 459

9.5.4 无源互调测试仪典型仪表介绍 461

9.6 相位噪声测量仪表 464

9.6.1 相位噪声基本概念 464

9.6.2 相位噪声测量方法 467

9.6.3 相位噪声测量典型仪表介绍 472

参考文献 475





第 10章　无线通信系统测试中仪表的典型应用 476

10.1 移动通信系统收发信机测试 476

10.1.1 概述 476

10.1.2 发射机测试 477

10.1.3 接收机测试 485

10.2 终端（手机）射频测试 487

10.2.1 终端（手机）射频测试概述 487

10.2.2 主要射频测试项目和测试示例 488

10.2.3 终端射频一致性认证测试平台 491

10.3 移动终端的空中性能测试 494

10.3.1 空中性能测试（OTA）的概念 494

10.3.2 OTA的测试参数 494

10.3.3 OTA的测试方法和测试系统 494

10.3.4 MIMO OTA测试 496

10.4 GNSS 原理及测试方案 500

10.4.1 GNSS概述 500

10.4.2 导航卫星模拟器 502

10.4.3 R&S导航接收机测试 503

10.5 无线电信号监测 507

10.5.1 无线电信号监测概述 507

10.5.2 无线电信号监测技术 508

10.5.3 使用便携式频谱分析仪进行无线电信号监测的应用实例 512

10.6 车载紧急呼叫（eCall）系统测试 516

参考文献 519

第 11章　测试自动化 520

11.1 自动测试系统的概念与组成 520

11.2 虚拟仪器 521

11.2.1 虚拟仪器的概念 521

11.2.2 虚拟仪器的特点 522

11.3 自动测试系统软件开发环境 525

11.3.1 LabView 525

11.3.2 LabWindows/CVI 528

11.3.3 VEE 531

11.3.4 CMWcards 534

11.4 自动测试系统总线技术 535

11.4.1 GPIB总线技术 535

11.4.2 VXI总线技术 538

11.4.3 PXI总线技术 541

11.4.4 LXI总线技术 545

11.5 应用及编程实例 548

11.5.1 实例1—基于模块化仪器的RFID测试系统 548

11.5.2 实例2—使用矢量信号发生器产生GSM脉冲调制信号 550

参考文献 552