关于模拟2.4GHz射频信号的分析和介绍

确定验证射频收发器系统的工作流程

现在很多工程师从事着更加广泛射频系统设计工作。从无处不在的Wi-Fi和蓝牙信号，到使用扩频技术的简单数据传输设备，利用无线通信技术的各种设备在不断增加。伴随这些应用的爆炸性增长，很多对RF技术不熟悉的新工程师需要验证和优化他们射频设计方案。

在本篇应用文章中，我们将介绍在一个新RF产品推向市场前需要完成的几个重要测试阶段。虽然在收发器评估中可以进行很多种测试，我们将聚焦在2.4GHz频段，提供给大家有关射频设计的优点和缺点的直接反馈，并提供直观和经济高效的测试方案。在这些测试中，我们将测试并验证系统的性能参数，进行压力测试，注入噪声，并最终进行外部干扰测试。

一种测试集成射频器件的实验方法

对于完成此类的性能验证测试，我们将开始一个基本的实验过程：

捕获RF信号

重新生成传输数据

产生调制

模拟仿真完整的射频环境

捕获射频信号的基本工具是频谱分析仪。在测试基带信号时可以利用很多其他测试工具，但测试RF信号，频谱分析仪是最好的起点。我们将使用RIGOL DSA832频谱分析仪（图一）开始对发射机-接收机系统性能的分析。

图一：RIGOL DSA832频谱分析仪

之后，我们将使用DSG830射频信号源（图二）根据我们从频谱仪测试到的信号特征来产生、模拟射频信号，并加入干扰。之后，我们将利用示波器和任意波形发生器复制底层数据信号测试他们的特性指标。

图二、RIGOL DSG830射频信号源

我们的被测装置是一个普通的遥控玩具，通过2.4GHz频段扩频通信控制。当我们开始测试时，我们不知道这个装置的工作特征

捕获RF信号

使用DSA832频谱分析仪外接一个工作在此频段普通天线，使用频谱仪的最大保持功能，我们可以很容易的捕获到如图三所示的射频脉冲信号。

图三、2.4GHz 射频脉冲信号

我们可以看到实验室中有许多设备工作在这一频段。通过试验测试，我们可以发现其中那段很窄的谱线是和我们的遥控活动相关的。我们可以观测到，发射机的载波依据扩频方案在不同信道间切换，以保证在拥挤频段中实现稳定的连接。

我们把频谱仪中心频率设定到频谱峰值2.42GHz。现在我们打开频谱仪的零扫宽模式，这种模式下我们可以观看信号的时域特性。我们还可以设定一个触发电平捕获脉冲出现时刻的频谱。现在我们设置在零扫宽下的扫描时间来调整屏幕上显示的时间范围。一旦捕获了信号，我们就可以发现这是一组编码脉宽为350us的脉冲信号（图四）。

图四：350us的脉冲信号

这一步是很重要的，因为它解释了射频信号是如何随时间变化的，又如何被调制的。这意味着传输的数据是通过这些变化被编码的，只观测信号的频率成分不足以了解设备传输了什么信息。

为了能够更清楚地了解传输数据，要确保仪器的RBW设置在一个大的数值，如1 MHz。这种设置能够以尽可能少的信号衰减来查看数据随时间变化。这是按照信号被传输的形式进行采样的最好方式，并且会为我们以后复制数据和模拟射频信号带来好处。

下面我们调整减小时间窗口放大观测我们的信号。图五显示的是脉冲信号开始到90微秒的信号。

图五：脉冲信号开始到90us的信号

图像更加清晰地显示了脉冲信号起始部分的内容，一段高电平信号和一些相互间隔1和0信号，这些信号用来使接收机同步以捕获后面数据信号。

进一步评估这些脉冲，我们会发现它们是高度重复的，即使使用控制器发射不同的控制指令。图6显示了与控制指令输入变化相关的数据段的变化。

图六、控制指令输入变化相关的数据段的变化

波形中有一个20微秒部分由于控制指令不同发生了变化。因此，在模拟仿真，功能验证和干扰测试过程中要记住这一部分需要变化。