电子装备教学中的信号主线法

　　【摘要】电子装备是目前应用最广泛的装备。由于电子装备种类繁杂，功能各异，使得电子装备的教学难度比较大。从本质上讲，电子装备的任务是利用电磁波信号探测、传递和获取信息。因此信号是电子装备的核心和灵魂。针对电子装备的教学过程，提出了信号主线的教学方法。从原理教学和实践教学两个方面，阐述了信号主线法的内涵和各要素之间的关系，以及在应用中注意的问题。
　　【关键词】信号主线法信号流信号特征信号测试
　　【中图分类号】TH-39【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）38-0250-02
　　一、引言
　　信息技术的发展使得大量无线电设备得到广泛应用。现代的电子设备，从功能上看，都可以看作是一个广义上的信号处理机。这是因为现代电子装备以多种信号处理模块为核心实现其功能，理解其工作原理必须从信号处理入手。
　　从无线电设备的工作原理来看，各种电子装备的作用基本上都可以解释为获取无线电信号中携带的信息。例如，对于雷达而言，就是获取雷达回波信号所携带的时间、幅度、频移等信息，继而得到距离、方位、速度等战术上的实用信息。对于通信设备而言，就是从受污染的信号中提取出发送的信号，进而获得有用的军事信息。对于各种导航设备而言，就是将地面设备相对机载导航接收机的时间、幅度上的变化转换为方位和高度信息。因此，所有这些设备无一不是利用电磁信号传递或者获取信息。
　　另外一方面，从电子设备的维修的角度来讲。电子设备维修教学的重要目的就是教会学员排除装备的故障。对装备故障的判断依赖于对装备进行的各种测试。这些测试包括时域测试、频域测试和功率测试等，所利用的仪器包括万用表、频谱仪、示波器和功率计等。测试的目的是获取电子装备在规定状态下所达到的性能。比如，对级联发射机而言，测试各级发射机的发射功率，以此来判断其工作是否正常。也就是说，测试结果是否通过，依赖于所测试节点的信号是否正常。因此，一个设备的功能是否正常，本质上是通过判断装备所具有的信号处理功能是否正常。
　　因此，在电子装备教学中，无论是装备原理课和装备维护课的讲授上都可以以信号为主线进行安排。
　　二、提出的信号主线教学法
　　所谓的信号主线法就是以电子装备的功能为出发点，以模块为基本单位，以电子信号的流向为讲解顺序，重点讲解各级电子信号的处理方法、关键节点上电子信号的特征与测试方法。以电子装备的功能为出发点是因为电子装备所担负的任务是完成一定的信息获取或者信息传递功能。为完成这种功能，以现有的天线工艺水平、射频电路制造水平、信号处理水平和电子元器件器件工艺水平为基础，采用一定的结构，分别在射频和基带处理信号，提取出信号所携带的信息或者将信息搭载到信号上去。因此，从本质上说，电子设备完成的功能其实是信号处理功能。
　　以模块为基本单位，这是因为现代的电子设备，一般以模块为基本单位进行设计和制造。比如，对于用于电子侦察的接收机而言，一般分为天线、射频前端和信号处理、显示控制四个模块。而其中的射频又可以细分为一级变频、二级变频和三级变频。信号处理又可分为数模变换、FFT变换等。这样，在讲解时就可以按照“天线射频前端信号处理显示控制”的顺序进行讲解。讲解的重点是每个模块所进行的信号处理功能。如天线的功能是获取某个方向发射来的电磁波；射频前端的功能就是将接收的电信号通过三级变频的方式变换到固定的中频上去；信号处理的功能就是获取固定中频信号所包含的频率信息；显示控制的功能是对整机的工作频率、接收通道进行控制和显示接收机的状态信息。
　　信号流是指信号从输入到输出所经历的过程。在电子装备中，以信号从上游到下游的这条线路作为线索，是在电子装备教学中常用的方法。对于接收机而言，信号流一般是从高频到低频，从低频到基带，从模拟到数字的过程；对于发射机而言，信号流一般是从基带到射频，从低频到高频的过程。以信号流的顺序讲解，符合装备的基本工作过程。由于装备是以模块化进行设计的，大的模块包含小的模块。如一个LRU包含几个SRU。因此，在以信号流为顺序进行讲解时，需要以相同等级的模块为划分。常规的讲解方法是按照从大到小的顺序，比如先按照LRU的顺序，讲解大级别上信号的流向；再深入讲解SRU内部的信号流。
　　信号的特征指的是在设备关键节点上的信号在不同“域”上具有的不同特征。所谓的关键节点一般指LRU或者SRU的输入、输出端口或测试端口。一般情況下，这些关键节点的信号都是可以测试的。信号的特征主要表现在时域、频域、时频域或调制域信号某些特性的变化。以最常见的上变频模块为例，输入信号有两个：来自天线的射频信号和来自本振的本振信号。输出信号就是混频之后的信号。要准确理解上变频的工作原理，最主要的就是把握输入信号与输出信号之间的在频域的关系。输出信号的频率等于输入信号频率之和。这是上变频器最主要的作用。在教学中，可以通过设定不同的本振频率和输入信号频率，求出输出信号的频率，引导学员掌握变频器的作用。在此需要指出的是，信号特征在通过各个LRU或者SRU时，一定会发生改变。这是因为，LRU或者SRU模块，其本质上是一个信号处理模块，信号处理模块必然对信号的特征产生改变。如，上变频器的作用是将信号的频率变高，下变频器的作用是将信号的频率变低，低通滤波器的作用是将高频的噪声或者干扰滤除，只允许低频率的信号通过。因此，从这个意义上讲，各级模块（如LRU或者SRU）的功能的发挥依赖于其信号处理功能是否正常，体现在信号特征是否按照设计的功能进行改变。信号特征是信号主线法的讲解重点，也是难点。
　　电子装备中的信号特征必须借助一定的测试仪器仪表进行测量得到，因此信号的测试是电子装备实践教学中的重点。信号的测试方法目前主要包括电压测试、电流测试、功率测试、频率测试，高级的测试还包括噪声系数测试、驻波比测试、S参数测试等。测试的目的是获取信号的特征参量，并根据产品说明书，判断所测试的信号是否满足性能指标。在进行信号测试教学时，有两个重点，一是理解测试参量的物理含义，尤其是很多复杂参量的含义，如噪声系数、驻波比、S参数、三阶交调等。一是仪器仪表的正确使用。比如频谱仪、矢量分析仪的使用一直是教学的难点。究其原因是因为这些仪器仪表涉及到大量的信号参量，这些信号参量不直观，难于理解。因此，在信号测试教学中，需要根据教学对象的认知水平和岗位的需求，以够用为原则进行讲授。