CN101374027A - 大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统和方法，其中，所述系统包括信号源、频谱仪、PC机、一个交换机、隔离器、衰减器、测试控制盘，信号源、频谱仪、PC机通过交换机构成局域网，信号源向待测功放模块提供输入功率信号，频谱仪获取待测功放模块的输出功率并上报PC机计算增益，同时PC机据此计算信号源下次的输出功率，在待测功放模块进入非线性工作区后，通过二分法的原理来搜索待测功放模块的1dB压缩点。本发明可实现对大功率功放模块的1dB压缩点的自动化侧试，即能避免对功放的损坏，同时大大提高了测试速度和进度，测试误差控制在0.1dB，每块功放模块的测试时间缩短到30秒钟。

Description

大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统和方法

技术领域

本发明涉及一种大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统和方法。

背景技术

第三代移动通信技术三种主流制式WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA均以高速、宽带、大容量的数据业务为特征，虽然每种制式的调制方式各不相同，但都对射频功放的线性有严格的要求。目前功放的线性技术主要有模拟工作点回退技术、模拟预失真、数字预失真技术。模拟回退技术由于工作效率偏低的特点，只能用于低功率的功放中；移动通信基站和RRU的大功率线性功放往往用到数字预失真技术。数字预失真技术，即根据功放模块的失真特性，将信号在输入到功放之前，在数字域做反向的失真处理，使信号经过功放后产生的失真与之抵消，得到线性放大。衡量用于数字预失真的功放模块的重要指标就是1dB压缩点。

1dB压缩点输出功率定义为使增益比线性放大器增益下降1dB所对应的输出信号的功率。它反应了功放能够输出的最高电平，通常用来换算功放模块在数字预失真条件下能够输出各种调制信号的最大功率。设功放的1dB压缩点输出功率为P1dB，调制信号的峰均比是R，DPD(数字预失真)功放能够线性输出调制信号的最大功率记为Pout，其关系可用下式表示

Pout≈P1dB-R；

1dB压缩点输出功率传统的测试方法是用网络分析仪通过扫幅测试，即网分的一个端口输出幅度连续变化的信号，另一端口接收功放的输出功率。第三代移动通信中用到的调制信号的峰均比大概在10dB左右，当功放的输出达到其1dB压缩点时，其功率将是功放模块额定输出功率的10倍。而功放模块的电源、外围电路都是在其额定功率的条件下设计的，如果将高于额定功率10倍的信号加在功放模块上，肯定会烧坏模块中的电源。传统的网分测试法不能用于大功率线性功放的1dB压缩点测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统和方法。

为了克服上述用网分测试1dB压缩点的常规方法存在的问题，本发明利用大功率功放模块的特点，结合频谱仪、信号源和PC机的远程控制技术，提出一种新的简单易行、成本低的实现大功率功放模块1dB压缩点的自动化测试系统及方法，本发明使仪表在PC机的远程控制下能够自动实现安全、精确、快速测试1dB压缩点输出功率，即在不损坏功放模块的前提下，使测试误差控制在0.1dB以内，在PC机的控制下大大提高测试效率。

本发明一方面提出一种大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统，包括信号源、频谱仪、PC机、一个交换机、隔离器、衰减器、测试控制盘；其中，

信号源、频谱仪、PC机三者通过网线连接到交换机组成局域网使得上述三者之间通过该局域网进行命令和数据的通信；信号源通过射频电缆与待测功放模块的下行输入口相连，信号源SG通过触发线和参考时钟线与频谱仪相连，所述的触发线和参考时钟线均为BNC同轴线，分别向频谱仪提供触发信号和参考时钟信号；待测功放模块的下行输出口用射频电缆依次与衰减器、隔离器以及频谱仪相连；PC机与控制盘之间通过RS232接口相连；测试控制盘与待测功放模块通过25芯连接器相连，测试控制盘给功放模块提供正常工作所必需的电源、通道控制、通信的信号，PC机通过控制程序控制信号源、频谱仪以及测试控制盘，并从频谱仪读取测试参数。

其中，信号源与频谱仪分别选用Agilent公司的4438C信号源、4445A频谱仪。

本发明另一方面提出一种利用如上所述测试系统的所述的系统的大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试方法，其特征在于包括：

A、校线，用信号源和频谱仪测出信号源到功放模块的下行输入端口的线损，以及频谱仪到功放模块的Ant端口到频谱仪此段的线损，并记录下来；在PC机的测试界面上配置相应的参数，包括输入输出信号的频率、信号源功率变化的范围、输入输出的线缆损耗补偿值、参考增益、信号保持时间、指标要求等参数；

B、通过测试控制盘配置功放的工作状态，在下行常发模式下测试，将模块下行链路中衰减器的值设为0，保证模块增益达到最大。检测模块的状态，包括通信是否完好，射频链路能否正常工作，如果不正常，则关闭信号源，然后提示故障，退出测试，否则继续测试步骤C；

C、配置信号源，设置信号频率，为了便于获取频谱仪的测试结果，控制输入信号幅度的改变，防止功放因为信号功率过大而损坏，每次信号的持续时间为20ms；

D、配置频谱仪，设置测试中心频率，带宽SPAN设为0，RBW设为最大8M，设置外部线损补偿值，电平参考值，将显示屏设为2dB/格；

E、开始测试，在待测功放模块进入非线性工作区后，通过二分法的原理来在搜索待测功放模块的1dB压缩点；

F、测试完后将测试过程中的数据显示到表格中，同时用坐标图绘出AM/AM曲线，保存测试结果。

其中所述步骤B到F是由PC机在电脑的控制下自动完成，步骤E进一步包括：

E1、在待测功放模块的线性工作区内等间隔递增功率，同时利用这些值的输出求出功放的线性增益，直至所述的功放模块进入非线性工作区；

E2、当所述功放模块进入非线性工作区后，在由E1步骤中等间隔取值的最后一个值与功放模块所允许输入的最大值所定义的非线性工作区间中，利用二分法搜索所述1dB压缩点，直至搜索到所述的1dB压缩点。

本发明可实现对大功率功放模块的1dB压缩点的自动化侧试，即能避免对功放的损坏，同时大大提高了测试速度和进度，测试误差控制在0.1dB，每块的测试时间缩短到30秒钟。

附图说明

图1是功放模块1dB压缩点的测试组网框图；

图2为利用二分法搜索1dB压缩点的示意图；

图3为本发明所述的功放1dB压缩点测试方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1示出了本发明的一个具体实施例的大功率功放模块1dB压缩点测试系统，所述系统包括信号源SG、频谱仪SA、PC机、一个交换机、2个隔离器(图中未示出)、衰减器、测试控制盘。其中，信号源SG、频谱仪SA、PC机三者通过网线连接到交换机组成局域网LAN使得上述三者之间可通过该局域网进行通信。信号源SG通过射频电缆与待测功放模块的下行输入口相连，信号源SG通过触发线和参考时钟线与频谱仪相连(所述的触发线和参考时钟线均未BNC同轴线)，分别向频谱仪提供触发信号和参考时钟信号。待测功放模块的下行输出口用射频电缆依次与衰减器、隔离器以及频谱仪相连。PC机与控制盘之间通过RS232接口相连；测试控制盘与待测功放模块通过25芯连接器相连，测试控制盘给功放模块提供正常工作所必需的电源、通道控制、通信的信号。本例中信号源SG与频谱仪SA以及待测功放模块分别选用Agilent公司的4438C信号源、4445A频谱仪，10瓦的TD-SCDMA功放模块，同时，PC机和仪表之间用Agilent公司的VISA-COM作为传输通道，通过可程控仪器标准指令(SCPI)操作仪表。

图2、图3详细说明了本发明的测试方法可表示的步骤流程：

1)搭建测试系统；

2)校线，用信号源和频谱仪测出信号源到功放模块的下行输入端口的线损，以及频谱仪到功放模块的Ant端口到频谱仪此段的线损，并记录下来。在PC机的测试界面上配置相应的参数，包括输入输出信号的频率、信号源功率变化的范围、输入输出的线缆损耗补偿值、参考增益、信号保持时间、指标要求等参数。

3)首先通过测试控制盘配置功放的工作状态，在下行常发模式下测试，将模块下行链路中衰减器的值设为0，保证模块增益达到最大。检测模块的状态，包括通信是否完好，射频链路能否正常工作(利用信号源给功放模块加个正常的单音信号，在频谱仪中观察输出是否正常)，如果不正常，首先关掉信号源，然后提示故障，退出测试。

4)配置信号源，设置信号频率，为了便于获取频谱仪的测试结果，控制输入信号幅度的改变，防止功放因为信号功率过大而损坏，每次信号的持续时间为20ms。

5)配置频谱仪，设置测试中心频率，带宽SPAN设为0，RBW设为最大8M，设置外部线损补偿值，电平参考值(测试过程中会根据信号的大小修正该值)，将显示屏设为2dB/格。

6)开始测试，其中，在功放模块进入非线性工作区后，通过二分法的原理来在搜索待测功放模块的1dB压缩点，具体流程如下：因为大功率信号可能会损坏功放，所以尽可能少的给功放加大信号，基于这个思想，首先在功放的线性范围内等间隔递增功率，同时利用这些值的输出求出功放的增益，直至所述功放模块的增益进入非线性工作区，也即所述功放的增益开始变化。然后，后面功率则取前面等间隔取值的最后一个值与允许最大值之间的中间值，读取频谱仪测得的输出功率，根据此点的输出功率判断1dB压缩点在此点的左边还是右边，然后继续取中间值，以此类推。图2所示的是一个在-40dBm到0dBm范围内找1dB压缩点的输入信号幅度改变的顺序。图2中最上面一行是输入功放信号的顺序，最下面一行标注的是其对应的功率。在-40到-20dBm内功率按等间隔递增，之后信号源输出功率变成-10dBm，此时功放模块的输出还没有到达1dB压缩点，故判断1dB压缩点在-10dBm右侧，下一次选择-5dBm输出，此时测试输出功率压缩超过1dB，下一次选择-7.5dBm，依次类推。将频谱仪设置成最大保持模式，接着打开信号源，同时PC机开始记时，持续20ms后将信号源关掉，之后PC从频谱仪读取当前的测试结果，读完数据之后，取消频谱仪的最大保持，清除之前的结果；判断读取的结果是否满足1dB压缩点的条件，若满足条件记录结果退出测试，否则根据上面介绍的原理计算下一次信号源输出的功率，将频谱仪再次设置为最大保持模式，进行新一轮的测试，直到满足条件为止。

7)测试完后将测试过程中的数据显示到表格中，同时用坐标图绘出AM/AM曲线，保存测试结果。

在上述的测试技术方案中，信号源输出的每个功率等级信号持续时间为20ms，实验证明1dB压缩点附近的功率在此时间内不会损坏功放；同时，信号源功率的调整按照逐次逼近的顺序，具体过程在后面会有详细介绍，这样可以减少输入大功率信号的次数，增加功放的安全性，同时提高测试精度和速度；而且，信号源在发送信号期间，PC机仅用于监控信号源，屏蔽掉其它应用进程，提高电脑对信号源控制的可靠性。

因此本发明的技术方案构建的测试系统成本低，简单易于实现，操作简单。该测试充分发挥了PC和仪表之间的远程控制技术的优势，通过少量的程序开发，便可实现对大功率功放模块的1dB压缩点的自动化侧试，上面描述的2—6步在PC机的控制下自动完成，即能避免对功放的损坏，同时大大提高了测试速度和进度，测试误差控制在0.1dB，每块的测试时间缩短到30秒钟。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试系统，包括信号源、频谱仪、PC机、交换机、隔离器、衰减器、测试控制盘；其中，

信号源、频谱仪、PC机三者通过网线连接到交换机组成局域网使得上述三者之间通过该局域网进行命令和数据的通信；信号源通过射频电缆与待测功放模块的下行输入口相连，信号源SG通过触发线和参考时钟线与频谱仪相连，所述的触发线和参考时钟线均为BNC同轴线，分别向频谱仪提供触发信号和参考时钟信号；待测功放模块的下行输出口用射频电缆依次与衰减器、隔离器以及频谱仪相连；PC机与控制盘之间通过RS232接口相连；测试控制盘与待测功放模块通过25芯连接器相连，测试控制盘给功放模块提供正常工作所必需的电源、通道控制、通信的信号，PC机通过测试程序控制信号源、频谱仪以及测试控制盘，并且根据频谱仪和信号源上传的参数计算测试结果。

2.如权利要求1所述的测试系统，其中，信号源与频谱仪分别选用Agilent公司的4438C信号源、4445A频谱仪。

3.一种利用如权利要求1所述的系统的大功率射频功放模块1dB压缩点的自动化测试方法，其特征在于包括：

A、校线，用信号源和频谱仪测出信号源到功放模块的下行输入端口的线损，以及频谱仪到功放模块的天线口(Ant)此段的线损，并记录下来；在PC机的测试界面上配置相应的参数，包括输入输出信号的频率、信号源功率变化的范围、输入输出的线缆损耗补偿值、参考增益、信号保持时间、指标要求等参数；

B、通过测试控制盘配置功放的工作状态，在下行常发模式下测试，将模块下行链路中衰减器的值设为0，保证模块增益达到最大。检测模块的状态，包括通信是否完好，射频链路能否正常工作，如果不正常，则关闭信号源，然后提示故障，退出测试，否则继续测试步骤C；

C、配置信号源，设置信号频率，为了便于获取频谱仪的测试结果，控制输入信号幅度的改变，防止功放因为信号功率过大而损坏，每次信号的持续时间为20ms；

D、配置频谱仪，设置测试中心频率，带宽SPAN设为0，RBW设为最大8M，设置外部线损补偿值，电平参考值，将显示屏设为2dB/格；

E、开始测试，在待测功放模块进入非线性工作区后，通过二分法的原理来在搜索待测功放模块的1dB压缩点的输入和输出功率；

F、测试完后将测试过程中的数据显示到表格中，保存测试结果。

4.如权利要求3所述的测试方法，其中所述步骤E进一步包括：

E1、在待测功放模块的线性工作区内等间隔递增输入信号功率，同时利用这些值的输出求出功放的线性增益，直至所述功放模块的进入非线性工作区；

E2、当所述功放模块进入非线性工作区后，在由E1步骤中等间隔取值的最后一个值与功放模块所允许输入的最大值所定义的非线性工作区间中，利用二分法搜索所述1dB压缩点，直至搜索到所述的1dB压缩点。

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