CN102680826A - 一种利用矢量网络分析仪实现内嵌本振变频器测试的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用矢量网络分析仪进行内嵌本振变频器测试的方法，矢量网络分析仪先进行粗略扫描，确定本振大概的工作频率，再进行精确扫描，通过相位与时间曲线确定频率偏差，然后调谐参考通道相位与内嵌本振信号相位匹配，最后进行变频器测量校准。本发明解决了目前利用多台仪器、设备组成测试系统带来的体积庞大、成本昂贵、测试过程复杂、测试速度慢、测量精度差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用矢量网络分析仪实现内嵌本振变频器测试的方法。
背景技术
随着现代技术的发展，通信系统越来越复杂，尤其是卫星通信系统，为了提高系统终端等通信设备的整体性能，需要精确测量系统组成各个部分的矢量传输特性，仅测量设备传统的幅频传输特性已不能满足系统设计要求，更多矢量参数特性的精确测量对系统性能的提高愈来愈迫切。内嵌本振变频器在卫星转发器上有广泛的应用，这些变频器的性能，尤其是群时延性能，直接决定了通信系统的稳定性、误码率等性能指标，对其进行精确测试显见是非常必要的。
目前，对内嵌本振变频器进行测试的方法如下：
激励响应法：该方法通过信号源和频谱分析仪组成测试系统，通过外加双定向耦合器完成内嵌本振变频器的变频增益和输入匹配的测试。激励响应法测试图如图1所示，该图中包括信号源、频谱分析仪、双定向耦合器、被测件(内嵌本振变频器)。测试过程：信号源产生点频信号送入双定向耦合器反射输入端口，从反射耦合端口可以测量入射信号的幅度，入射信号经过参考输入端口直接送入内嵌本振变频器，通过内嵌本振变频器的输出即可得到变频增益指标，及通过双定向耦合器的参考耦合输出得到输入匹配指标。
载波调制法：该方法是利用网络的包络时延来进行测试，通过信号源与双通道示波器组建测试系统进行测试。采用这种方法不要求测试系统的信号和被测件的信号之间是相位相参的关系，所以在测试的时候不需要把被测件的本振信号引入测试系统，可以测试内嵌本振变频器的群时延指标。信号源产生窄带调频载波信号，调频信号被分成两路，一路送入被测件的输入端，作为测试信号使用，另一路作为参考信号直接进入示波器进行测试，通过参考信号和被测件输出端的信号的相位差，用下面的公式就可以计算出群时延。
τd＝-Δφ/360*fMod (1)
其中：Δφ为参考信号和被测件输出端的信号的相位差，fMod为被调制的载波信号频率。
激励响应法测试时，测试系统很复杂，测试时间长，由于需要引入双定向耦合器，增加了测量误差，测试精度较差，并且采用逐点测试，只能测试被测件的标量指标，并不能对矢量参数特性进行描述。
载波调制法测试被测件的输出信号时，受示波器测试频率限制，经常要接入下变频器先把信号变频到较低的频率，这样无形中增加了测试成本，同样下变频器的群时延参数也要事先表征出来，这并不是容易做的工作，而且这种方法测试时间长，在测试精度上也差很多。
发明内容
本发明解决了目前利用多台仪器、设备组成测试系统带来的体积庞大、成本昂贵、测试过程复杂、测试速度慢、测量精度差等问题。
本发明的技术方案是：一种利用矢量网络分析仪实现内嵌本振变频器测试的方法，
第一步进行粗略扫描，也就是让接收机在一定宽度的频率范围内进行扫描，确定本振大概的工作频率；
在进行粗略扫描之前，先要设定一个本振频率的偏差范围，还要设置扫描点数，以大致确定扫描的宽度和频率分辨率；还可设置叠代扫描次数和误差容限，在每次扫描结束后以一定的步进缩小扫描宽度，使得扫描结果更加接近于实际的本振频率；在实际测量过程中会检测到2个信号，一个是被测本振信号的真实值，另外一个是它的镜像信号，这是因为外部输入的本振信号可以看作是一个固定的点频信号，而网络仪的接收机本振是在扫频，必然会产生间隔为二倍中频信号的2个频率点，而矢量网络分析仪采用的是高本振方案，因此需要把频率低的信号滤掉，高频率信号为测试本振信号的真正信号，然后逐渐缩小频宽，逼近真实值；
第二步进行精确扫描，这一步是点频连续波扫描，接收机频率调谐至第一步扫描得到的本振频率，通过扫描确定本振的相位随时间的变化，通过绘制的相位与时间曲线，选取2个点，分别是mark1和mark2，测得这2个点的时间和相位值，通过下面的公式精确地确定频率偏差，进而计算出本振的工作频率。
第三步是调谐矢量网络分析仪内部的参考通道相位与被测件的内嵌本振信号相位匹配；
第四步是进行矢量网络分析仪的变频器测量校准。
本发明利用矢量网络分析仪进行内嵌本振变频器测试，经过矢量网络分析仪后台测试，快速地计算出内嵌本振频率，执行变频器的矢量校准后即可快速、准确地对内嵌本振变频器的变频增益、增益平坦度、相移和群时延、端口匹配等指标进行测试，操作简单方便，测试精度高，大大地缩短了测试时间。
附图说明
图1是激励响应法测试图。
图2是载波调制法测试图。
图3是内嵌本振变频器示意图。
图4是内嵌本振变频器测试的处理流程图。
图5是利用矢量网络分析仪进行内嵌本振变频器测试图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
内嵌本振变频器是频率变换器件的一种类型，只是本振源内置于变频器之中，而且其本振源的时钟/时基不能与外部设备同步。当测量内嵌本振变频器时，变频器内置本振的具体工作频率是一个未知量，本振实际工作频率与其标称频率有偏移。因此，如何测量此类器件的各项指标是一个难题。图3所示即为一种典型的内嵌本振变频器示意图。
测量时内嵌本振变频器的输入射频信号由矢量网络分析仪的内置激励源提供，其对于网络仪是一个已知量，但是本振信号是一个未知量，因此变频器输出的中频信号是一个未知量。矢量网络分析仪的接收装置必须精确知道中频输出信号的频率，才能进行变频器的测量，所以首先要测量实际中频信号的频率，通过测量结果和已知输入的射频信号，可以计算出本振频率。图4是利用矢量网络分析仪进行内嵌本振变频器测试的处理流程图。整个测量过程如下：
第一步进行粗略扫描，也就是让接收机在一定宽度的频率范围内进行扫描，确定本振大概的工作频率。
在进行粗略扫描之前，先要设定一个本振频率的偏差范围，还要设置扫描点数，以大致确定扫描的宽度和频率分辨率。还可以设置叠代扫描次数和误差容限，在每次扫描结束后以一定的步进缩小扫描宽度，使得扫描结果更加接近于实际的本振频率。在实际测量过程中会检测到2个信号，一个是被测本振信号的真实值，另外一个是它的镜像信号，这是因为外部输入的本振信号可以看作是一个固定的点频信号，而网络仪的接收机本振是在扫频，必然会产生间隔为二倍中频信号的2个频率点，而矢量网络分析仪采用的是高本振方案，因此需要把频率低的信号滤掉，高频率信号为测试本振信号的真正信号，然后逐渐缩小频宽，逼近真实值。
第二步进行精确扫描，这一步是点频连续波扫描，接收机频率调谐至第一步扫描得到的本振频率，通过扫描确定本振的相位随时间的变化，通过绘制的相位与时间曲线，选取2个点，分别是mark1和mark2，测得这2个点的时间和相位值，通过下面的公式精确地确定频率偏差，进而计算出本振的工作频率。
这里也存在一个叠代扫描的问题：在扫描结束计算出频率偏差之后，再按照新的频率设置接收机频率，然后再扫描，再计算......直到频率偏差计算结果小于预先设置的容限为止。扫描的时间跨度和扫描点数设置也比较关键，如果设置不恰当，有可能得不到预期的测量值或者会影响测量精度。
第三步是调谐矢量网络分析仪内部的参考通道相位与被测件的内嵌本振信号相位匹配。
第四步是进行矢量网络分析仪的变频器测量校准。变频器校准需要参考混频器和校准混频器。参考混频器提供相位参考，由于要进行变频器的群时延测量，实际上就是测量S21＝B/R1，S21定义的前提就是B测试接收机的工作频率必须与R1参考接收机一致，如果频率不一致，无法测量S21相位信息。当测量变频器时，R1工作在射频，而B工作在中频，为了使R1与B接收机工作频率一致，必须把到达R1接收机的射频信号变频到中频，因此需要接入参考混频器。
通过矢量网络分析仪测量传统S参数，必须对矢量网络分析仪进行校准。双端口校准，即在端口1和端口2分别做开路、短路和负载校准，然后做直通校准。对于变频器同样也是做双端口校准，但是由于端口1和2的工作频率不一样，可以对传统双端口校准进行演变实现，即端口1在射频频率做开路、短路和负载校准，端口2在中频频率做开路、短路和负载校准，由于直通两段的工作频率不一样，从而引入校准变频器作为变频的直通件实现直通校准。校准变频器的特性必须是互易的，并且之后必须增加一个能抑制校准变频器输出端产生的变频产物的滤波器，同时校准变频器还需要通过表征获取方向性，源匹配和反射跟踪三项特性，可以在它的输出端连接开路、短路、负载标准件进行单端口校准即可完成。校准完成之后，直接连接被测件进行测量即可。如果被测内嵌本振变频器满足校准混频器要求的条件，在校准过程中也可以直接使用被测件作为校准变频器。
经校准后可以测得内嵌本振变频器的变频增益、增益平坦度、相移和群时延、端口匹配等一系列标量或者矢量参数。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用矢量网络分析仪实现内嵌本振变频器测试的方法，其特征在于，
第一步进行粗略扫描，也就是让接收机在一定宽度的频率范围内进行扫描，确定本振大概的工作频率；
在进行粗略扫描之前，先要设定一个本振频率的偏差范围，还要设置扫描点数，以大致确定扫描的宽度和频率分辨率；还可设置叠代扫描次数和误差容限，在每次扫描结束后以一定的步进缩小扫描宽度，使得扫描结果更加接近于实际的本振频率；在实际测量过程中会检测到2个信号，一个是被测本振信号的真实值，另外一个是它的镜像信号，这是因为外部输入的本振信号可以看作是一个固定的点频信号，而网络仪的接收机本振是在扫频，必然会产生间隔为二倍中频信号的2个频率点，而矢量网络分析仪采用的是高本振方案，因此需要把频率低的信号滤掉，高频率信号为测试本振信号的真正信号，然后逐渐缩小频宽，逼近真实值；
第二步进行精确扫描，这一步是点频连续波扫描，接收机频率调谐至第一步扫描得到的本振频率，通过扫描确定本振的相位随时间的变化，通过绘制的相位与时间曲线，选取2个点，分别是mark1和mark2，测得这2个点的时间和相位值，通过下面的公式精确地确定频率偏差，进而计算出本振的工作频率，
第三步是调谐矢量网络分析仪内部的参考通道相位与被测件的内嵌本振信号相位匹配；
第四步是进行矢量网络分析仪的变频器测量校准。
2.根据权利要求1所述的内嵌本振变频器的测试方法，其特征在于确定被测内嵌本振变频器的本振工作频率。
3.根据权利要求2的内嵌本振变频器的测试方法，其特征在于设置矢量网络分析仪的一路信号源和接收机为固定频率，作为内嵌本振变频器的输入射频信号，另一路信号源和接收机为扫频，通过测量幅度峰值和镜频抑制确定内嵌本振变频器的输出中频频率。
4.根据权利要求1的内嵌本振变频器的测试方法，其特征在于应用相位与时间曲线确定频率偏差。
5.根据权利要求1的内嵌本振变频器的测试方法，其特征在于调谐参考通道相位与内嵌本振信号相位匹配。
6.根据权利要求1的内嵌本振变频器的测试方法，其特征在于进行矢量网络分析仪变频器测量校准，引入参考混频器提供相位参考，端口1在射频频率做开路、短路和负载校准，端口2在中频频率做开路、短路和负载校准，引入校准变频器作为变频的直通件实现直通校准。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |