发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准方法和装置。
本发明的技术方案如下:
一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,包括相互连接的两个信号源、两个衰减器、两个功率放大器、两个温度探测及处理模块、隔离器、合路器、双工器、和接收机以及主控计算机,其中,还包括两个温度探测及处理模块分别与所述两个功率放大器相连接,用于实时探测两个功率放大器的工作温度。
所述的基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,其中,所述温度探测及处理模块由温度传感器、A/D转换模块及微处理器组成;所述温度传感器,用于实时检测功率放大器的工作温度变化,把温度信号转化为电信号;所述A/D转换模块,用于将电信号转换为数字信号;所述微处理器,用于将数字信号处理成为功率放大器的工作温度信息。
所述的基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,其中,所述主控计算机控制所述两个信号源对信号源输出频率的校准;所述主控计算机控制两路载波功率精确地稳定在43dBm上;所述主控计算机使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准。
所述的基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,其中,所述控计算机控制所述两个信号源对信号源输出频率的校准的方法为:对输出载波信号的频率进行测量,得到每个信号源的系统误差,然后进行频率修正;设置信号源的输出频率为FS,对输出载波信号测量得到的频率是Fm,如两者不等,则定义频率误差是ΔFS,则有ΔFS=Fs-Fm,此时将信号源的输出频率设置为FS+ΔFs;
所述主控计算机控制两路载波功率精确地稳定在43dBm上的方法为:选取n+1个温度点进行测试,假设温度点的间隔为ΔT,则n+1个温度点用以下公式表示:
测试温度点:T0=Tmin
测试温度点:T1=T0+ΔT
测试温度点:T2=T0+2ΔT
……
测试温度点:Tn=T0+nΔT
定义Tmax=Tn,则校准数据的温度区间是[Tmin,Tmax];
其次,在每一温度点以一定的频率步进ΔF扫描信号源,设总共有m+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点:FTx.0=Fmin
测试频率点:FTx.1=Fmin+ΔF
测试频率点:FTx.2=Fmin+2ΔF
……
测试频率点:FTx.m=Fmin+mΔF
定义
则校准数据的频率区间是[F
min,F
max]。
定义信号源的输出功率是PS,放大器的功率增益为PA,发射通道的插损为PTL,测试端口1的输出功率为POUT,测试端口输出的载波信号的功率误差为ΔPOUT,则关系式为:
POUT=PS+PA-PTL;
ΔPOUT=POUT-43;
再次,依次将无源互调测试系统中大功率放大器工作温度稳定在上述n+1个温度点上,并依次在每个温度点上以一定的频率步进扫频信号源,同时对测试端口1输出的载波功率进行测量,得到不同校准温度点的(n+1)组输出功率的测量数据,从而形成输出功率POUT的(n+1)*(m+1)数组,通过公式ΔPOUT=POUT-43,则得到ΔPOUT的(n+1)*(m+1)数组,并将误差数据保存在主控计算机的校准数据文件中,调整信号源的输出功率PS,把信号源的输出功率设置为PS-ΔPout;
最后,设置实际测试时的温度是tx、频率是fy,搜索ΔPOUT数组中数据,找出温度和频率最接近的点,并用温度和频率最接近的点的ΔPOUT的来计算信号源的设置功率值;
所述搜索最近的温度点的步骤如下:
首先,判断t
x是否在[T
min,T
max]内,是则使用公式
计算,其中,k为实数,并且k能够分解成k=A+b的形式,其中A是整数,0≤b<1,如果0≤b≤0.5,则最近的温度点是T
A,否则是T
A+1;
如果tx不在[Tmin,Tmax]内,则判断tx是否比Tmin小,如果是,则最近的温度点是Tmin,否则是Tmax;
所述搜索最近的频率点的步骤如下:
首先,判断f
y是否在[F
min,F
max]内,是则使用
计算,其中,j为实数,且j一定能够分解成j=C+d的形式,其中C是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的频率点是F
c,否则是F
C+1;
如果fy不在[Fmin,Fmax]区间内,则判断fy是否比Fmin小,如果是,则最近的频率点是Fmin,否则是Fmax,确定最佳的误差数据点,然后使用该误差数据点的误差数据得到需要设置的功率值;
所述主控计算机使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准的方法为:设定信号发生器的输出信号的功率为Pg,以一定的扫描步进ΔFR扫描信号发生器,设总共有k+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点FR.0=Fmin;
测试频率点FR.1=Fmin+ΔF;
测试频率点FR.2=Fmin+2ΔFR;
……
测试频率点FR.k=Fmin+kΔFR;
定义Fmax=FR.k,则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax];
扫描信号发生器的同时使用高精度的功率计测量信号发生器连接电缆输出端的每一个频点的信号大小为PIM,共得到k+1个频点的数据,记录测量到的功率值PR,得到一组功率值;定义接收通道和测量接收机造成的测量误差为PRL,则有公式为:PR=PIM-PRL;
在实际测试时,假设被测信号的大小是PReal,接收机测量到的测量值是PR,则有公式为:PReal=PR+PRL;
如果实际测试信号的频率是fx,则使用的智能搜索算法如下:
判断f
x是否在[F
min,F
max]内,是则使用公式,
计算,其中,j为实数,j能够分解成j=E+d的形式,其中E是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的校准频率点是F
E,否则是F
E+1;
如果fx不在[Fmin,Fmax]内,则判断fx是否比Fmin小,如果是,则最近的校准频率点是Fmin,否则是Fmax;确定了最近频点的误差数据,然后根据公式PReal=PR+PRL给出的关系,使用此误差数据通过主控程序对接收机测量到的测量值PR进行修正,则得到了被测信号精确的PReal值。
一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准方法,其中,包括以下步骤:
步骤一:将测试端口1进行信号源输出频率的校准;
步骤二:将在不同测量频率点上端口1输出的两路载波功率精确地稳定在43dBm上;
步骤三:使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准。所述的校准方法,其中,所述步骤一中,进行信号源输出频率的校准的方法为:对输出载波信号的频率进行测量,得到每个信号源的系统误差,然后进行频率修正;设置信号源的输出频率为FS,对输出载波信号测量得到的频率是Fm,如两者不等,则定义频率误差是ΔFS,则有ΔFS=Fs-Fm,此时将信号源的输出频率设置为FS+ΔFs。
所述的校准方法,其中,所述步骤二的具体方法为:
选取n+1个温度点进行测试,假设温度点的间隔为ΔT,则n+1个温度点用以下公式表示:
测试温度点:T0=Tmin
测试温度点:T1=T0+ΔT
测试温度点:T2=T0+2ΔT
……
测试温度点:Tn=T0+nΔT
定义Tmax=Tn,则校准数据的温度区间是[Tmin,Tmax];
其次,在每一温度点以一定的频率步进ΔF扫描信号源,设总共有m+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点:FTx.0=Fmin
测试频率点:FTx.1=Fmin+ΔF
测试频率点:FTx.2=Fmin+2ΔF
……
测试频率点:FTx.m=Fmin+mΔF
定义则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax]。
定义信号源的输出功率是PS,放大器的功率增益为PA,发射通道的插损为PTL,测试端口1的输出功率为POUT,测试端口输出的载波信号的功率误差为ΔPOUT,则关系式为:
POUT=PS+PA-PTL;
ΔPOUT=POUT-43;
再次,依次将无源互调测试系统中大功率放大器工作温度稳定在上述n+1个温度点上,并依次在每个温度点上以一定的频率步进扫频信号源,同时对测试端口1输出的载波功率进行测量,得到不同校准温度点的(n+1)组输出功率的测量数据,从而形成输出功率POUT的(n+1)*(m+1)数组,通过公式ΔPOUT=POUT-43,则得到ΔPOUT的(n+1)*(m+1)数组,并将误差数据保存在主控计算机的校准数据文件中,调整信号源的输出功率PS,把信号源的输出功率设置为PS-ΔPout;
最后,设置实际测试时的温度是tx、频率是fy,搜索ΔPOUT数组中数据,找出温度和频率最接近的点,并用温度和频率最接近的点的ΔPOUT的来计算信号源的设置功率值。
所述的校准方法,其中,所述搜索最近的温度点的步骤如下:
首先,判断t
x是否在[T
min,T
max]内,是则使用公式
计算,其中,k为实数,并且k能够分解成k=A+b的形式,其中A是整数,0≤b<1,如果0≤b≤0.5,则最近的温度点是T
A,否则是T
A+1;
如果tx不在[Tmin,Tmax]内,则判断tx是否比Tmin小,如果是,则最近的温度点是Tmin,否则是Tmax。
所述的校准方法,其中,所述搜索最近的频率点的步骤如下:
首先,判断fy是否在[Fmin,Fmax]内,是则使用计算,其中,j为实数,且j一定能够分解成j=C+d的形式,其中C是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的频率点是Fc,否则是FC+1;
如果fy不在[Fmin,Fmax]区间内,则判断fy是否比Fmin小,如果是,则最近的频率点是Fmin,否则是Fmax,确定最佳的误差数据点,然后使用该误差数据点的误差数据得到需要设置的功率值。
所述的校准方法,其中,所述步骤三的步骤如下:
设定信号发生器的输出信号的功率为Pg,以一定的扫描步进ΔFR扫描信号发生器,设总共有k+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点FR.0=Fmin;
测试频率点FR.1=Fmin+ΔF;
测试频率点FR.2=Fmin+2ΔFR;
……
测试频率点FR.k=Fmin+kΔFR;
定义Fmax=FR.k,则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax];
扫描信号发生器的同时使用高精度的功率计测量信号发生器连接电缆输出端的每一个频点的信号大小为PIM,共得到k+1个频点的数据,记录测量到的功率值PR,得到一组功率值;定义接收通道和测量接收机造成的测量误差为PRL,则有公式为:PR=PIM-PRL;
在实际测试时,假设被测信号的大小是PReal,接收机测量到的测量值是PR,则有公式为:PReal=PR+PRL;
如果实际测试的频率是fx,则使用的智能搜索算法如下:
判断f
x是否在[F
min,F
max]内,是则使用公式,
计算,其中,j为实数,j能够分解成j=E+d的形式,其中E是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的校准频率点是F
E,否则是F
E+1;
如果fx不在[Fmin,Fmax]内,则判断fx是否比Fmin小,如果是,则最近的校准频率点是Fmin,否则是Fmax;确定了最近频点的误差数据;然后根据公式PReal=PR+PRL给出的关系,使用最近频点的误差数据PRL通过主控程序对接收机测量到的测量值PR进行修正,则得到了被测信号精确的PReal值。
采用上述方案:
1.通过程控的方式进行校准,优化了校准过程,减小了校准操作的时间。
2.通过在硬件电路中添加温度采集及处理模块使主控程序能够实时地采集到无源互调测试系统中大功率放大器的工作温度。
3.通过多组误差数据的测试、保存、运算以及智能搜索算法的运用,能够在不同的工作温度和测量频率下精确地调整信号源输出功率大小,从而解决了由大功率放大器工作温度和频率变化所引起无源互调测试系统输出载波功率不稳定的问题,有效地保证了输出的两路载波功率更精确地稳定在43dBm上,满足了对载波信号功率的标准要求。
4.通过扫描高精度信号发生器进行相关信号的测量和记录,把得到的测量数据进行数学运算就得到了无源互调测试系统在不同测量频率点的误差数组。在实际测量中先通过智能搜索算法找到最近频点的误差数据,然后使用程序修正测量值,从而完成了无源互调测试系统测试准确度的校准,显著地提高了测试系统的测量准确度。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明不仅要解决无源互调测试系统在不同工作温度下和不同频率下输出(双音)载波功率不能稳定在43dBm(20W)上的问题,还要解决测试系统在整个测量频段范围内测试准确度的校准问题。主要包括以下三个方面:
1.通过在硬件电路中添加温度采集及处理模块使主控程序能够实时地采集到无源互调测试系统中大功率放大器的工作温度。
2.通过程控的方式对测试端口输出的两路载波功率值分别在不同的温度点和频率点进行多组测试并保存测得的数据,并把这些数据与43dBm进行数学运算从而得到输出载波功率的误差值。在实际测量中使用智能搜索算法找到最近校准点的误差数据,然后再通过程控的方式设置信号源的输出功率,从而保证了无源互调测试系统输出的两路载波信号的功率都能更精确地稳定在43dBm上,满足了对载波信号功率的标准要求。
3.通过程控的方式在接收频段范围内扫描高精度信号发生器,并使用功率计测量高精度信号发生器连接电缆输出端的功率值并保存,然后保持同样的设置扫描高精度信号发生器,记录接收机测到的功率值,通过运算得到测试系统的测量误差数组。在实际测量中通过智能搜索算法找到最近频点的误差数据,然后使用程序修正测量值,从而完成了无源互调测试系统测试准确度的校准。
如图1所示,本发明提供一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,无源互调测试系统主要由两个信号源、两个衰减器、两个功率放大器、两个温度探测及处理模块、隔离器、合路器、双工器、和接收机以及主控计算机组成。当进行测试时,两个信号源输出的射频信号通过衰减器后进入到功率放大器,然后经过一个低无源互调合路器将两路载波信号合为一路,再通过一个低无源互调双工器输出到测试端口。无源互调测试系统有两个测试端口即端口1和端口2,如果进行反射无源互调测试,只需使用测试端口1,如果进行传输无源互调测试,就需要用到两个测试端口。本发明中还包括两个温度探测及处理模块,分别用于实时探测两个功率放大器的工作温度。温度探测及处理模块的原理框图如图1所示,温度传感器101用于实时检测无源互调测试系统内部大功率放大器的工作温度变化,把温度信号转化为电信号,电信号经过A/D转换模块102变换后,经由微处理器103上传到主控计算机,由主机上的处理从而得到大功率放大器的工作温度信息。
无源互调测试系统的校准必须解决以下三个方面的问题。
⑴测试端口1输出的两路载波的频率是否准确的问题;
⑵在不同测量频率点上端口1输出的两路载波功率能否精确地稳定在43dBm上的问题;
⑶无源互调测试系统测量准确度的校准问题。
对于问题⑴解决方法是:
无源互调测试系统首先要进行信号源输出频率的校准,使用更精密的频率计对输出载波信号的频率进行测量,得到每个信号源的系统误差,然后进行频率修正,使输出频率更精确。例如:如果设置信号源的输出频率为FS,但使用精密的频率计对输出载波信号测量得到的频率是Fm,两者不等。定义频率误差是ΔFS。则有ΔFS=Fs-Fm。要想让输出载波信号的频率满足实际测试需求,需通过程控命令方式把信号源的输出频率设置为FS+ΔFs。通常情况下,信号源的系统误差在一定的频率范围内还是比较稳定的,使用上述的修正方法就可以保证在测试频段范围内输出信号的频率是准确的。
使用智能搜索算法解决无源互调测试系统测试端口1输出的两路载波信号功率不能精确地稳定在43dBm的问题。
由于不同的测量频率点上、不同的工作温度下大功率放大器输出功率非线性会造成测试端口1输出的两路载波功率不能稳定在43dBm上,不能满足实际测试对功率的要求,就会导致被测件的测试指标不可靠且不具有可比性。为了解决这个问题,就必须对端口1输出的两路载波信号的功率进行校准。为了提高校准精度,我们需要在测量频率范围之内,不同的温度点进行扫频载波信号,并测量端口1输出的载波信号功率值。例如:
首先,选取n+1个温度点进行测试,假设温度点的间隔为ΔT,这n+1个温度点可以用以下公式表示:
测试温度点T0=Tmin
测试温度点T1=T0+ΔT
测试温度点T2=T0+2ΔT
……
测试温度点Tn=T0+nΔT
定义Tmax=Tn,这样这个校准数据的温度区间是[Tmin,Tmax]。
其次,在每一温度点以一定的频率步进ΔF扫描信号源,假设总共有m+1个频率点,可以用以下公式表示:
测试频率点FTx.0=Fmin
测试频率点FTx.1=Fmin+ΔF
测试频率点FTx.2=Fmin+2ΔF
……
测试频率点FTx.m=Fmin+mΔF
定义
这样这个校准数据的频率区间是[F
min,F
max]。
定义信号源的输出功率是PS,放大器的功率增益为PA,发射通道的插损为PTL,测试端口1的输出功率为POUT,测试端口输出的载波信号的功率误差为ΔPOUT,有下面的关系式:
POUT=PS+PA-PTL (2)
ΔPOUT=POUT-43 (3)
上述中,进一步而言,在获取端口1输出的载波功率误差数据时,使用大型的环境温度实验箱依次将无源互调测试系统中大功率放大器工作温度稳定在上述n+1个温度点上,并依次在每个温度点上以一定的频率步进扫频信号源,同时对测试端口1输出的载波功率进行测量,这样就得到不同校准温度点的(n+1)组输出功率的测量数据,从而形成输出功率POUT的(n+1)*(m+1)数组,通过公式(3)就会得到ΔPOUT的(n+1)*(m+1)数组,并将误差数据保存在主控计算机的校准数据文件内。使用这种方法对两个信号源分别进行校准数据测试就会得到它们各自的误差数据的数组。为了保证在每个测量频点上测试端口1输出功率为43dBm,就需要调整信号源的输出功率PS,把信号源的输出功率设置为PS-ΔPout,从而保证输出功率为43dBm。
假如实际测试时的温度是tx、频率是fy,要保证端口1的输出功率是43dBm,就要搜索ΔPOUT数组中数据,找出温度和频率最接近的点,并用那个点ΔPOUT的来计算信号源的设置功率值,并通过程控的方式进行设置,从而保证载波的功率是43dBm。所使用的智能搜索算法具体内容和步骤如下:
步骤一:搜索最近的温度点
首先,判断tx是否在[Tmin,Tmax]内?
如果在区间内,计算
k是实数,k一定能够分解成k=A+b的形式,其中A是整数,0≤b<1。如果0≤b≤0.5,则最近的温度点是T
A,否则是T
A+1。
如果tx不在[Tmin,Tmax]内,则判断tx是否比Tmin小,如果是,则最近的温度点是Tmin,否则是Tmax。
步骤二:搜索最近的频率点
首先,判断fy是否在[Fmin,Fmax]内?
如果是在区间内,
j是实数,j一定能够分解成j=C+d的形式,其中C是整数,0≤d<1。如果0≤d≤0.5,则最近的频率点是F
c,否则是F
C+1。
如果fy不在[Fmin,Fmax]区间内,则判断fy是否比Fmin小,如果是,则最近的频率点是Fmin,否则是Fmax。
通过上述两个步骤就找到了最佳的误差数据点,然后使用该点的误差数据进行计算得到要设置的功率值,并通过程控命令的方式设置信号源的输出功率,从而保证测试端口的两路载波功率都是43dBm,流程图如图2所示,图2中,程序开始后进入:S101:获取工作环境的温度t
x和测量频率点f
y;S102:判断t
x是否落在测量误差时的温度区间范围之内,如果是,则进入S103,如果否则进入S111;S103:搜索到最近的温度点;S104:温度点搜索完成,得到的温度点是测量误差时温度区间范围之内的第X个温度点,用T
X表示,其中X是整数,且0≤X≤n+1,T
X=T
0+XΔT;S105:判断f
y是否落在测量误差时的频率区间范围之内,如果是,则进入S106,如果否进入S114;S106:搜索到最近的频率点;S107:频率点搜索完成,得到的频率点是在测量误差时频率区间范围之内的频率点,并且是在温度T
X下的第Y个频点,用
表示,其中Y是整数,且0≤Y≤m+1,
S108:在主控计算机内通过程序在(n+1)行(m+1)列的ΔP
OUT数组中找到最佳的误差数据点,即该数组中第X行第Y列的ΔP
OUT值;S109:设置信号源的输出功率;S110:判断扫频是否结束,是则结束,否则进入S101;S111:判断t
x是否比T
min小,如果是,进入S112,如果否,进入S113;S112:搜索到最近的温度点是T
min后进入S104;S113:搜索到最近的温度点是T
max后进入S104;S114:判断f
y是否比F
min小,如果是,进入S116,如果否进入S115;S116:搜索最近的频率点是F
min后进入S107;S115:搜索最近的频率点是F
max后进入S107。
3.使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准。
在无源互调测试系统的接收通道中也存在测量误差因素,要保证测试的准确性就必须消除这些误差的影响。主要有两个部分的误差因素,一是从测试系统的测试端口到接收机这段接收通道的插入损耗所造成的误差,二是接收机的测量误差。这些误差的大小和测量频点不同是密切相关的。以测量三阶无源互调信号为例,用一个高精度的信号发生器模拟所产生互调信号,频率为2f1-f2或2f2-f1,信号的频率要和实际测试的频段相对应。把这个已知的信号送至无源互调测试系统端口1或端口2,然后读出接收机测得信号的值,通过运算得到测量误差数组。无源互调的校准包括反射模式的无源互调测量准确度校准和传输模式的无源互调测量准确度的校准。
为了提高校准的准确度,需要测量信号发生器连接电缆输出端的功率电平。具体步骤如下:
设定信号发生器的输出信号的功率为Pg,以一定的扫描步进ΔFR扫描信号发生器,假设总共有k+1个频率点,可以用以下公式表示:
测试频率点FR.0=Fmin
测试频率点FR.1=Fmin+ΔF
测试频率点FR.2=Fmin+2ΔFR
……
测试频率点FR.k=Fmin+kΔFR
定义Fmax=FR.k,这样这个校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax]。
扫描信号发生器的同时使用高精度的功率计测量信号发生器连接电缆输出端的每一个频点的信号大小PIM,共得到k+1个频点的数据,并把这些数据保存到文件中。然后信号发生器通过低互调电缆与无源互调测试系统的端口1相连接,低无源互调匹配负载通过低互调电缆与无源互调测试系统的端口2相连接,或者,信号发生器通过低互调电缆与无源互调测试系统的端口2相连接,低无源互调匹配负载通过低互调电缆与无源互调测试系统的端口1相连接的方式,连接信号发生器和无源互调测试系统,按照上述的扫描步进、起始频率和输出功率设置信号发生器,扫频激励测试系统,并记录测试系统的接收机测量到的功率值PR,这样就会得到一组功率值。定义接收通道和测量接收机造成的测量误差为PRL,则有下面的关系:
PR=PIM-PRL (4)
通过公式(4)就可以得到一组测量误差PRL的数组,该数组共有k+1数据成员,对应k+1测量频率点。
在实际测试时,假设被测信号的大小是PReal,接收机测量到的测量值是PR,则有下面的运算关系:
PReal=PR+PRL (5)
如果实际测试的频率是fx,为了提高测量准确度就要搜索误差数组里频率最近点的测量误差值PRL,根据公式(5)的运算关系来修正测试系统测到的功率值PR,从而得到被测信号PReal精确值。所使用的智能搜索算法具体内容如下:
判断fx是否在[Fmin,Fmax]内?
如果是在区间内,
j是实数,j一定能够分解成j=E+d的形式,其中E是整数,0≤d<1。如果0≤d≤0.5,则最近的校准频率点是F
E,否则是F
E+1。
如果fx不在[Fmin,Fmax]内,则判断fx是否比Fmin小,如果是,则最近的校准频率点是Fmin,否则是Fmax。
由上述算法就找到了最近频点的误差数据PRL,然后使用此数据通过主控程序对接收机测量到的测量值PR进行修正就得到了被测信号的精确值PReal,然后把结果显示到界面上就完成了无源互调测试系统的测试准确度的校准,程序流程如图3所示,图3中,程序开始后,进入S201:获得接收机测量频点fx;S202:判断fx是否落在测量误差时的频率区间范围之内,是则进入S203,否则进入S208;S203:搜索到最近的频点;S204:频点搜索完成,并得到最近频率点,它是在测量误差时频率区间范围之内的第X个频点,用FR.X表示,其中X是整数,且0≤X≤k+1,FR.X=Fmin+XΔFR;S205:在主控计算机内通过程序在PRL数组中找到最佳的误差数据点即该数组中第X个PRL值;S206:在主控程序里使用PRL数组中的第X个PRL值,通过公式(5)的关系修正测试结果得到被测信号的精确值PReal,然后显示到界面上;S207:判断扫频是否结束,是则结束,否则进入S201;S208:判断fx是否比Fmin小,如果是进入S209,如果否进入S210;S209:搜索到最近的频点是Fmin后进入S204;S210:搜索到最近的频点是Fmin进入S204。
实施例二
在上述实施例的基础上,进一步,如图1所示,一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准装置,包括相互连接的两个信号源、两个衰减器、两个功率放大器、两个温度探测及处理模块、隔离器、合路器、双工器、和接收机以及主控计算机,其中,还包括两个温度探测及处理模块分别与所述两个功率放大器相连接,用于实时探测两个功率放大器的工作温度。其中,所述温度探测及处理模块由温度传感器101、A/D转换模块102及微处理器103组成;所述温度传感器101,用于实时检测功率放大器的工作温度变化,把温度信号转化为电信号;所述A/D转换模块102,用于将电信号转换为数字信号;所述微处理器103,用于将数字信号处理成为功率放大器的工作温度信息。
上述基础上,进一步,所述主控计算机控制所述两个信号源对信号源输出频率的校准;所述主控计算机控制两路载波功率精确地稳定在43dBm上;所述主控计算机使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准。
上述基础上,进一步,,所述控计算机控制所述两个信号源对信号源输出频率的校准的方法为:对输出载波信号的频率进行测量,得到每个信号源的系统误差,然后进行频率修正;设置信号源的输出频率为FS,对输出载波信号测量得到的频率是Fm,如两者不等,则定义频率误差是ΔFS,则有ΔFS=Fs-Fm,此时将信号源的输出频率设置为FS+ΔFs;
所述主控计算机控制两路载波功率精确地稳定在43dBm上的方法为:选取n+1个温度点进行测试,假设温度点的间隔为ΔT,则n+1个温度点用以下公式表示:
测试温度点:T0=Tmin
测试温度点:T1=T0+ΔT
测试温度点:T2=T0+2ΔT
……
测试温度点:Tn=T0+nΔT
定义Tmax=Tn,则校准数据的温度区间是[Tmin,Tmax];
其次,在每一温度点以一定的频率步进ΔF扫描信号源,设总共有m+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点:FTx.0=Fmin
测试频率点:FTx.1=Fmin+ΔF
测试频率点:FTx.2=Fmin+2ΔF
……
测试频率点:FTx.m=Fmin+mΔF
定义
则校准数据的频率区间是[F
min,F
max]。
定义信号源的输出功率是PS,放大器的功率增益为PA,发射通道的插损为PTL,测试端口1的输出功率为POUT,测试端口输出的载波信号的功率误差为ΔPOUT,则关系式为:
POUT=PS+PA-PTL;
ΔPOUT=POUT-43;
再次,依次将无源互调测试系统中大功率放大器工作温度稳定在上述n+1个温度点上,并依次在每个温度点上以一定的频率步进扫频信号源,同时对测试端口1输出的载波功率进行测量,得到不同校准温度点的(n+1)组输出功率的测量数据,从而形成输出功率POUT的(n+1)*(m+1)数组,通过公式ΔPOUT=POUT-43,则得到ΔPOUT的(n+1)*(m+1)数组,并将误差数据保存在主控计算机的校准数据文件中,调整信号源的输出功率PS,把信号源的输出功率设置为PS-ΔPout;
最后,设置实际测试时的温度是tx、频率是fy,搜索ΔPOUT数组中数据,找出温度和频率最接近的点,并用温度和频率最接近的点的ΔPOUT的来计
算信号源的设置功率值;
所述搜索最近的温度点的步骤如下:
首先,判断t
x是否在[T
min,T
max]内,是则使用公式
计算,其中,k为实数,并且k能够分解成k=A+b的形式,其中A是整数,0≤b<1,如果0≤b≤0.5,则最近的温度点是T
A,否则是T
A+1;
如果tx不在[Tmin,Tmax]内,则判断tx是否比Tmin小,如果是,则最近的温度点是Tmin,否则是Tmax;
所述搜索最近的频率点的步骤如下:
首先,判断f
y是否在[F
min,F
max]内,是则使用
计算,其中,j为实数,且j一定能够分解成j=C+d的形式,其中C是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的频率点是F
c,否则是F
C+1;
如果fy不在[Fmin,Fmax]区间内,则判断fy是否比Fmin小,如果是,则最近的频率点是Fmin,否则是Fmax,确定最佳的误差数据点,然后使用该误差数据点的误差数据得到需要设置的功率值;
所述主控计算机使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准的方法为:设定信号发生器的输出信号的功率为Pg,以一定的扫描步进ΔFR扫描信号发生器,设总共有k+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点FR.0=Fmin;
测试频率点FR.1=Fmin+ΔF;
测试频率点FR.2=Fmin+2ΔFR;
……
测试频率点FR.k=Fmin+kΔFR;
定义Fmax=FR.k,则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax];
扫描信号发生器的同时使用高精度的功率计测量信号发生器连接电缆输出端的每一个频点的信号大小为PIM,共得到k+1个频点的数据,记录测量到的功率值PR,得到一组功率值;定义接收通道和测量接收机造成的测量误差为PRL,则有公式为:PR=PIM-PRL;
在实际测试时,假设被测信号的大小是PReal,接收机测量到的测量值是PR,则有公式为:PReal=PR+PRL;
如果实际测试信号的频率是fx,则使用的智能搜索算法如下:
判断f
x是否在[F
min,F
max]内,是则使用公式,
计算,其中,j为实数,j能够分解成j=E+d的形式,其中E是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的校准频率点是F
E,否则是F
E+1;
如果fx不在[Fmin,Fmax]内,则判断fx是否比Fmin小,如果是,则最近的校准频率点是Fmin,否则是Fmax;确定了最近频点的误差数据,然后根据公式PReal=PR+PRL给出的关系,使用此误差数据通过主控程序对接收机测量到的测量值PR进行修正,则得到了被测信号精确的PReal值。
实施例3
上述实施例的基础上,如图2-3所示,一种基于智能搜索算法的无源互调测试系统校准方法,其中,包括以下步骤:
步骤一:将测试端口1进行信号源输出频率的校准;
步骤二:将在不同测量频率点上端口1输出的两路载波功率精确地稳定在43dBm上;
步骤三:使用智能搜索算法实现无源互调测试系统测试准确度的校准。所述的校准方法,其中,所述步骤一中,进行信号源输出频率的校准的方法为:对输出载波信号的频率进行测量,得到每个信号源的系统误差,然后进行频率修正;设置信号源的输出频率为FS,对输出载波信号测量得到的频率是Fm,如两者不等,则定义频率误差是ΔFS,则有ΔFS=Fs-Fm,此时将信号源的输出频率设置为FS+ΔFs。
所述的校准方法,其中,所述步骤二的具体方法为:
选取n+1个温度点进行测试,假设温度点的间隔为ΔT,则n+1个温度点用以下公式表示:
测试温度点:T0=Tmin
测试温度点:T1=T0+ΔT
测试温度点:T2=T0+2ΔT
……
测试温度点:Tn=T0+nΔT
定义Tmax=Tn,则校准数据的温度区间是[Tmin,Tmax];
其次,在每一温度点以一定的频率步进ΔF扫描信号源,设总共有m+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点:FTx.0=Fmin
测试频率点:FTx.1=Fmin+ΔF
测试频率点:FTx.2=Fmin+2ΔF
……
测试频率点:FTx.m=Fmin+mΔF
定义则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax]。
定义信号源的输出功率是PS,放大器的功率增益为PA,发射通道的插损为PTL,测试端口1的输出功率为POUT,测试端口输出的载波信号的功率误差为ΔPOUT,则关系式为:
POUT=PS+PA-PTL;
ΔPOUT=POUT-43;
再次,依次将无源互调测试系统中大功率放大器工作温度稳定在上述n+1个温度点上,并依次在每个温度点上以一定的频率步进扫频信号源,同时对测试端口1输出的载波功率进行测量,得到不同校准温度点的(n+1)组输出功率的测量数据,从而形成输出功率POUT的(n+1)*(m+1)数组,通过公式ΔPOUT=POUT-43,则得到ΔPOUT的(n+1)*(m+1)数组,并将误差数据保存在主控计算机的校准数据文件中,调整信号源的输出功率PS,把信号源的输出功率设置为PS-ΔPout;
最后,设置实际测试时的温度是tx、频率是fy,搜索ΔPOUT数组中数据,找出温度和频率最接近的点,并用温度和频率最接近的点的ΔPOUT的来计算信号源的设置功率值。
所述的校准方法,其中,所述搜索最近的温度点的步骤如下:
首先,判断t
x是否在[T
min,T
max]内,是则使用公式
计算,其中,k为实数,并且k能够分解成k=A+b的形式,其中A是整数,0≤b<1,如果0≤b≤0.5,则最近的温度点是T
A,否则是T
A+1;
如果tx不在[Tmin,Tmax]内,则判断tx是否比Tmin小,如果是,则最近的温度点是Tmin,否则是Tmax。
所述的校准方法,其中,所述搜索最近的频率点的步骤如下:
首先,判断f
y是否在[F
min,F
max]内,是则使用
计算,其中,j为实数,且j一定能够分解成j=C+d的形式,其中C是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的频率点是F
c,否则是F
C+1;
如果fy不在[Fmin,Fmax]区间内,则判断fy是否比Fmin小,如果是,则最近的频率点是Fmin,否则是Fmax,确定最佳的误差数据点,然后使用该误差数据点的误差数据得到需要设置的功率值。
所述的校准方法,其中,所述步骤三的步骤如下:
设定信号发生器的输出信号的功率为Pg,以一定的扫描步进ΔFR扫描信号发生器,设总共有k+1个频率点,用以下公式表示:
测试频率点FR.0=Fmin;
测试频率点FR.1=Fmin+ΔF;
测试频率点FR.2=Fmin+2ΔFR;
……
测试频率点FR.k=Fmin+kΔFR;
定义Fmax=FR.k,则校准数据的频率区间是[Fmin,Fmax];
扫描信号发生器的同时使用高精度的功率计测量信号发生器连接电缆输出端的每一个频点的信号大小为PIM,共得到k+1个频点的数据,记录测量到的功率值PR,得到一组功率值;定义接收通道和测量接收机造成的测量误差为PRL,则有公式为:PR=PIM-PRL;
在实际测试时,假设被测信号的大小是PReal,接收机测量到的测量值是PR,则有公式为:PReal=PR+PRL;
如果实际测试的频率是fx,则使用的智能搜索算法如下:
判断fx是否在[Fmin,Fmax]内,是则使用公式,计算,其中,j为实数,j能够分解成j=E+d的形式,其中E是整数,0≤d<1;如果0≤d≤0.5,则最近的校准频率点是FE,否则是FE+1;
如果fx不在[Fmin,Fmax]内,则判断fx是否比Fmin小,如果是,则最近的校准频率点是Fmin,否则是Fmax;确定了最近频点的误差数据;然后根据公式PReal=PR+PRL给出的关系,使用最近频点的误差数据PRL通过主控程序对接收机测量到的测量值PR进行修正,则得到了被测信号精确的PReal值。
采用上述方案:
1.通过程控的方式进行校准,优化了校准过程,减小了校准操作的时间。
2.通过在硬件电路中添加温度采集及处理模块使主控程序能够实时地采集到无源互调测试系统中大功率放大器的工作温度。
3.通过多组误差数据的测试、保存、运算以及智能搜索算法的运用,能够在不同的工作温度和测量频率下精确地调整信号源输出功率大小,从而解决了由大功率放大器工作温度和频率变化所引起无源互调测试系统输出载波功率不稳定的问题,有效地保证了输出的两路载波功率更精确地稳定在43dBm上,满足了对载波信号功率的标准要求。
4.通过扫描高精度信号发生器进行相关信号的测量和记录,把得到的测量数据进行数学运算就得到了无源互调测试系统在不同测量频率点的误差数组。在实际测量中先通过智能搜索算法找到最近频点的误差数据,然后使用程序修正测量值,从而完成了无源互调测试系统测试准确度的校准,显著地提高了测试系统的测量准确度。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。