CN103675448A - 一种无源互调干扰的矢量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无源互调干扰的矢量测量方法，首先计算机模块调节频率参考单元的输出频率，输出频率参考信号。功分后分别供信号源1、信号源2和本振源模块使用，生成频率F1、F2的测试信号和L0的本振信号。测试信号F1和F2功分后，一部分经放大器模块放大，合路产生测试使用+43dBm双音信号，另一部分通过倍频模块后相互混频，滤波后为频率2F1-F2，由参考接收机接收作为PIM参考信号。采用上述方案，可进行仪器的自身互调校准，对仪器的自身互调进行矢量补偿，大大降低系统的自身互调、增大系统测量范围、减小测量不确定度；测试结果可直接应用时-频转换技术，观测PIM产物的时域响应。

Description

一种无源互调干扰的矢量测量方法

技术领域

本发明属于无源互调干扰的矢量测量技术领域，尤其涉及的是一种无源互调干扰的矢量测量方法。

背景技术

目前包括大部分公司的PIM测试解决方案均是一种标量测量方法，只测量被测阶数的PIM干扰功率，和PIM干扰矢量测量相似的解决方案是用故障点定位模块，测量相位将测量结果转换为时间域，但这不是真正的矢量测量，理由如下：

1.主接收机依然是标量测量，只测量PIM干扰的功率，最终的测量结果也并不给出相位信息。

2.测量相位依靠测量仪前端的模块的接收机，并不经过仪器的滤波模块，相位信息和幅度信息实际上通过算法“组合在一起”，并不是真正的矢量测量。因此测量可给出PIM干扰相对于端口的相位差，但无法实现自身互调的校准。

综上，目前并没有真实的矢量测量方法，没有对仪器自身互调进行校准或抑制的技术。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

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，提供一种无源互调干扰的矢量测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种无源互调干扰的矢量测量方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：计算机模块调节频率参考单元的输出频率参考信号，功分后分别供第一信号源及第二信号源及本振源模块使用，生成频率F1、F2的测试信号和L0的本振信号；

步骤2：第一信号源功分或耦合为两路信号,分别第一路信号及第二路信号，第一路信号进入倍频单元，第二信号进入功放；第二信号源功分或耦合为两路分别为第三路信号及第四路信号，第三路信号进入倍频单元，第四路信号进入功放；

步骤3：第一路信号及第三路信号通过混频、滤波后形成PIM参考信号，进入接收机R通道待处理；

步骤4：放大后的第二路信号及第四路信号经过合路器、双工器形成测试所需+43dBm双音信号加载于被测件，被测件产生PIM干扰信号由双工器分离进入接收机A通道待处理；

步骤5：进入接收机R通道的PIM参考信号和接收机A通道PIM干扰信号，利用本振信号L0进行混频接收，产生PIM参考的中频信号及PIM干扰的中频信号，使用A/D采样器采样后形成数字信号进入DSP矢量处理模块待处理;

步骤6：DSP矢量处理模块使用数字本振I/Q分解接收方法，分别获得PIM参考信号的幅度和相位及PIM干扰信号的幅度和相位;表达为复数形式，令PIM参考信号为R，PIM干扰信号A，则系统测试结果表示为:

SP_11M＝A*|R|/R；

步骤7：接入低互调负载，其测量数据表达为M₁，即M₁＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤8：接入标定过的+110dBm标准件，所述标准件只标定幅度，设标准件PIM干扰表达为

只标定了幅度A，本次测量数据表达为M₂，即M₂＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤9：接入被测件，设其测量结果表达为PIM₁₁，PIM₁₁＝SP_11M，校准后的修正结果表达为PIM′₁₁，则最终测试结果为

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|.$

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤1中，使用同一频率参考生成第一信号源、第二信号源和本振源。

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤3中，第一路信号2倍频后与第三路信号直通混频生成3阶PIM参考信号;第一路信号2倍频后与第三路信号3倍频后混频生成5阶PIM参考信号;第一路信号4倍频后与第三路信号3倍频后混频生成7阶PIM参考信号。

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤1-步骤9中，测量中产生的误差为一个干扰向量，在测试仪的测试结果中将所述干扰向量抵消，获得校准后的PIM干扰测量结果。

所述的矢量测量方法，其中，所述干扰向量消除的方法包括以下步骤：

步骤101：建立反射PIM测试时系统的误差模型；

步骤102：系统双音测试信号表示为2xRF，测量的PIM值为SP11M；系统的反射自身互调表示为PIMDF，传输自身互调为PIMRF；被测件反射PIM的反射跟踪误差为ERF，源匹配误差为ESF；被测件产生前向PIM干扰为PIM21，反射PIM干扰为PIM11，S参数以SNN形式给出；负载产生的反射PIM表示为PIMLF，前向PIM表示为PIMLF，加载于被测件的功率使用功率计校准为+43dBm；测量的SP11M表达式可即为，公式一：

SP_11M＝PIM_DF+PIM₁₁*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF。

步骤103：将S11设置小于-30dB，，则被测件引起的传输PIM反射最多-135dBm，小于噪声基底，所以忽略PIM_RFS₁₁一项。那么，被测件的互调产物为，公式二：

${\mathrm{PIM}}_{11}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-{\mathrm{PIM}}_{\mathrm{DF}}}{E_{\mathrm{RF}}};$

步骤104：进行校准时，将测试仪接入负载，其误差模型可简化为公式三：

M1＝PIM_DF；

步骤105：将标定过的-110dBm2x(+43dBm)的连接器接入系统，则误差模型为公式四：

M₂＝PIM_DF+PIM_11S*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF

步骤106：将幅度和相位分别表达，令介于目前的测试手段，只有A经过标定。则由公式二、公式三及公式四可得公式五：

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|;$

PIM′₁₁定义为被测件DUT产生的相对于测量端口的PIM产物，其幅度为待测PIM产物幅度，相位差代表了PIM产生位置和测量端口的电距离。

所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤101中，设置标量测量PIM产物的幅度为|SP_11M|，修正的PIM测量幅度结果为|SP_11M-PIM_DF|。

采用上述方案：1、对比常规测试方法，在获得PIM产物幅度的同时获得其相对于参考信号的相位。2.建立了PIM产物传播模型，明确指出了哪些误差需要补偿，哪些误差可暂不考虑，同时指出了本发明使用的条件，即测量S参数传播特性较好的连接器、电缆等器件。3.可进行仪器的自身互调校准，对仪器的自身互调进行矢量补偿，大大降低系统的自身互调、测量范围，减小测量不确定度。4.测试结果可直接应用时-频转换技术，观测PIM产物的时域响应。

附图说明

图1为本发明PIM矢量测试仪测试原理图。

图2为本发明PIM干扰和仪器自身PIM的等相位合成示意图。

图3为本发明PIM干扰和仪器自身PIM的45°相位合成示意图。

图4为本发明图4PIM干扰和仪器自身PIM的90°相位合成示意图。

图5为本发明测量反射PIM时误差传递模型。

图6为本发明系统直接接入负载示意图。

图7为本发明测量标定的-110dBm校准件示意图。

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

本发明的无源互调（PIM）矢量测量仪可对反射PIM产物进行矢量测量，其相位相对于双音信号混频产生的PIM参考信息，其工作原理如图1所示。

首先计算机模块调节频率参考单元的输出频率，输出频率参考信号。功分后分别供信号源1、信号源2和本振源模块使用，生成频率F1、F2的测试信号和L0的本振信号。测试信号F1和F2功分后，一部分经放大器模块放大，合路产生测试使用+43dBm双音信号，一部分通过倍频模块相互混频，滤波后为频率2F1-F2，由参考接收机接收作为PIM参考信号，经中频调理后由A/D转换器采样送入DSP处理模块。本示例使用了直通、2倍频、3倍频、和4倍频器件，因此可以产生最高七阶的PIM参考信号。

合路产生的测试信号F1、F2通过双工器，加载与被测件端口。产生的反向PIM干扰经过双工器可以进入接收机A通道。

DSP矢量处理模块主要计算采样后数据的幅值和相位，采用模拟本振采用后作为数字中频，使用I/Q分解法计算接收信号的幅度值和相对相位。此时测量结果相对于数字本振，和参考接收机R通道进行比较可求得相对相位。

对自身互调补偿时可以将所有的自身PIM产物进行矢量合成，成为一个干扰向量，因此假设干扰为某个相位的矢量。自身互调干扰和被测互调产物之间矢量合成的示意图如图2-4所示。如图2-4所示中可以看到，自身PIM干扰对于被测PIM干扰来讲十分不利，并且很难通过标量测量体系进行补偿。反射PIM测试时系统的误差模型如图5所示。

系统双音测试信号表示为2xRF，测量的PIM值为SP11M；模型中有三处产生PIM的位置，分别向两端传播。由于负载匹配引起反射的双音信号功率较小，忽略反射双音信号产生的PIM干扰。系统的反射自身互调表示为PIMDF，传输自身互调为PIMRF；被测件反射PIM的反射跟踪误差为ERF，源匹配误差为ESF；被测件产生前向PIM干扰为PIM21，反射PIM干扰为PIM11，S参数以SNN形式给出；负载产生的反射PIM表示为PIMLF，前向PIM表示为PIMLF。加载于被测件的功率使用功率计校准为+43dBm。若负载为理想负载，或负载自身互调远小于仪器自身互调，PIMLF可忽略。此时，接收机A测量的SP11M表达式可即为，公式一：

SP_11M＝PIM_DF+PIM₁₁*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF。

PIM测量一般测量连接器、电缆等无源器件，其传输特性一般较好，即S11一般小于-30dB，系统传输自身互调最多为-105dBm左右，则被测件引起的传输PIM反射最多-135dBm，小于噪声基底，所以忽略PIM_RFS₁₁一项。那么，被测件的互调产物为，公式二：

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_{\mathrm{DF}}}{M_{\mathrm{RF}}}.$

校准时，首先将测试仪接入负载，其误差模型可简化为如图6所示，则有公式三：

M1＝PIM_DF。

然后将标定过的-110dBm2x(+43dBm)的连接器接入系统，误差模型可如图7所示。

则有公式四：

M₂＝PIM_DF+PIM_11(定)*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF

同理，可证明标准互调PIM连接器依然可忽略PIM_RFS₁₁一项。此时需要注意，目前的-110dBm的连接器只能标定PIM功率，并不能标定其相位。因此将幅度和相位分别表达，令

则由公式二、公式三及公式四可得，公式五：

PIM′₁₁可以定义为被测件（DUT）产生的相对于测量端口（标准件位置，+43dBm处）的PIM产物，其幅度为待测PIM产物幅度，相位差代表了PIM产生位置和测量端口的电距离，因此可以直接应用时频率转换技术，观测PIM产物的时域响应，从而对PIM的发生位置进行定位。

由上述公式的推导可以看出，本发明仅适用于测量连接器、电缆等常规S参数较好的器件，适用于绝大多数PIM测量情况。若被测件的匹配较差，本方法可以对标量测量结果进行部分修正，补偿测量系统的反射自身PIM。

令标量测量PIM产物的幅度为|SP_11M|，修正的PIM测量幅度结果为|SP_11M-PIM_DF|。其相位将不能代表PIM产物发生位置与测试端口的传播时延。

实施例2

在上述实施例的基础上，对于本发明进一步说明，一种无源互调干扰的矢量测量方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：计算机模块调节频率参考单元的输出频率参考信号，功分后分别供第一信号源及第二信号源及本振源模块使用，生成频率F1、F2的测试信号和L0的本振信号；

步骤2：第一信号源功分或耦合为两路信号,分别第一路信号及第二路信号，第一路信号进入倍频单元，第二信号进入功放；第二信号源功分或耦合为两路分别为第三路信号及第四路信号，第三路信号进入倍频单元，第四路信号进入功放；

步骤3：第一路信号及第三路信号通过混频、滤波后形成PIM参考信号，进入接收机R通道待处理；

步骤4：放大后的第二路信号及第四路信号经过合路器、双工器形成测试所需+43dBm双音信号加载于被测件，被测件产生PIM干扰信号由双工器分离进入接收机A通道待处理；

步骤5：进入接收机R通道的PIM参考信号和接收机A通道PIM干扰信号，利用本振信号L0进行混频接收，产生PIM参考的中频信号及PIM干扰的中频信号，使用A/D采样器采样后形成数字信号进入DSP矢量处理模块待处理;

步骤6：DSP矢量处理模块使用数字本振I/Q分解接收方法，分别获得PIM参考信号的幅度和相位及PIM干扰信号的幅度和相位;表达为复数形式，令PIM参考信号为R，PIM干扰信号A，则系统测试结果表示为:

SP_11M＝A*|R|/R；

步骤7：接入低互调负载，其测量数据表达为M₁，即M₁＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤8：接入标定过的+110dBm标准件，所述标准件只标定幅度，设标准件PIM干扰表达为

只标定了幅度A，本次测量数据表达为M₂，即M₂＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤9：接入被测件，设其测量结果表达为PIM₁₁，PIM₁₁＝SP_11M，校准后的修正结果表达为PIM′₁₁，则最终测试结果为

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|.$

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤1中，使用同一频率参考生成第一信号源、第二信号源和本振源。

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤3中，第一路信号2倍频后与第三路信号直通混频生成3阶PIM参考信号;第一路信号2倍频后与第三路信号3倍频后混频生成5阶PIM参考信号;第一路信号4倍频后与第三路信号3倍频后混频生成7阶PIM参考信号。

所述的矢量测量方法，其中，所述步骤1-步骤9中，测量中产生的误差为一个干扰向量，在测试仪的测试结果中将所述干扰向量抵消，获得校准后的PIM干扰测量结果。

所述的矢量测量方法，其中，所述干扰向量消除的方法包括以下步骤：

步骤101：建立反射PIM测试时系统的误差模型；

步骤102：系统双音测试信号表示为2xRF，测量的PIM值为SP11M；系统的反射自身互调表示为PIMDF，传输自身互调为PIMRF；被测件反射PIM的反射跟踪误差为ERF，源匹配误差为ESF；被测件产生前向PIM干扰为PIM21，反射PIM干扰为PIM11，S参数以SNN形式给出；负载产生的反射PIM表示为PIMLF，前向PIM表示为PIMLF，加载于被测件的功率使用功率计校准为+43dBm；测量的SP11M表达式可即为，公式一：

SP_11M＝PIM_DF+PIM₁₁*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF。

步骤103：将S11设置小于-30dB，，则被测件引起的传输PIM反射最多-135dBm，小于噪声基底，所以忽略PIM_RFS₁₁一项。那么，被测件的互调产物为，公式二：

${\mathrm{PIM}}_{11}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-{\mathrm{PIM}}_{\mathrm{DF}}}{E_{\mathrm{RF}}};$

步骤104：进行校准时，将测试仪接入负载，其误差模型可简化为公式三：

M1＝PIM_DF；

步骤105：将标定过的-110dBm2x(+43dBm)的连接器接入系统，则误差模型为公式四：

M₂＝PIM_DF+PIM_11S*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF

步骤106：将幅度和相位分别表达，令

介于目前的测试手段，只有A经过标定。则由公式二、公式三及公式四可得公式五：

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|;$

PIM′₁₁定义为被测件DUT产生的相对于测量端口的PIM产物，其幅度为待测PIM产物幅度，相位差代表了PIM产生位置和测量端口的电距离。

所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤101中，设置标量测量PIM产物的幅度为|SP_11M|，修正的PIM测量幅度结果为|SP_11M-PIM_DF|。

采用上述方案：1、对比常规测试方法，在获得PIM产物幅度的同时获得其相对于参考信号的相位。2.建立了PIM产物传播模型，明确指出了哪些误差需要补偿，哪些误差可暂不考虑，同时指出了本发明使用的条件，即测量S参数传播特性较好的连接器、电缆等器件。3.可进行仪器的自身互调校准，对仪器的自身互调进行矢量补偿，大大降低系统的自身互调、测量范围，减小测量不确定度。4.测试结果可直接应用时-频转换技术，观测PIM产物的时域响应。

采用上述方案：

1.本发明在内部使用了参考接收机，实现PIM干扰的矢量测量，同时给出PIM干扰的功率以及相位信息；

2.可以对自身PIM进行校准，对系统产生的自身互调进行矢量补偿，降低自身PIM从而提高仪器的测量范围，提高测量的不确定度。

3.由于矢量测量后的相位代表PIM产物的传播相对时延，所以可直接使用时-频转换技术，观测PIM产物的时域响应。

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。

Claims (6)

1.一种无源互调干扰的矢量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算机模块调节频率参考单元的输出频率参考信号，功分后分别供第一信号源及第二信号源及本振源模块使用，生成频率F1、F2的测试信号和L0的本振信号；

步骤2：第一信号源功分或耦合为两路信号,分别第一路信号及第二路信号，第一路信号进入倍频单元，第二信号进入功放；第二信号源功分或耦合为两路分别为第三路信号及第四路信号，第三路信号进入倍频单元，第四路信号进入功放；

步骤3：第一路信号及第三路信号通过混频、滤波后形成PIM参考信号，进入接收机R通道待处理；

步骤4：放大后的第二路信号及第四路信号经过合路器、双工器形成测试所需+43dBm双音信号加载于被测件，被测件产生PIM干扰信号由双工器分离进入接收机A通道待处理；

步骤5：进入接收机R通道的PIM参考信号和接收机A通道PIM干扰信号，利用本振信号L0进行混频接收，产生PIM参考的中频信号及PIM干扰的中频信号，使用A/D采样器采样后形成数字信号进入DSP矢量处理模块待处理;

步骤6：DSP矢量处理模块使用数字本振I/Q分解接收方法，分别获得PIM参考信号的幅度和相位及PIM干扰信号的幅度和相位;表达为复数形式，令PIM参考信号为R，PIM干扰信号A，则系统测试结果表示为:

SP_11M＝A*|R|/R；

步骤7：接入低互调负载，其测量数据表达为M₁，即M₁＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤8：接入标定过的+110dBm标准件，所述标准件只标定幅度，设标准件PIM干扰表达为

只标定了幅度A，本次测量数据表达为M₂，即M₂＝SP_11M，记录数据待处理；

步骤9：接入被测件，设其测量结果表达为PIM₁₁，PIM₁₁＝SP_11M，校准后的修正结果表达为PIM′₁₁，则最终测试结果为

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|.$

2.如权利要求1所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤1中，使用同一频率参考生成第一信号源、第二信号源和本振源。

3.如权利要求1所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤3中，第一路信号2倍频后与第三路信号直通混频生成3阶PIM参考信号;第一路信号2倍频后与第三路信号3倍频后混频生成5阶PIM参考信号;第一路信号4倍频后与第三路信号3倍频后混频生成7阶PIM参考信号。

4.如权利要求1所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤1-步骤9中，测量中产生的误差为一个干扰向量，在测试仪的测试结果中将所述干扰向量抵消，获得校准后的PIM干扰测量结果。

5.如权利要求4所述的矢量测量方法，其特征在于，所述干扰向量消除的方法包括以下步骤：

步骤101：建立反射PIM测试时系统的误差模型；

步骤102：系统双音测试信号表示为2xRF，测量的PIM值为SP11M；系统的反射自身互调表示为PIMDF，传输自身互调为PIMRF；被测件反射PIM的反射跟踪误差为ERF，源匹配误差为ESF；被测件产生前向PIM干扰为PIM21，反射PIM干扰为PIM11，S参数以SNN形式给出；负载产生的反射PIM表示为PIMLF，前向PIM表示为PIMLF，加载于被测件的功率使用功率计校准为+43dBm；测量的SP11M表达式可即为，公式一：

SP_11M＝PIM_DF+PIM₁₁*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF。

步骤103：将S11设置小于-30dB，，则被测件引起的传输PIM反射最多-135dBm，小于噪声基底，所以忽略PIM_RFS₁₁一项。那么，被测件的互调产物为，公式二：

${\mathrm{PIM}}_{11}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-{\mathrm{PIM}}_{\mathrm{DF}}}{E_{\mathrm{RF}}};$

步骤104：进行校准时，将测试仪接入负载，其误差模型可简化为公式三：

M1＝PIM_DF；

步骤105：将标定过的-110dBm2x(+43dBm)的连接器接入系统，则误差模型为公式四：

M₂＝PIM_DF+PIM_11S*E_RF+PIM_RFS₁₁*E_RF

步骤106：将幅度和相位分别表达，令

介于目前的测试手段，只有A经过标定。则由公式二、公式三及公式四可得公式五：

${\mathrm{PIM}}_{11}^{\′}=\frac{{\mathrm{SP}}_{11M}-M_1}{M_2-M_1}\left|{\mathrm{PIM}}_{11S}\right|;$

PIM′₁₁定义为被测件DUT产生的相对于测量端口的PIM产物，其幅度为待测PIM产物幅度，相位差代表了PIM产生位置和测量端口的电距离。

6.如权利要求5所述的矢量测量方法，其特征在于，所述步骤101中，设置标量测量PIM产物的幅度为|SP_11M|，修正的PIM测量幅度结果为|SP_11M-PIM_DF|。

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