CN103837767B

CN103837767B - 一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法

Info

Publication number: CN103837767B
Application number: CN201310616150.0A
Authority: CN
Inventors: 郭永瑞; 李树彪; 刘丹; 赵立军; 李明太; 庄志远
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CLP Kesiyi Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN103837767A

Abstract

本发明提供一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法，步骤一：利用标准的开路、短路、负载校准件对矢量网络分析仪进行单端口校准，以去除矢量网络分析仪的系统误差；步骤二：将矢量网络分析仪连接校准混频器之后，再连接标准的开路、短路、负载校准件，再进行一次单端口校准；步骤三：将两次测量的结果进行数学运算，得到校准混频器特性值。采用上述方案，降低了测量的复杂度，方便用户采用，操作简单，测量精度可以满足测量需求。

Description

一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法

技术领域

本发明属于混频器进行特性表征技术领域，尤其涉及的是一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法。

背景技术

混频器在射频或微波收发设备中是常用基本元件，也是核心元件，但是它的特性测量一直是行业内的一个挑战。随着技术的发展，研制出两种基于矢量网络分析仪的校准模式：矢量混频器校准和标量混频器校准。这两种校准模式都非差复杂，适用于所有类型的混频器。互易混频器是一种特殊的混频器，它的正向传输特性和反向传输特性一致。因此，经过技术研究，实现了一种利用矢量网络分析仪进行特性表征的技术。

首先在矢量网络分析仪端口，在输入频率范围内，连接标准开路、短路、负载件，进行单端口校准。之后，将互易混频器与该端口相连，建立另外一个校准平面，在这个平面上再分别连接标准开路、短路、负载件进行单端口校准。最后，经过一系列计算，即可以得到互易混频器的特性：其中，S₁₁代表其方向性D，S₂₂代表其源匹配M，S₂₁、S₁₂反应了互易混频器的反射跟踪T1*T2(T1：上变频增益；T2：下变频增益)。

目前通用混频器／变频器测试方法，可以用来测量互易混频器，但是操作非常复杂。

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，提供一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：利用标准的开路、短路、负载校准件对矢量网络分析仪进行单端口校准，以去除矢量网络分析仪的系统误差；

步骤二：将矢量网络分析仪连接校准混频器之后，再连接标准的开路、短路、负载校准件，再进行一次单端口校准；

步骤三：将两次测量的结果进行数学运算，得到校准混频器特性值。

所述的对互易混频器进行特性表征的方法，其中，所述步骤一中，假设标准的开路、短路、负载校准件的反射系数分别为：T_O、T_S和T_L，单端口测量完成后，同时分别得到对应三组测量数据：M₀、M₁、M₂，根据这三组测量数据和单端口修正公式，可以得到矢量网络分析仪的误差项：e00，e11，e01：

e 00 = \frac{M_{2} (M_{1} - M_{0}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) M_{1} T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) M_{0} T_{L} T_{S}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

e 11 = \frac{(M_{0} - M_{1}) T_{L} + (M_{0} - M_{2}) T_{S} + (M_{2} - M_{1}) T_{0}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

e_{01} = \frac{(M_{1} - M_{0}) M_{2} T_{L} + (M_{2} - M_{1}) M_{0} T_{0} + (M_{0} - M_{2}) M_{1} T_{S}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}} .

所述的对互易混频器进行特性表征的方法，其中，所述步骤二中，设置RF信号经过混频器之后滤波器反射的信号为IF⁺信号；经滤波器传输的信号IF^-信号被标准器件反射后的信号为IF^-*T_终端；设置源失配产生的信号为M，假设M=S₂₂，则被标准件反射后再次被滤波器反射进入终端，被终端反射，最后又回到端口的信号为S₂₂*(T_终端)²；

校准中，连接反射系数为T₀的标准开路之后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据O(open)组成为：

0(open)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T₀+S₂₂*(T₀)²，

校准中，连接反射系数为T_S的标准短路后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据S(short)组成为：

S(short)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T_S+S₂₂*(T_S)²

校准中，连接反射系数为T_L的标准负载校准件后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据L(load)组成为：

L(load)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T_L+S₂₂*(T_L)²。

所述的对互易混频器进行特性表征的方法，其中，所述步骤三中，将上述公式简组合为：

RF+IF⁺+IF^-T₀+S₂₂T₀ ²=O：

RF+IF⁺+IF^-T_S+S₂₂T_S ²=S：

RF+IF⁺+IF^-T_L+S₂₂T_L ²＝L；

由于：D对应S₁₁(方向性)，M对应S₂₂(源匹配)，T1*T2的平方根对应S₂₁(上变频增益)和S₁₂(下变频增益)

所以：

D=RF+IF⁺：

T1*T2=IF^-；

M=S₂₂；

对上述方程进行简化可以得到：

D+T1*T2*T₀+MT₀ ²=O：

D+T1*T2*T_S+MT_S ²=S；

D+TI*T2*T_L+MT_L ²=L；

所以校准混频器的特性值为：

假设：T=(Γ_O-Γ_S)(Γ_S-Γ_L)(Γ_L-Γ_O)

那么：

D=-[LΓ_OΓ_S(Γ_O-Γ_S)+OΓ_SΓ_L(Γ_S-Γ_L)+SΓ_LΓ_O(Γ_L-Γ_O)]／T

M=-[L(Γ_O-Γ_S)+O(Γ_S-Γ_L)+S(Γ_L-Γ_O)]／T

T₁T₂=[S(Γ_L ²-Γ_O ²)+L(Γ_O ²-Γ_S ²)+O(Γ_S ²-Γ_L ²)]/T。

所述的对互易混频器进行特性表征的方法，其中，所述步骤三中，设置理想的标准件，即：T_O=1，T_S=-1，T_L=0，则互易混频器的特性值为：

D=L

T1*T2=(O-S)／2

M=(O+S-2L)／2。

采用上述方案：1、通过简单的方法即可得到互易混频器的特性，降低了测量的复杂度，方便用户采用，操作简单；2、该技术是经过验证的，可靠性强、稳定性好、测量精度可以满足测量需求。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

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

如图1所示，本发明利用信号级联的方式，通过测量和计算，实现了校准混频器的特性描述。

实现包括三部分内容：

1、利用标准的开路、短路、负载校准件对矢量网络分析仪进行单端口校准，去除矢量网络分析仪的系统误差；

2、在矢量网络分析仪端，连接校准混频器之后，再连接标准的开路、短路、负载校准件，再进行一次单端口校准；

3、两次测量的结果进行数学运算，得到校准混频器特性值。

详细测量过程及计算，描述如下：

首先在校准混频器输入频率的范围内，分别连接3个标准器件open、short、load进行单端口校准，同时假设这三个标准件的反射系数分别为：T_O、T_S和T_L。单端口测量完成后，同时分别得到对应三组测量数据：M0、M1、M2。根据这三组测量数据和单端口修正公式，可以得到矢量网络分析仪的误差项：e00，e11，e01。

e 00 = \frac{M_{2} (M_{1} - M_{0}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) M_{1} T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) M_{0} T_{L} T_{S}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

e 11 = \frac{(M_{0} - M_{1}) T_{L} + (M_{0} - M_{2}) T_{S} + (M_{2} - M_{1}) T_{0}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

e 01 = \frac{(M_{1} - M_{0}) M_{2} T_{L} + (M_{2} - M_{1}) M_{0} T_{0} + (M_{0} - M_{2}) M_{1} T_{S}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

所述步骤二中，设置RF信号经过混频器之后滤波器反射的信号为IF⁺信号；经滤波器传输的信号IF^-信号被标准器件反射后的信号为IF^-*T_终端；设置源失配产生的信号为M，假设M＝S₂₂，则被标准件反射后再次被滤波器反射进入终端，被终端反射，最后又回到端口的信号为S₂₂*(T_终端)²；

0(open)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T₀+S₂₂*(T₀)²，

S(short)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T_S+S₂₂*(T_S)²

L(load)=RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T_L+S₂₂*(T_L)²。

其次，在矢量网络分析仪端口连接校准混频器，再分别连接3个标准器件open、short、load进行另外一次单端口校准。由于这里的S参数不仅包含了标准件、混频器的特性，也包含了矢量网络分析仪的随即误差。这部分随即误差，通过e00，e11，e10和单端口修正公式可以从测量得到的S参数中去除。

这时，S11信号来源包括四个，如图1所示：

1、RF信号的反射

2、RF信号经过混频器之后滤波器反射的信号IF+信号

3、经过滤波器的信号IF-信号被标准器件反射后的信号为IF-*T_termination

4、由于源失配产生的M信号，被OPEN反射后再次被滤波器反射，进入终端，被终端反射，最后又回到端口的信号。假设M=S₂₂，则该信号为S₂₂*(T_termination)²(源匹配：就是一部分被被测件反射的信号再次被端口反射而没有回到测量通道的信号)

校准中，标准open连接之后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据组成：

0(open)=(RF反射)+(IF+反射)+(IF-*T_终端)+S₂₂*(T_termination)²

校准中，标准short连接后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据组成：

S(short)=(RF反射)+(IF+反射)+(IF-*T_终端)+S₂₂*(T_termination)²

校准中，标准load连接后，去掉矢量网络分析仪影响后的测量数据组成：

L(load)=(RF反射)+(IF+反射)

简化可以得到：

RF+IF⁺+IF^-T₀+S₂₂T₀ ²=0；

RF+IF⁺+IF^-T_S+S₂₂T_S ²=S：

RF+IF⁺+IF^-T_L+S₂₂T_L ²=L：

由于：

D=RF+IF⁺；

T1*T2=IF^-：

M=S₂₂；

上述方程可以简化为：

D+T1*T2*T₀+MT₀ ²=0：

D+T1*T2*T_S+MT_S ²=S：

D+T1*T2*T_L+MT_L ²=L：

所以校准混频器的特性值为：

T＝(Γ_O-Γ_S)(Γ_S-Γ_L)(Γ_L-Γ_O)

D=-[LΓ_OΓ_S(Γ_O-Γ_S)+OΓ_SΓ_L(Γ_S-Γ_L)+SΓ_LΓ_O(Γ_L-Γ_O)]／T

M=-[L(Γ_O-Γ_S)+O(Γ_S-Γ_L)+S(Γ_L-Γ_O)]／T

T₁T₂=[S(Γ_L ²-Γ_O ²)+L(Γ_O ²-Γ_S ²)+O(Γ_S ²-Γ_L ²)]／T

如果是理想的标准件，即：T_O=1，T_S=-1，T_L=0

互易混频器的特性值为：

D=L

T1*T2=(O-S)／2

M=(O+S-2L)／2

其中，D对应S₁₁，M对应S₂₂，T1*T2的平方根对应S₂₁和S₁₂。通过如上所述的简单测量，就可以得到互易混频器的特性。

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

1.一种利用矢网对互易混频器进行特性表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤三：将两次测量的结果进行数学运算，得到校准混频器特性值；

所述步骤一中，假设标准的开路、短路、负载校准件的反射系数分别为：T₀、T_S和T_L，单端口测量完成后，同时分别得到对应三组测量数据：M₀、M₁、M₂，根据这三组测量数据和单端口修正公式，可以得到矢量网络分析仪的误差项：e00，e11，e01：

e 00 = \frac{M_{2} (M_{1} - M_{0}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) M_{1} T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) M_{0} T_{L} T_{S}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

e 11 = \frac{(M_{0} - M_{1}) T_{L} + (M_{0} - M_{2}) T_{S} + (M_{2} - M_{1}) T_{0}}{(M_{0} - M_{1}) T_{S} T_{0} + (M_{2} - M_{0}) T_{L} T_{0} + (M_{1} - M_{2}) T_{L} T_{S}}

O(open)＝RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T₀+S₂₂*(T₀)²，

S(short)＝RF(反射)+IF⁺(反射)+IF^-*T_S+S₂₂*(T_S)²

L(load)＝RF(反射)+IF⁺(反射)+IF-*T_L+S₂₂*(T_L)²；所述步骤三中，将上述公式简组合为：

RF+IF⁺+IF^-T₀+S₂₂T₀ ²＝0；

RF+IF⁺+IF^-T_S+S₂₂T_S ²＝S；

RF+IF⁺+IF^-T_L+S₂₂T_L ²＝L；

所以：

D＝RF+IF⁺；

T1*T2＝IF^-；

M＝S₂₂；

对上述方程进行简化可以得到：

D+T1*T2*T₀+MT₀ ²＝O；

D+T1*T2*T_S+MT_S ²＝S；

D+T1*T2*T_L+MT_L ²＝L；

所以校准混频器的特性值为：

假设：T＝(Γ_O-Γ_S)(Γ_S-Γ_L)(Γ_L-Γ_O)

那么：

D＝-[LΓ_OΓ_S(Γ_O-Γ_S)+OΓ_SΓ_L(Γ_S-Γ_L)+SΓ_LΓ_O(Γ_L-Γ_O)]/T

M＝-[L(Γ_O-Γ_S)+O(Γ_S-Γ_L)+S(Γ_L-Γ_O)]/T

T₁T₂＝[S(Γ_L ²-Γ_O ²)+L(Γ_O ²-Γ_S ²)+O(Γ_S ²-Γ_L ²)]/T；

所述步骤三中，设置理想的标准件，即：T₀＝1，T_S＝-1，T_L＝0，则互易混频器的特性值为：

D＝L

T1*T2＝(O-S)/2

M＝(O+S-2L)/2。