CN104635035B - 基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统，其中信号源分别连接所述的第一功率计和所述的第二功率计；本发明还提供一种基于分块式结构实现信号源功率快速校准的方法，信号源根据设定的目标频率、目标功率、第一功率计测量得到的自动电平控制数据和第二功率计测量得到的链路增益数据对信号源进行自动电平控制校准和链路增益校准。采用本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法，在进行功率校准测量过程中无需对该信号源仪器的所有频率点进行校准测量，而只需要对部分频率点进行功率校准，在保证信号源输出信号的准确度的同时很大程度上提高信号源功率校准的效率，具有更广泛的应用范围。

Description

基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法

技术领域

本发明涉及测量校准技术领域，尤其涉及信号功率测量校准技术领域，具体是指一种基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法。

背景技术

信号发生器又称信号源或振荡器，是用来产生各种电子信号的仪器，如连续波信号、通用测量信号、模拟与数字调制信号、满足无线通信标准的矢量信号以及用户自定义的信号等等，对于移动通信、航空航天、国防军工等各个领域的研发、生产测试，以及安全领域的电子对抗等有着广泛的应用。

对于任意一种信号源仪器来说，射频部分都会对信号源产生的信号的准确度造成很大的影响，因此想要生产出具有高精度的信号源仪器就需要非常精确的实现射频部分功能，而对精确的实现射频部分功能影响最大的就是信号源中的功率校准测量问题。一般情况下，科学研究上往往采取对信号源整机进行功率校准测量，这种方法的好处就是对于所有频点下的功率都可以达到很好准确度，但是需要花费大量的时间才能达到，对于科技研究领域来说，这种方法或许可以被接受，但是这对于需要进行大批量信号源仪器生成的企业来说就不同了，考虑到每一台信号源仪器在成产过程中或多或少会有一些不同，要对每一台生产出来的信号源进行一一功率校准测量，就需要耗费大量的时间进行操作，这对于主要以营利为目的企业来说是很难实现的。

因此对于信号源中的功率校准测量方面还存在一定的缺陷，那么如何既能实现满足信号源仪器产生的信号的准确度，又能很大程度上提高功率校准测量的效率成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种通过两个功率计模块对信号源分别进行自动电平控制校准和链路增益校准，在保证信号源输出信号的准确度的同时提高信号源功率校准的效率的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法具有如下构成：

该基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统，其主要特点是，所述的系统包括：

信号源、第一功率计和第二功率计，其中

所述的信号源分别连接所述的第一功率计和所述的第二功率计，用以根据设定的目标频率、目标功率、所述的第一功率计测量得到的自动电平控制数据和所述的第二功率计测量得到的链路增益数据对所述的信号源进行自动电平控制校准和链路增益校准；

所述的第一功率计，用以测量得到所述的信号源的自动电平控制数据；

所述的第二功率计，用以测量得到所述的信号源的链路增益数据。

进一步地，所述的信号源包括控制模块、频综模块、自动电平控制模块和功率扩展模块，其中：

所述的控制模块的输出端连接所述的频综模块，用以设定所述的目标频率和所述的目标功率，以及读取所述的第一功率计测量得到的自动电平控制数据或所述的第二功率计测量得到的链路增益数据并存储；

所述的频综模块连接所述的自动电平控制模块，用以根据所述的目标频率和目标功率输出相应的频段；

所述的自动电平控制模块连接所述的功率扩展模块和所述的第一功率计的输入端，所述的功率扩展模块连接所述的第二功率计的输入端，所述的第一功率计的输出端和所述的第二功率计的输出端分别连接所述的控制模块的输入端。

进一步地，所述的信号源通过所述的第一功率计的探头线将待测量信号发送至所述的第一功率计或所述的信号源通过所述的第二功率计的探头线将待测量信号发送至所述的第二功率计，所述的信号源通过网口读取所述的第一功率计的自动电平控制数据或所述的第二功率计的链路增益数据。

本发明还提供一种基于分块式结构实现信号源功率快速校准的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的信号源确定当前的目标频率和目标功率；

(2)所述的第一功率计测量得到所述的信号源的自动电平控制数据；

(3)所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并进行自动电平控制校准；

(4)所述的信号源确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压；

(5)所述的第二功率计测量得到所述的信号源的链路增益数据；

(6)所述的信号源读取所述的链路增益数据并进行链路增益校准。

进一步地，所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并进行自动电平控制校准，包括以下步骤：

(3.1)所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并计算所述的目标功率与所述的自动电平控制数据之差；

(3.2)所述的信号源判断所述的目标功率与所述的自动电平控制数据之差是否满足精度要求，如果是，则继续步骤(3.3)，否则继续步骤(3.4)；

(3.3)所述的信号源记录当前的目标频率、目标功率和信号源检波电压；

(3.4)所述的信号源更新所述的目标功率并返回上述步骤(2)。

更进一步地，所述的步骤(3)和(4)之间，还包括以下步骤：

(3.a)所述的信号源判断是否还存在待测的频率点，如果是，则继续步骤(3.b)，否则继续步骤(4)；

(3.b)所述的信号源将该待测的频率点对应的值作为当前的目标频率和确定当前的目标功率，并返回上述步骤(2)。

更进一步地，所述的步骤(3.3)和(3.4)之间，还包括以下步骤：

(3.3.1)所述的信号源判断是否还存在待测的功率点，如果是，则继续步骤(3.3.2)，否则，继续步骤(3.a)；

(3.3.2)所述的信号源将该待测的功率点对应的值作为当前的目标功率和确定当前的目标频率，并返回上述步骤(2)。

更进一步地，其特征在于，所述的信号源确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压，具体为：

所述的信号源从记录的目标频率、目标功率和信号源检波电压中确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压。

更进一步地，所述的信号源读取所述的链路增益数据并进行链路增益校准，包括以下步骤：

(6.1)所述的信号源读取所述的链路增益数据并计算所述的目标功率与所述的链路增益数据之差；

(6.2)所述的信号源记录当前的目标频率以及所述的目标功率与所述的链路增益数据之差。

采用了本发明提出的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法，在进行信号源的功率校准测量过程中不需要对该信号源仪器的所有频率点进行校准测量，而只需要校准测量部分频率点的功率，大大缩短了信号源的功率校准所花费的时间；对于校准的两个频率点之间的所有未校准的频率点，本发明通过拟合的方式得到其对应的校准值，保证了信号源所有输出频点信号的准确度。因此，本发明所提出的系统和方法能在保证信号源输出信号的准确度的同时，还能很大程度上提高信号源功率校准的效率，这不仅为信号源的产品化提供了合适的方案，还为信号源功率校准测量方法的研究提供了理论参考，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统的结构框图。

图2为本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的方法的自动电平控制校准流程图。

图3为本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的方法的链路增益校准流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，在一种实施方式中，本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统主要包括信号源和功率计(频谱分析仪)两部分，功率计连接于信号源，对信号源发射的信号进行功率测量。此外，信号源一方面通过第一或第二功率计的探头线将待测量信号发送给相应的功率计进行功率测量，另一方面通过网口与第一或第二功率计连接，以便读取功率计测量数据。

其中，信号源主要包括用于设定目标频率和目标功率以及读取功率计测得的数据并保存下来的(软件)控制模块、保证输出一定频段的频综模块(又称频率合成器)、确保输出一定的功率范围的自动电平控制模块(ALC)、用于功率放大(AMP)或是功率衰减(ATT)的功率扩展模块，对功率扩展模块部分进行的功率校准测量又称为链路功率校准测量。

为实现上分块式快速实现信号源功率校准测量的技术效果，本发明将功率校准分为两个部分，即ALC校准部分和链路增益校准部分，具体说明如下：

1)ALC校准部分

针对信号源的自动电平控制模块(ALC)进行校准，对ALC模块进行一部分频率点的功率校准，ALC校准部分将所测得的结果记录下来，形成一个频率-功率-检波电压的二维表；

2)链路增益校准部分

针对功率扩展模块进行校准，根据ALC校准部分获得的二维表在其中任意选取一个功率点，在该功率点的条件下，进行功率扩展模块的功率校准(链路增益校准)，从而实现该频率点下的链路增益校准。

此外，对于所有未校准的频率点以及功率点，通过拟合的方式获得其对应的校准值。

基于上述内容，本发明的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的方法包括以下步骤：

(1)对于任意一种信号源仪器，根据其所提供的频率范围X，对频率范围X进行分段，分成若干段，对应每一段，确定一个频率步长，并根据频率步长挑出所有待测的频率点集合P；根据ALC所能承受的功率范围Y进行分段，对应每一段，确定一个功率步长，并根据功率步长挑出所有待测的功率点集合Q；

(2)ALC校准部分：对ALC模块进行功率校准测量，如图1和2所示，将第一功率计与信号源的ALC模块直接相连，对每一个待测量的频率点p∈P，每一个待测量的功率点q∈Q，通过软件进行所有待测点的循环测量；

(a)通过控制模块的软件部分设定一个频率点p(即目标频率)，再设定一个功率点q_n(q_n＝q)(即目标功率)，其中n表示循环次数，取值范围为大于等于0的整数，第一次循环时值为0；

(b)功率点一旦设定之后，对应的ALC模块会有一个唯一对应的检波电压值B_n，此时将ALC模块产生的功率信号直接发送给第一功率计，第一功率计测量得到ALC模块产生的信号的功率；

(c)为了保证所测数据的准确性和不失一般性，此处需要ALC模块读取多次第一功率计测得的值，假设信号源对第一功率计读取5次，即M＝5，求取这5次测量值的平均值，得到平均值C_n；

(d)计算所设定的功率值(即目标功率)与第一功率计测得的值得差值，即Δ_n＝q_n-C_n，判断Δ_n是否满足精度要求，该精度值根据实际需要进行设置，此处假设设定为0.05；

(e)如果Δ_n≤0.05，则说明其满足精度要求，此时将检波电压值B_n记录到一个文件中，如果Δ_n＞0.05，则说明其不满足精度要求，需要根据前后两次的Δ_n的符号是否改变进行进一步地判断，需注意如果n＝0即第一次校准时需要进行符号是够改变的判断，则Δ_n的符号当作是没有改变的；

(f)如果Δ_n的符号没有发生改变，则更新q_n的值，令n＝n+1并令q_n＝q_n-1+Δ_n-1，q_n改变之后，对应的检波电压值B_n的值也随之改变，继续进行上述的循环步骤直到Δ_n满足精度要求为止；

(g)如果Δ_n的符号发生改变，则寻找与Δ_n符号相反的且距离最近(即n-m最小)的Δ_m对应的q_m给临时变量q_temp，令n＝n+1并令q_n＝(q_n-1+q_temp)/2，q_n改变之后，对应的检波电压值B_n的值也随之改变，继续进行上述的循环步骤直到Δ_n满足精度要求为止；

(h)改变待测的功率点(即更新目标功率)，按照上述步骤继续进行ACL功率值校准测量，并将满足要求的数据以及当前配置的功率点记录下来；

(i)当所有待测的功率点测完之后，改变频率点(即更新目标频率)，再按照上述步骤进行其他待测功率点的校准测量并记录。

自此，所有待测的频率点下，所有待测的功率点都被测量并记录下来了，这样对应每一个待测的频率点下就有一个频率值-功率值-检波电压的二维表。

(3)链路增益校准部分：根据ACL校准部分产生的二维表进行链路校准测量，如图3所示；

(a)对于任意一个频率点p，只需选取其对应的任意一个功率值q和检波电压B即可。通过链路(可以是放大通路也可以是衰减通路)输出给第二功率计进行测量，

(b)为了保证测量的准确性和不失一般性，此处可以多次读取功率计测得值，假设读取5次，即M′＝5，计算这5次的平均值为D，然后求测得值与设定值之间的差值即Δ＝D-q，此数据即为链路增益校准值，记录下此时的频率值p以及Δ值，形成了一个频率-功率的二维表。

为了保证所有频点以及功率点下的准确度，对于未测量的频率点以及功率点，可以采用拟合的方式进行估计，具体实现方式如下：

对于ALC模块，可以采用二维拟合方式，使用已测量的频率点先对未测频率点进行拟合，再使用已测量的功率点对未测功率点进行拟合，从而获得对应的功率校准数据二维表；对于功能扩展模块，最简单有效的方式就是采用线性拟合的方式对两个待测频率点之间的所有频率点进行功率估计，具体为：将两个相邻的待测频率点之间连线，产生一个线段，则这两个相邻的待测频率点之间的所有点都能从该线段上获得对应的功率值。

上述实施案例只是本发明较佳的可行实施例，只是为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，都应在本发明的保护范围之内。

对于任何一台需要进行功率校准的信号源来说，都可以通过上述系统和方法进行功率校准，通过下表的对比可以看出，采用本发明提出的系统和方法可以在保证功率校准的准确度情况下快速实现功率校准。

采用了本发明提出的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统及方法，在进行信号源的功率校准测量过程中不需要对该信号源仪器的所有频率点进行校准测量，而只需要校准测量部分频率点的功率，大大缩短了信号源的功率校准所花费的时间；对于校准的两个频率点之间的所有未校准的频率点，本发明通过拟合的方式得到其对应的校准值，保证了信号源所有输出频点信号的准确度。因此，本发明所提出的系统和方法能在保证信号源输出信号的准确度的同时，还能很大程度上提高信号源功率校准的效率，这不仅为信号源的产品化提供了合适的方案，还为信号源功率校准测量方法的研究提供了理论参考，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统，其特征在于，所述的系统包括信号源、第一功率计和第二功率计，其中

所述的信号源分别连接所述的第一功率计和所述的第二功率计，用以根据设定的目标频率、目标功率、所述的第一功率计测量得到的自动电平控制数据和所述的第二功率计测量得到的链路增益数据对所述的信号源进行自动电平控制校准和链路增益校准；

所述的第一功率计，用以测量得到所述的信号源的自动电平控制数据；

所述的第二功率计，用以测量得到所述的信号源的链路增益数据；

所述的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的处理操作，包括以下步骤：

(1)所述的信号源确定当前的目标频率和目标功率；

(2)所述的第一功率计测量得到所述的信号源的自动电平控制数据；

(3)所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并进行自动电平控制校准；

(4)所述的信号源确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压；

(5)所述的第二功率计测量得到所述的信号源的链路增益数据；

(6)所述的信号源读取所述的链路增益数据并进行链路增益校准。

2.根据权利要求1所述的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统，其特征在于，所述的信号源包括控制模块、频综模块、自动电平控制模块和功率扩展模块，其中：

所述的控制模块的输出端连接所述的频综模块，用以设定所述的目标频率和所述的目标功率，以及读取所述的第一功率计测量得到的自动电平控制数据或所述的第二功率计测量得到的链路增益数据并存储；

所述的频综模块连接所述的自动电平控制模块，用以根据所述的目标频率和目标功率输出相应的频段；

所述的自动电平控制模块连接所述的功率扩展模块和所述的第一功率计的输入端，所述的功率扩展模块连接所述的第二功率计的输入端，所述的第一功率计的输出端和所述的第二功率计的输出端分别连接所述的控制模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统，其特征在于，所述的信号源通过所述的第一功率计的探头线将待测量信号发送至所述的第一功率计或所述的信号源通过所述的第二功率计的探头线将待测量信号发送至所述的第二功率计，所述的信号源通过网口读取所述的第一功率计的自动电平控制数据或所述的第二功率计的链路增益数据。

4.一种利用权利要求1至3中任一项所述的基于分块式结构实现信号源功率快速校准的系统实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的信号源确定当前的目标频率和目标功率；

(2)所述的第一功率计测量得到所述的信号源的自动电平控制数据；

(3)所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并进行自动电平控制校准；

(4)所述的信号源确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压；

(5)所述的第二功率计测量得到所述的信号源的链路增益数据；

(6)所述的信号源读取所述的链路增益数据并进行链路增益校准；

所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并进行自动电平控制校准，包括以下步骤：

(3.1)所述的信号源读取所述的自动电平控制数据并计算所述的目标功率与所述的自动电平控制数据之差；

(3.2)所述的信号源判断所述的目标功率与所述的自动电平控制数据之差是否满足精度要求，如果是，则继续步骤(3.3)，否则继续步骤(3.4)；

(3.3)所述的信号源记录当前的目标频率、目标功率和信号源检波电压；

(3.4)所述的信号源更新所述的目标功率并返回上述步骤(2)。

5.根据权利要求4所述的实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的方法，其特征在于，所述的步骤(3)和(4)之间，还包括以下步骤：

(3.a)所述的信号源判断是否还存在待测的频率点，如果是，则继续步骤(3.b)，否则继续步骤(4)；

(3.b)所述的信号源将该待测的频率点对应的值作为当前的目标频率和确定当前的目标功率，并返回上述步骤(2)。

6.根据权利要求5所述的实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的方法，其特征在于，所述的步骤(3.3)和(3.4)之间，还包括以下步骤：

(3.3.1)所述的信号源判断是否还存在待测的功率点，如果是，则继续步骤(3.3.2)，否则，继续步骤(3.a)；

(3.3.2)所述的信号源将该待测的功率点对应的值作为当前的目标功率和确定当前的目标频率，并返回上述步骤(2)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的方法，其特征在于，所述的信号源确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压，具体为：

所述的信号源从记录的目标频率、目标功率和信号源检波电压中确定当前的目标频率及其相应的目标功率和目标检波电压。

8.根据权利要求7所述的实现基于分块式结构的信号源功率快速校准的方法，其特征在于，所述的信号源读取所述的链路增益数据并进行链路增益校准，包括以下步骤：

(6.1)所述的信号源读取所述的链路增益数据并计算所述的目标功率与所述的链路增益数据之差；

(6.2)所述的信号源记录当前的目标频率以及所述的目标功率与所述的链路增益数据之差。