CN105242132B - 一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法，属于双频非线性矢量网络参数测试领域，针对微波器部件非线性行为模型表征难题与非线性矢量网络参数测试现状，本发明建立了一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法，重新定义了非线性器部件的非线性模型参数，并给出了测试参数的定义，即W参数定义，解决了微波器部件的双频非线性行为模型表征与测试难题，更方便的衡量混频器、放大器、无源器部件的非线性特性，具有良好的推广价值。

Description

一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法

技术领域

本发明属于双频非线性矢量网络参数测试领域，具体涉及一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法。

背景技术

随着现代微波毫米波通信系统的不断发展，如移动通信系统、相控阵雷达、卫星通信、卫星导航、电子对抗、精确制导等系统和装备的快速发展，高速宽带技术已经成为发展的趋势。这种新的技术往往要求通信系统具有多载波、大动态范围的特点，因此对微波器件的线性度要求非常苛刻。因此对于一个微波器部件，如宽禁带半导体、超宽频带混频器和大功率低互调连接器，其非线性表征、建模问题引起了信息产业的高度关注。研究此问题的一般方法是基于黑箱理论，测试其非线性行为特征。

测试微波器部件非线性特征的已有方法是建模其行为级非线性特征，即将微波器部件作为一个N端口的被测“网络”，这里网络的概念来源于“黑箱模型”。较为著名的非线性模型有X参数和Cardiff模型。X参数模型为由Jan博士建立，由德科技(安捷伦公司)主推，采用ADS软件进行建模和处理；Cardiff模型由英国Mesuro公司建立，目前由R&S(罗德思瓦茨公司)主推。但这些模型都基于单频信号激励，不能完全表达器部件的非线性行为特征，不能完整表达器部件的行为参数，如无源部件互调失真、功率放大器互调失真、混频器变频损耗和分频器分频损耗。因此微波通信领域亟需一种突破单频激励限制的、预测微波器部件非线性行为、可用于系统设计的模型及测试方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，解决了微波器部件的双频非线性行为特征表征与测试难题，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双频非线性矢量网络参数测试装置，包括频率参考模块、选择开关、测试端口、倍频选择单元、接收机、耦合器、混频器、计算机模块以及负载；其中：

所述选择开关，包括第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关、第六选择开关和第七选择开关；

所述测试端口，包括第一测试端口、第二测试端口和第三测试端口；

所述倍频选择单元，包括第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，用于实现信号的直通、二倍频、三倍频至N倍频的选择；

所述接收机，包括用于提供非线性测试的相位参考的R接收机、用于测试第一信号源的输出信号的R1接收机、用于测试第二信号源的输出信号的R2接收机、用于测试进入第一测试端口信号的A接收机、用于测试进入第二测试端口信号的B接收机以及用于测试进入第三测试端口信号的C接收机；

所述接收机主要由混频模块、中频调理模块、A/D转换模块以及DSP矢量计算模块组成；

所述耦合器，包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器；

所述第一耦合器，用于从第一信号源的发射信号耦合部分信号送入R1接收机；

所述第二耦合器，用于从第二信号源的发射信号耦合部分信号送入R2接收机；

所述第三耦合器，用于从第一测试端口的入射信号耦合部分信号送入A接收机；

所述第四耦合器，用于从第二测试端口的入射信号耦合部分信号送入B接收机；

所述第五耦合器，用于从第三测试端口的入射信号耦合部分信号送入C接收机；

所述混频器，用于混频第一倍频选择单元输出信号和第二倍频选择单元输出信号，并将混频后的信号经第五选择开关输出至R接收机；

所述负载包括第一负载和第二负载；

第一选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第一耦合器连接至第一信号源，其第一选择端通过第三选择开关、第三耦合器连接至第一测试端口，其第二选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口；

第二选择开关为单刀三掷开关，其公共端通过第二耦合器连接至第二信号源，其第一选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口，其第二选择端直接连接至第二测试端口，其第三选择端通过第一选择开关连接至第一测试端口；

第三选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第三耦合器连接至第一测试端口，其第一选择端通过第一选择开关、第一耦合器连接第一信号源使得信号从第一测试端口输出，其第二选择端直接连接至第二负载使从第一测试端口进入的信号由第二负载吸收；

第四选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第五耦合器连接至第三测试端口，其第一选择端通过第二选择开关连接至第二信号源使得信号从第三测试端口输出，其第二选择端直接连接至第一负载使从第三测试端口进入的信号由第一负载吸收；

第五选择开关为单刀三掷，其公共端连接至R接收机，其第一选择端通过第六选择开关连接至第一倍频单元得到第一信号源的倍频信号，其第二选择端通过第七选择开关连接至第二倍频单元得到第二信号源的倍频信号，其第三选择端直接连接至混频器；

第六选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第一倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

第七选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第二倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

所述频率参考模块，产生第一信号源和第二信号源两个信号源和一个用于为接收机提供本振信号的本振源；所述第一信号源和第二信号源独立或合路输入至第一测试端口或第三测试端口，第二信号源可独立输出至第二测试端口，本振源为R接收机、R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机、C接收机六个接收机提供本振信号；

所述第一信号源和第二信号源的两路信号分别功分进入第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，从第一倍频选择单元输出的信号，经第六选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第二倍频选择单元输出的信号，经第七选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第一倍频选择单元输出的信号和从第二倍频选择单元输出的信号分别经第六选择开关和第七选择开关后进入混频器混频，经过混频器混频后经第五选择开关送入R接收机；

R接收机中的信号和经过第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器耦合分别进入R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机中的信号分别与本振源产生的本振信号进行混频输出中频信号，所述中频信号经过中频调理模块进行中频调理后进入A/D转换模块进行采样、转换，之后进入DSP矢量计算模块，对数字化中频信号进行I/Q分解和滤波，测试接收信号的幅度和相位，测试数据交由计算机模块进行非线性建模；同时计算机模块又控制第一信号源和第二信号源和本振源的扫描频率和功率。

此外，本发明还提到一种双频非线性矢量网络参数测试方法，该方法采用上述的一种双频非线性矢量网络参数测试装置，包括如下步骤：

步骤1：对于双端口被测网络，将被测件接入第一测试端口和第三测试端口；

步骤2：用于测试同频反射响应和同频传输响应；关闭第二信号源，令第一选择开关选通第一测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第一信号源产生的测试信号由第一测试端口加载至被测件，传输至第三测试端口的信号由第一负载吸收，校准后测试二端口网络的正向全频段S参数，使用R1接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反射响应和同频传输响应；

步骤3：用于测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；关闭第一信号源，令第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第二负载，第四选择开关选通第二信号源，第二信号源产生的测试信号由第三测试端口加载至被测件，传输至第一测试端口的信号由第二负载吸收，校准后测试二端口网络的反向全频段S参数，使用R2接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；

步骤4：用于测试正向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第一倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试正向谐波响应；

步骤5：用于测试反向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第二倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试反向谐波响应；

步骤6：重复步骤4和步骤5的开关动作，测试谐波频率对于基波频率的影响，测试激励频率1/N频率分量的响应；

步骤7：用于测试双音信号的相互耦合作用；设双信号之间频差为Δ＝ω₂-ω₁，测试双音信号的相互耦合作用；

步骤8：用于测试正向激励响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试正向激励响应；

步骤9：用于测试反向激励响应；令第一选择开关选通第三测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试反向激励响应；

步骤10：用于测试双音信号和频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₁+ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向响应；

步骤11：用于测试双音信号差频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向响应；

步骤12：用于测试双音信号和频的正向3阶互调和反向3阶互调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁+ω₂或ω₁+2ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向3阶互调；

步骤13：用于测试双音信号差频的正向3阶互调和反向3阶交调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁-ω₂或2ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向3阶交调；

步骤14：将测试结果使用双频非线性微波W散射函数矩阵来表示，[b]＝[W][a]，其中，i和j表示W矩阵位置,k为输入a波的端口号,l为输出b波的端口号，m和n表示双音阶数，均为整数且不同时为0，(m_a,n_a)表示频率为m_aω₁+n_aω₂的a波频率，(m_b,n_b)-(m_a,n_a)频率为m_bω₁+n_bω₂的b波对a波的响应。

本发明所带来的有益技术效果：

针对微波器部件非线性行为模型表征测试难题与非线性矢量网络参数测试现状，建立了一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法，重新定义了非线性器部件的非线性模型参数指标，并给出了测试参数的定义，即W参数定义，解决了微波器部件的双频非线性行为特征模型表征与测试难题，更方便的衡量混频器、放大器、无源器部件的非线性特性，具有良好的推广价值。

附图说明

图1为本发明一种双频非线性矢量网络参数测试装置的硬件原理图。

图2为本发明中一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法中黑箱模型的示意图。

图3为现有技术中双频信号激励放大器模块的输出响应图。

图4为本发明一种双频非线性矢量网络参数测试方法的流程框图。

其中，1-频率参考模块；101-第一信号源；102-第二信号源；103-本振源；2-计算机模块；3-R接收机；4-R1接收机；5-R2接收机；6-A接收机；7-B接收机；8-C接收机；9-第五选择开关；10-第六选择开关；11-混频器；12-第七选择开关；13-第一负载；14-第四选择开关；15-第五耦合器；16-第三测试端口；17-第二倍频选择单元；18-第二耦合器；19-第二选择开关；20-第四耦合器；21-第二测试端口；22-第一倍频选择单元；23-第一耦合器；24-第一选择开关；25-第二负载；26-第三选择开关；27-第三耦合器；28-第一测试端口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种双频非线性矢量网络参数测试装置，包括频率参考模块1、选择开关、测试端口、倍频选择单元、接收机、耦合器、混频器11、计算机模块2以及负载。

所述选择开关，包括第一选择开关24、第二选择开关19、第三选择开关26、第四选择开关14、第五选择开关9、第六选择开关10和第七选择开关12。

所述测试端口，包括第一测试端口28、第二测试端口21和第三测试端口16。

所述倍频选择单元，包括第一倍频选择单元22和第二倍频选择单元17，用于实现信号的直通、二倍频、三倍频至N倍频的选择。

所述接收机，包括用于提供非线性测试的相位参考的R接收机3、用于测试第一信号源101的输出信号的R1接收机4、用于测试第二信号源101的输出信号的R2接收机5、用于测试进入第一测试端口28信号的A接收机6、用于测试进入第二测试端口21信号的B接收机7以及用于测试进入第三测试端口16信号的C接收机8。

所述接收机主要由混频模块、中频调理模块、A/D转换模块以及DSP矢量计算模块组成。

所述耦合器，包括第一耦合器23、第二耦合器18、第三耦合器27、第四耦合器20和第五耦合器15。

所述第一耦合器23，用于从第一信号源101的发射信号耦合部分信号送入R1接收机4。

所述第二耦合器18，用于从第二信号源102的发射信号耦合部分信号送入R2接收机5。

所述第三耦合器27，用于从第一测试端口28的入射信号耦合部分信号送入A接收机6。

所述第四耦合器20，用于从第二测试端口21的入射信号耦合部分信号送入B接收机7。

所述第五耦合器15，用于从第三测试端口16的入射信号耦合部分信号送入C接收机8。

所述混频器11，用于混频第一倍频选择单元22输出信号和第二倍频选择单元17输出信号，并将混频后的信号经第五选择开关9输出至R接收机3。

所述负载包括第一负载13和第二负载25。

所述频率参考模块1，产生第一信号源101和第二信号源102两个信号源和一个用于为接收机提供本振信号的本振源103。所述第一信号源101和第二信号源102独立或合路输入至第一测试端口28或第三测试端口16，第二信号源102可独立输出至第二测试端口21，本振源103为R接收机3、R1接收机4、R2接收机5、A接收机6、B接收机7、C接收机8六个接收机提供本振信号。

所述第一信号源101和第二信号源102的两路信号分别功分进入第一倍频选择单元22和第二倍频选择单元17。从第一倍频选择单元22输出的信号，可经第六选择开关10、第五选择开关9送入R接收机3；或从第二倍频选择单元17输出的信号，经第七选择开关12、第五选择开关9送入R接收机3；或从第一倍频选择单元22输出的信号和从第二倍频选择单元17输出的信号分别经第六选择开关10和第七选择开关12后进入混频器11混频，经过混频器11混频后经第五选择开关9送入R接收机3。

所述第一耦合器23，从第一测试端口28的发射信号耦合部分信号送入R1接收机4；所述第二耦合器18，从第二测试端口21的发射信号耦合部分信号送入R2接收机5；所述第三耦合器27，从第一测试端口28的入射信号耦合部分信号送入A接收机6；所述第四耦合器20，从第二测试端口21的入射信号耦合部分信号送入B接收机7；所述第五耦合器15，从第三测试端口16的入射信号耦合部分信号送入C接收机8。

进入R接收机3中的信号和进入R1接收机4、R2接收机5、A接收机6、B接收机7、C接收机8中的信号分别与本振源103产生的本振信号进行混频输出中频信号，所述中频信号经过中频调理模块进行中频调理后进入A/D转换模块进行采样、转换，之后进入DSP矢量计算模块，对数字化中频信号进行I/Q分解和滤波，测试接收信号的幅度和相位，测试数据交由计算机模块2进行非线性建模；同时计算机模块2又控制第一信号源101和第二信号源102和本振源103的扫描频率和功率。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明提供一种双频非线性矢量网络参数测试方法，用于解决微波器部件的双频非线性行为特征表征与测试难题。

(1)工作原理如下：

结合图2所示，以黑箱理论的非线性二端口网络(即被测件)说明微波非线性系统，其中：a1代表端口1的入射信号，b1为端口1的反射信号，a2为端口2的入射信号，b2是端口2的出射信号。当激励为单频信号时，他们为同频微波信号，线性S参数的定义为：

当激励信号是双音信号时，非线性网络输出信号除了基波、谐波分析和直流分量外，还产生一系列组合频率分量，这种分量就是交调干扰。一组双频信号激励放大器模块的典型输出谱如图3所示，值得注意的是靠近基波分量很近的交调干扰在通信系统中是无法用滤波器滤除的。

设被测网络为时不变网络，不考虑如放大器记忆效应，假设如图1的非线性网络输入a(t)为双频信号，a(t)＝A1(t)+A2(t)，那么输出波b(t)将有散射和交调成分，输出可表示为b＝f(a)。f是非线性函数，同时是一个复函数。由复变函数理论得：

令：

再利用复数相等运算法则，并写出矩阵形式可得：

在实际的非线性电路中，若激励源是单频激励，则响应函数是由激励频率的一系列谐波频率组成，即响应函数可以用一个列阵来表示，[b]＝[b¹,b²,...,b^m,...]，上标m表示谐波次数。不妨我们把激励函数也看成由激励频率的一系列谐波频率来激励，则[a]＝[a¹,a²,...,a^m,...]也可以用一个列阵来表示，则上述矩阵形式就可以写成实分块矩阵的形式

可直接写出复数形式，由于其和S参数的概念相近，因此定义非线性散射函数S矩阵。

[b]＝[S][a]

它是非线性、大信号的表达形式，和小信号S参数的表达形式相近，可转换为小信号S参数。

双频激励下，信号的组成较为复杂，除了基波分量、谐波分量还包括互调分量。定义两个频率产生的所有和以及差的交调频率为IM(ω₁,ω₂)＝|mω₁±nω₂|，m、n均为正整数，m+n为阶数。

这里我们进一步，将交调频率和基波分量、谐波分量统一起来，令m、n均为整数，且m和n不同时为0，令f(ω₁,ω₂)＝[|mω₁±nω₂|]，则包含了基波分量、谐波分量和交调频率。

令双频激励信号为a和a′，那么如图1的二端口非线性网络输入为：

[a]＝[a₁,a₂]＝[f(a₁,a′₁),f(a₂,a′₂)]

令出射信号为：

[b]＝[b₁,b₂]＝[f(b₁,b′₁),f(b₂,b′₂)]

使用象形表达交调的字母W代替传输矩阵S，定义双频非线性微波W散射函数矩阵，有：

[b]＝[W][a]。

(2)工作流程如下：

设系统分析二次谐波三阶互调，那么：

f(ω₁,ω₂)＝|mω₁±nω₂|

＝[ω₁,2ω₁,ω₂,ω₁+ω₂,|ω₁-ω₂|,2ω₁+ω₂,|2ω₁-ω₂|,2ω₂,ω₁+2ω₂,|ω₁-2ω₂|]

因此W参数为20*20的矩阵。在双频非线性散射参数W参数矩阵中，每个W参数因子都具有其物理含义。可以定义W矩阵位置表示为i和j；网络输出b波的端口号为l，输入a波的端口号为k；双音阶数表示m和n，均为整数且不同时为0，(m_a,n_a)表示频率为m_aω₁+n_aω₂的a波频率，(m_b,n_b)-(m_a,n_a)表示频率为m_bω₁+n_bω₂的b波对a波的响应。那么W矩阵可表示为

(3)测试时包括如下步骤(如图4所示)：

步骤1：对于双端口被测网络，将被测件接入第一测试端口和第三测试端口；

步骤2：用于测试同频反射响应和同频传输响应；关闭第二信号源，令第一选择开关选通第一测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第一信号源产生的测试信号由第一测试端口加载至被测件，传输至第三测试端口的信号由第一负载吸收，校准后测试二端口网络的正向全频段S参数，使用R1接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反射响应和同频传输响应，给出S₁₁(f)和S₂₁(f)，按照频率对应(同频反射响应)，(同频传输响应)，共20个阵元，如

步骤3：用于测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；关闭第一信号源，令第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第二负载，第四选择开关选通第二信号源，第二信号源产生的测试信号由第三测试端口加载至被测件，传输至第一测试端口的信号由第二负载吸收，校准后测试二端口网络的反向全频段S参数，使用R2接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反向反射响应和同频反向传输响应，给出S₂₂(f)和S₁₂(f)，按照频率对应(同频反向反射响应)，(同频反向传输响应)，共20个阵元；

步骤4：用于测试正向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第一倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试正向谐波响应，和共4个阵元，如

步骤5：用于测试反向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第二倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试反向谐波响应，和共4个阵元；

步骤6：步骤4和步骤5的开关动作，测试谐波频率对于基波频率的影响，测试激励频率1/N频率分量的响应，这里N＝2,得到等4项正向和4项反向响应；

步骤7：用于测试双音信号的相互耦合作用；设双信号之间频差为Δ＝ω₂-ω₁，测试双音信号的相互耦合作用,得到等120项为0；

步骤8：用于测试正向激励响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试正向激励响应；

步骤9：用于测试反向激励响应；令第一选择开关选通第三测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试反向激励响应，可求得等4项；

步骤10：用于测试双音信号和频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₁+ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向响应，可求得等4项参数，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向响应，可求得等4项参数；

步骤11：用于测试双音信号差频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向响应，可求得等4项参数，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向响应，可求得等4项参数；

步骤12：用于测试双音信号和频的正向3阶互调和反向3阶互调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁+ω₂或ω₁+2ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向3阶互调，可求得等8项参数，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向3阶互调，可求得等8项参数；

步骤13：用于测试双音信号差频的正向3阶互调和反向3阶交调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁-ω₂或2ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向3阶互调，可求得等8项参数，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向3阶交调，可求得等8项参数；

步骤14：根据主控信号原理，令其它项为0，共168项阵元。将测试结果使用双频非线性微波W散射函数矩阵来表示，[b]＝[W][a]，其中，i和j表示W矩阵位置,k为输入a波的端口号,l为输出b波的端口号，m和n表示双音阶数，均为整数且不同时为0，(m_a,n_a)表示频率为m_aω₁+n_aω₂的a波频率，(m_b,n_b)-(m_a,n_a)频率为m_bω₁+n_bω₂的b波对a波的响应。

本发明针对微波器部件非线性行为模型表征测试难题与非线性矢量网络参数测试现状，建立了一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法，重新定义了非线性器部件的非线性模型参数指标，并给出了测试参数的定义，即W参数定义，解决了微波器部件的双频非线性行为特征模型表征与测试难题，更方便的衡量混频器、放大器、无源器部件的非线性特性，具有良好的推广价值。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种双频非线性矢量网络参数测试装置，其特征在于：包括频率参考模块、选择开关、测试端口、倍频选择单元、接收机、耦合器、混频器、计算机模块以及负载；其中：

所述选择开关，包括第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关、第六选择开关和第七选择开关；

所述测试端口，包括第一测试端口、第二测试端口和第三测试端口；

所述倍频选择单元，包括第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，用于实现信号的直通、二倍频、三倍频至N倍频的选择；

所述接收机，包括用于提供非线性测试的相位参考的R接收机、用于测试第一信号源的输出信号的R1接收机、用于测试第二信号源的输出信号的R2接收机、用于测试进入第一测试端口信号的A接收机、用于测试进入第二测试端口信号的B接收机以及用于测试进入第三测试端口信号的C接收机；

所述接收机主要由混频模块、中频调理模块、A/D转换模块以及DSP矢量计算模块组成；

所述耦合器，包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器；

所述第一耦合器，用于从第一信号源的发射信号耦合部分信号送入R1接收机；

所述第二耦合器，用于从第二信号源的发射信号耦合部分信号送入R2接收机；

所述第三耦合器，用于从第一测试端口的入射信号耦合部分信号送入A接收机；

所述第四耦合器，用于从第二测试端口的入射信号耦合部分信号送入B接收机；

所述第五耦合器，用于从第三测试端口的入射信号耦合部分信号送入C接收机；

所述混频器，用于混频第一倍频选择单元输出信号和第二倍频选择单元输出信号，并将混频后的信号经第五选择开关输出至R接收机；

所述负载包括第一负载和第二负载；

第一选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第一耦合器连接至第一信号源，其第一选择端通过第三选择开关、第三耦合器连接至第一测试端口，其第二选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口；

第二选择开关为单刀三掷开关，其公共端通过第二耦合器连接至第二信号源，其第一选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口，其第二选择端直接连接至第二测试端口，其第三选择端通过第一选择开关连接至第一测试端口；

第三选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第三耦合器连接至第一测试端口，其第一选择端通过第一选择开关、第一耦合器连接第一信号源使得信号从第一测试端口输出，其第二选择端直接连接至第二负载使从第一测试端口进入的信号由第二负载吸收；

第四选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第五耦合器连接至第三测试端口，其第一选择端通过第二选择开关连接至第二信号源使得信号从第三测试端口输出，其第二选择端直接连接至第一负载使从第三测试端口进入的信号由第一负载吸收；

第五选择开关为单刀三掷，其公共端连接至R接收机，其第一选择端通过第六选择开关连接至第一倍频单元得到第一信号源的倍频信号，其第二选择端通过第七选择开关连接至第二倍频单元得到第二信号源的倍频信号，其第三选择端直接连接至混频器；

第六选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第一倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

第七选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第二倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

所述频率参考模块，产生第一信号源和第二信号源两个信号源和一个用于为接收机提供本振信号的本振源；所述第一信号源和第二信号源独立或合路输入至第一测试端口或第三测试端口，第二信号源独立输出至第二测试端口，本振源为R接收机、R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机、C接收机六个接收机提供本振信号；

所述第一信号源和第二信号源的两路信号分别功分进入第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，从第一倍频选择单元输出的信号，经第六选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第二倍频选择单元输出的信号，经第七选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第一倍频选择单元输出的信号和从第二倍频选择单元输出的信号分别经第六选择开关和第七选择开关后进入混频器混频，经过混频器混频后经第五选择开关送入R接收机；

R接收机中的信号和经过第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器耦合分别进入R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机中的信号分别与本振源产生的本振信号进行混频输出中频信号，所述中频信号经过中频调理模块进行中频调理后进入A/D转换模块进行采样、转换，之后进入DSP矢量计算模块，对数字化中频信号进行I/Q分解和滤波，测试接收信号的幅度和相位，测试数据交由计算机模块进行非线性建模；同时计算机模块又控制第一信号源和第二信号源和本振源的扫描频率和功率。

2.一种双频非线性矢量网络参数测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种双频非线性矢量网络参数测试装置，包括如下步骤：

步骤1：对于双端口被测网络，将被测件接入第一测试端口和第三测试端口；

步骤2：用于测试同频反射响应和同频传输响应；关闭第二信号源，令第一选择开关选通第一测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第一信号源产生的测试信号由第一测试端口加载至被测件，传输至第三测试端口的信号由第一负载吸收，校准后测试二端口网络的正向全频段S参数，使用R1接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反射响应和同频传输响应；

步骤3：用于测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；关闭第一信号源，令第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第二负载，第四选择开关选通第二信号源，第二信号源产生的测试信号由第三测试端口加载至被测件，传输至第一测试端口的信号由第二负载吸收，校准后测试二端口网络的反向全频段S参数，使用R2接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；

步骤4：用于测试正向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第一倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试正向谐波响应；

步骤5：用于测试反向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第二倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试反向谐波响应；

步骤6：重复步骤4和步骤5的开关动作，测试谐波频率对于基波频率的影响，测试激励频率1/N频率分量的响应；

步骤7：用于测试双音信号的相互耦合作用；设双信号之间频差为Δ＝ω₂-ω₁，测试双音信号的相互耦合作用；

步骤8：用于测试正向激励响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试正向激励响应；

步骤9：用于测试反向激励响应；令第一选择开关选通第三测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试反向激励响应；

步骤10：用于测试双音信号和频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₁+ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向响应；

步骤11：用于测试双音信号差频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向响应；

步骤12：用于测试双音信号和频的正向3阶互调和反向3阶互调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁+ω₂或ω₁+2ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向3阶互调；

步骤13：用于测试双音信号差频的正向3阶互调和反向3阶交调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁-ω₂或2ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向3阶交调；

步骤14：将测试结果使用双频非线性微波W散射函数矩阵来表示，[b]＝[W][a]，其中，i和j表示W矩阵位置,k为输入a波的端口号,l为输出b波的端口号，m和n表示双音阶数，均为整数且不同时为0，(m_a,n_a)表示频率为m_aω₁+n_aω₂的a波频率，(m_b,n_b)-(m_a,n_a)频率为m_bω₁+n_bω₂的b波对a波的响应。