CN105721077A - 一种射频通道间时延差测量装置及测量方法 - Google Patents

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王伟
李宏斌
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    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/364—Delay profiles

Abstract

本发明涉及微波领域，特涉及一种射频通道间时延差测量装置及测量方法，应用于雷达领域和通信产品。本发明通过采用线性调频去斜处理的方法进行通道时延的测量，对不同通道分别测量后计算得出通道间时延差，本发明使通道间时延差测量不再受检波器响应速度、信号沿检测误差和通道间时延差大小限制的影响，实现通道间时延差的大范围高精度测量。

Description

一种射频通道间时延差测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及微波领域，特涉及一种射频通道间时延差测量装置及测量方法，应用于雷达领域和通信产品。
背景技术
一般的射频通道测量采用鉴别通道间的相位差，其电路原理框图如图1所示，根据通道间的相位差计算得出时延差，此类测量方法受到通道间时延差大小的限制，不能测量通道间超过1个信号周期以上的时延差。所以一般只用于通道间时延差不超过一个信号周期的测量，此测量范围小。
在通道间时延差较大时采用测量控制信号触发沿和检波射频信号输出沿之间的时间差，分别测量出不同通道的时间差来计算得出通道间的时延差，其电路原理框图如图2所示，此类测量方法受检波器响应速度和信号沿检测误差的限制，所以一般只用于精度要求不高的测量，一般时延误差为纳秒级，此测量精度低。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明通过采用线性调频去斜处理的方法进行通道时延的测量，对不同通道分别测量后计算得出通道间时延差，本发明使通道间时延差测量不再受检波器响应速度、信号沿检测误差和通道间时延差大小限制的影响，实现通道间时延差的大范围高精度测量。
本发明的技术方案为：一种射频通道间时延差测量装置，包含被测通道、混频器、LPF、ADC、FPGA顺序连接，其特征在于：所述的信号源产生的LFM信号被送入被测通道，信号源产生的LFM本振信号被送入混频器本振输入端；LFM本振信号与LFM信号调频斜率相同，且LFM本振信号的时间长度完全覆盖被测通道时延范围；LFM信号经被测通道后与LFM本振信号混频至中频，从而将被测通道时延从时间转换成相应频率点，再经过LPF滤波、ADC采样和FPGA进行傅里叶变换解出信号频率并计算出通道时延。
如上所述的射频通道间时延差测量装置，其特征在于：在测量不同通道间的时延差时，采用同一套测试设备。
本发明还公开了一种射频通道间时延差测量方法，其特征在于：信号源产生LFM信号和LFM本振信号，其中LFM本振信号与LFM信号调频斜率相同，且LFM本振信号的时间长度完全覆盖被测通道时延范围；
LFM信号被送入被测通道，LFM本振信号被送入混频器本振输入端；
LFM信号经被测通道后与LFM本振信号混频至中频信号；
中频信号经过滤波、采样和傅里叶变换解出信号频率并计算出通道时延。
如上所述的射频通道间时延差测量方法，其特征在于：使用去斜的处理方法将对射频通道时延的测量转换成对频率的测量。
附图说明
图1通道间相位差的方法进行通道间时延差测量框图；
图2射频信号包络时间差的方法进行通道间时延差测量框图；
图3线性调频去斜的处理方法进行通道间时延差测量框图；
具体实施方式
名称解释：
LFM信号：即为送给被测通道输入的线性调频信号。
LFM本振信号：送给混频器本振输入端的线性调频信号。
LPF：低通滤波器。
ADC：模数转化器。
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图3中，混频器包括RF、LO和IF端口，其中RF为通过被测通道被延时后的LFM信号输入端口；LO为LFM本振信号输入端口；IF为中频输出端口。
图3是本发明的实现电路原理框图，图中信号源的两个相参输出LFM信号和LFM本振信号分别连接被测通道的输入端口和混频器的本振端口。LFM本振信号与LFM信号调频斜率相同，且LFM本振信号的时间长度完全覆盖被测通道时延范围。如被测通道时延为10us，则LFM本振信号信号的时间宽度大于LFM信号的时间宽度加上10us，且LFM本振信号调频斜率与LFM信号相同，使混频后信号为点频，方便数据处理，否则数据处理量十分复杂。LFM信号经被测通道后与LFM本振信号混频至中频，从而将被测通道时延从时间转换成相应频率点，再经过LPF滤波、ADC采样和FPGA进行傅里叶变换解出信号频率并计算出通道时延，对多个被测通道进行相同测量后得出通道间时延差。
本发明的信号源如果不能同时出两个单独的LFM信号时可以采用两个能够单独输出LFM信号的源同步来实现。
ADC的输入信号功率、混频器RF端口和LO端口输入的LFM信号功率需满足器件要求，需要时可使用衰减器或放大器进行功率调节。
LPF的通带宽度由被测通道的时延范围和LFM信号调频斜率决定，时延越长、LFM信号调频斜率越大则LPF的通带宽度越宽。
ADC的采样时钟频率要求大于两倍LPF的通带宽度，采样频率和位数越高越好。
测试可能会由于不同电缆连接或者同一型号器件指标差异等带来误差，只需要在测量通道间时延差时采用不同被测通道使用同一套测试设备，即可消除误差。
以下以被测通道时延在0～20us的范围内进行通道时延差测量为例，并对本发明进一步进行说明。
按图3进行系统设计，信号源产生LFM信号频率为380MHz～420MHz，LFM本振信号频率为380MHz～620MHz，调频斜率为10MHz/us，脉冲周期为25us。LPF通带带宽为200MHz，ADC采样位数12位，采样时钟1GHz。
LFM信号通过被测通道延时后与LFM本振信号混频成点频脉冲信号，此信号经ADC转换成数字信号，经FPGA傅里叶变换解出信号频率FMHz。根据公式：通道时延t＝F/调频斜率，得出通道时延t。将被测通道进行测量分别得出通道时延，再计算出通道间的时延差。分别对两个被测通道进行测量，若混频后被测通道1的输出频率和混频后被测通道2的输出频率分别为100MHz和110MHz，可得出被测通道1和被测通道2的时延分别为10us和11us，从而得知通道间时延差为1us。在经过ADC和FPGA进行傅里叶变换解出信号频率时会带来一定误差，如果频率误差在为10Hz时，则时延误差为1ps，通常频率误差为Hz量级，可以通过提高ADC采样时钟频率和有效位数、增加FPGA运算点数来提高精度。
本发明相对于背景技术中的技术方案，其时延误差达到皮秒量级，极大提高了射频通道间时延差的测量精度。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种射频通道间时延差测量装置，包含被测通道、混频器、LPF、ADC、FPGA顺序连接，其特征在于：所述的信号源产生的LFM信号被送入被测通道，信号源产生的LFM本振信号被送入混频器本振输入端；LFM信号经被测通道后与LFM本振信号混频至中频，从而将被测通道时延从时间转换成相应频率点，再经过LPF滤波、ADC采样和FPGA进行傅里叶变换解出信号频率并计算出通道时延。
2.如权利要求1所述的射频通道间时延差测量装置，其特征在于：所述的LFM本振信号与LFM信号调频斜率相同，且LFM本振信号的时间长度完全覆盖被测通道时延范围。
3.如权利要求1或2所述的射频通道间时延差测量装置，其特征在于：在测量不同通道间的时延差时，采用同一套测试设备。
4.一种射频通道间时延差测量方法，其特征在于：信号源产生LFM信号和LFM本振信号，其中LFM本振信号与LFM信号调频斜率相同，且LFM本振信号的时间长度完全覆盖被测通道时延范围；
LFM信号被送入被测通道，LFM本振信号被送入混频器本振输入端；
LFM信号经被测通道后与LFM本振信号混频至中频信号；
中频信号经过滤波、采样和傅里叶变换解出信号频率并计算出通道时延。
5.如权利要求4所述的射频通道间时延差测量方法，其特征在于：使用去斜的处理方法将对射频通道时延的测量转换成对频率的测量。
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