CN106026971B - 一种精密程控步进衰减器频响校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密程控步进衰减器的频响校正方法及系统，包括以下步骤：根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。本发明的有益效果是：根据输入衰减量采用最优组合算法优化程控步进衰减器模块的衰减片组合进行补偿，能够满足宽频带范围内信号完整性要求。

Description

一种精密程控步进衰减器频响校正方法及系统

技术领域

本发明涉及电子测试领域，尤其是一种精密程控步进衰减器的频响校正方法及系统。

背景技术

程控步进衰减器是指用电信号控制衰减量的无源微波器件，其主要功能是对微波信号的幅度进行精确衰减，实现从0dB到衰减器最大衰减量的步进衰减，可广泛应用于各类自动测试系统中。

精密程控步进衰减器的衰减频响问题具体表现为频率越高，衰减片上附加电感电容产生的效果越明显，在整件上表现为衰减片的衰减量偏离低频段的值，甚至在高频段没有衰减而是直接从输入端口耦合至输出端口。另外精密程控步进衰减器由多个衰减片单元串联组合而成，从理论上讲，任意两个衰减片串联产生的衰减量应等于两个衰减片衰减量相加，但是由于传输线的不连续性，微波信号在不连续处会产生高次模，这些高次模信号导致衰减器在高频段、大衰减状态下的衰减频响变差。

为解决精密程控步进衰减器存在的衰减频响问题，进一步提高衰减精度，需要对衰减器进行校准修正。目前衰减器一般采用结果补偿的传统校准方法。

结果补偿方法是一种根据衰减器在频率点处实际衰减量与理论衰减量的偏差作为补偿值的校准方法。该校准方法的思想是在衰减器频率和衰减量范围内选取其需要校准的特定频率点和衰减量，利用测试仪器对校准点进行校准，计算并保存校准值与理论值的偏差值，衰减器测试过程中根据存储的校准偏差值对输入衰减量进行处理，并将其结果作为新的输入衰减量用于测试。

现有的传统校准方法一定程度上提高了衰减器频响精度，但也存在诸多问题和不足，具体如下：

1)传统校准方法是一种基于测量结果基础上衰减器补偿值处理的校准方法，衰减器输出信号的实际衰减量不是理想衰减量，信号起伏问题依然存在，在宽频带范围下尤其严重，不满足特定场合下对信号幅度平稳性的要求，不利于保持信号的完整性和平整性；

2)校准点覆盖范围有限，传统校准方法仅能够选取特定频率的特定衰减量 进行校准，不能够实现某一频率点处衰减量校准全覆盖，因此有一定的局限性；

3)基于测量结果的校准方式，用户在使用过程中需要利用出厂校准数据对测量结果进行处理，处理算法不同影响着测试数据的稳定性，同时补偿流程较为复杂；

4)传统校准方法为满足宽频带范围内频响的相对精度要求，生产调试较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种精密程控步进衰减器的频响校正方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种精密程控步进衰减器的频响校正系统的频响校正方法，包括以下步骤：

步骤一：根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

步骤二：按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

步骤三：根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。

优选的，所述步骤三中，根据衰减片最优组合算法寻找当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合。

进一步优选的，所述步骤三中，衰减片最优组合算法包括以下步骤：

步骤301：获取当前频率点x_i以及所述频率点需要配置的衰减量f_A(x_i)和动态衰减量f_B(x_i)，以衰减量f_A(x_i)为中心，在满足程控步进衰减器衰减量程范围限定条件的情况下，按照步长值Δp对动态衰减量f_B(x_i)进行动态调整；

步骤302：按照衰减片组合规则从动态衰减量f_B(x_i)中选取衰减片，获取衰减片组的衰减量值；

步骤303：计算频率点x_i处程控步进衰减器的校准值f_C(x_i)，计算步骤S302的组合方式中获取的校准值f_C(x_i)，从存储空间中读取校准数据，根据衰减片组的衰减量值累加计算当前频率点x_i对应的程控步进衰减器校准值；步骤304：根据校准值f_C(x_i)计算理论衰减量与校准值f_C(x_i)的绝对偏差值δ，具体表达式为δ＝|f_A(x_i)-f_C(x_i)|，若绝对偏差值δ小于上一次偏差值，则更新绝对偏差值 δ，否则保持绝对偏差值δ；

步骤305：动态衰减量f_B(x_i)以步长Δp增加，若满足步骤S301程控步进衰减器衰减量程范围限定条件，则重复执行步骤S302至步骤S304，否则执行步骤S306；

步骤306：将步骤S304中获取的绝对偏差值δ最小的衰减片组合作为最优解值。

优选的，所述衰减片组合规则为根据自身衰减量将串联的衰减片划分为1.1～1.9小数值衰减片组、1～9个位整数值衰减片组、10～90十位整数值衰减片组及100百位整数值衰减片组，将程控步进衰减器输入衰减量分别处理为小数位值、个位值、十位值和百位值，并根据输入衰减量从上述小数值衰减片组、个位整数值衰减片组、十位整数值衰减片组和百位整数值衰减片组中选取衰减片组。

优选的，所述步骤S305中，程控步进衰减器衰减量程范围限定条件为程控步进衰减器衰减量小于等于衰减片组合中最大衰减量。

优选的，所述步骤301中，动态调整依据公式为以f_A(x_i)为中心±2.5范围内按Δp步进量动态调整，即f_A(x_i)-2.5≤f_B(x_i)≤f_A(x_i)+2.5，步进量Δp＝0.1。

基于上述精密程控步进衰减器的频响校正方法的校正系统，包括：

校准单元，用于根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

压缩处理单元，用于按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

搜索单元，用于根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。

本发明的有益效果是：

1.该方法根采用最优组合算法优化对程控步进衰减器的衰减片组合进行补偿，程控步进衰减器输出信号精准度高，能够满足宽频带范围内信号完整性和平整性要求；

2.该方法能够覆盖衰减器在校准频率点处衰减量程范围内的所有衰减量，衰减量校准范围广；

3.该方法在测试过程中，无须用户干预，根据输入衰减量和频率自动完成衰减片的优化组合配置，自动化程度高、使用方便；

4.该方法有利于增强精密程控步进衰减器的可生产性，降低生产调试难度。

附图说明

图1是本发明提供的精密程控步进衰减器频响校正方法流程图；

图2是本发明提供的衰减片最优组合算法流程图；

图3是现有技术的精密程控步进衰减器频响校正结构示意图；

图4是本发明提供的精密程控步进衰减器频响校正系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图3所示，在衰减器输入端进行衰减量的输入，并对输入衰减量进行结果补偿，衰减器输出端进行衰减量测试，测试结束后将衰减量输出，附图的结构中，衰减器输出信号的实际衰减量不是理想衰减量，存在信号起伏的问题，在宽频带范围下尤其严重，不满足特定场合下对信号幅度平稳性的要求，不利于保持信号的完整性和平整性；同时，校准点覆盖范围有限，该校准方法无法实现某一频率点处衰减量校准全覆盖，具有局限性。

针对现有技术的缺陷，本发明提出下述技术方案：

一种精密程控步进衰减器的频响校正系统的频响校正方法，包括检验/出厂校准阶段和测试阶段，步骤一和步骤二为检验/出厂校准阶段；步骤三为测试阶段，具体包括以下步骤：

如图1所示，步骤一：根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

步骤二：校准完成后，按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

步骤三：根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。

所述步骤三中，根据衰减片最优组合算法寻找当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合。

如图2所示，所述步骤三中，衰减片最优组合算法包括以下步骤：

步骤301：获取当前频率点x_i以及所述频率点需要配置的衰减量f_A(x_i)和动 态衰减量f_B(x_i)，以衰减量f_A(x_i)为中心，在满足程控步进衰减器衰减量程范围限定条件的情况下，按照步长值Δp对动态衰减量f_B(x_i)进行动态调整；

步骤302：按照衰减片组合规则从动态衰减量f_B(x_i)中选取衰减片组，获取衰减片组的衰减量值；

所述衰减片组合规则为根据自身衰减量将串联的衰减片划分为1.1～1.9小数值衰减片组、1～9个位整数值衰减片组、10～90十位整数值衰减片组及100百位整数值衰减片组，将程控步进衰减器输入衰减量分别处理为小数位值、个位值、十位值和百位值，并根据输入衰减量从上述小数值衰减片组、个位整数值衰减片组、十位整数值衰减片组和百位整数值衰减片组中选取衰减片组。

例如：输入衰减量为111.5dB，则从小数值衰减片组中选取1.5dB，从十位整数值衰减组中选取10dB，从百位值衰减片组中选取100dB，，选择小数值衰减片衰减量、个位整数值衰减片衰减量和百位整数值衰减片衰减量之和等于输入衰减量。

步骤303：计算频率点x_i处程控步进衰减器的校准值f_C(x_i)，计算步骤S302的组合方式中获取的校准值f_C(x_i)，从存储空间中读取校准数据，根据衰减片组的衰减量值累加计算当前频率点x_i对应的程控步进衰减器校准值；

步骤304：根据校准值f_C(x_i)计算理论衰减量与校准值f_C(x_i)的绝对偏差值δ，具体表达式为δ＝|f_A(x_i)-f_C(x_i)|，若绝对偏差值δ小于上一次偏差值，则更新绝对偏差值δ，否则保持绝对偏差值δ；

步骤305：动态衰减量f_B(x_i)以步长Δp增加，若满足步骤S301程控步进衰减器衰减量程范围限定条件，则重复执行步骤S302至步骤S304，否则执行步骤S306；

步骤306：将步骤S304中获取的绝对偏差值δ最小的衰减片组合作为最优解。

通过采用最优组合算法，能够覆盖衰减器在校准频率点处衰减量程范围内的所有衰减量，衰减量校准范围广，提高了衰减器输出信号的精度，同时，由于衰减器输出信号精准度高，能够满足宽频带范围内信号完整性和平整性要求。

优选的，所述步骤301中，动态调整依据公式为以f_A(x_i)为中心±2.5范围内按Δp步进量动态调整，即f_A(x_i)-2.5≤f_B(x_i)≤f_A(x_i)+2.5，步进量Δp＝0.1。

如图4所示，基于上述精密程控步进衰减器的频响校正方法的校正系统，包括：

校准单元，用于根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

压缩处理单元，用于按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

搜索单元，用于根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。

实施例：

实验参数具体为：分别选取1GHz、2GHz、6GHz频率点处进行衰减量测试，且任一频率点分别选取10dB、64.5dB、116.5dB作为用于测试的程控步进衰减器输入衰减量，实验将本发明提供的方法与现有技术采用的结果补偿方法分别进行测试，两种方法分别获取最优解和绝对偏差值，并将两种方法的最优解和绝对偏差值进行比较，比较结果参考表1。

表1 现有结果补偿方法与本发明实验测试结果

由表1看出，频率点为1GHz、2GHz、6GHz条件下，本发明的频响校正方法的绝对偏差值均小于结果补偿方法绝对偏差值，且本申请的绝对偏差值大约为结果补偿方法的绝对偏差值的二分之一，进而表明，本发明得到的衰减量绝对值偏差比结果补偿方法的衰减量绝对值偏差精度大约提升一倍，因此，本发明与现有结果补偿方法相比，对程控步进衰减器频率响应校准更加准确，同 时，本发明可以对单个频率点进行衰减量校准，因此，可以实现程控步进衰减器频率响应校准全覆盖。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种精密程控步进衰减器的频响校正方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

步骤二：按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

步骤三：根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解；

所述步骤三中，根据衰减片最优组合算法寻找当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合；

所述步骤三中，衰减片最优组合算法包括以下步骤：

步骤301：获取当前频率点x_i以及所述频率点需要配置的衰减量f_A(x_i)和动态衰减量f_B(x_i)，以衰减量f_A(x_i)为中心，在满足程控步进衰减器衰减量程范围限定条件的情况下，按照步长值Δp对动态衰减量f_B(x_i)进行动态调整；

步骤302：按照衰减片组合规则从动态衰减量f_B(x_i)中选取衰减片组，获取衰减片组的衰减量值；

步骤303：计算频率点x_i处程控步进衰减器的校准值f_C(x_i)，计算步骤302的组合方式中获取的校准值f_C(x_i)，从存储空间中读取校准数据，根据衰减片组的衰减量值累加计算当前频率点x_i对应的程控步进衰减器校准值；

步骤304：根据校准值f_C(x_i)计算理论衰减量与校准值f_C(x_i)的绝对偏差值δ，具体表达式为δ＝|f_A(x_i)-f_C(x_i)|，若绝对偏差值δ小于上一次偏差值，则更新绝对偏差值δ，否则保持绝对偏差值δ；

步骤305：动态衰减量f_B(x_i)以步长Δp增加，若满足步骤301程控步进衰减器衰减量程范围限定条件，则重复执行步骤302至步骤304，否则执行步骤306；

步骤306：将步骤304中获取的绝对偏差值δ最小的衰减片组合作为最优解值；

所述步骤302中的衰减片组合规则为根据自身衰减量将串联的衰减片划分为1.1～1.9小数值衰减片组、1～9个位整数值衰减片组、10～90十位整数值衰减片组及100百位整数值衰减片组，将程控步进衰减器输入衰减量分别处理为小数位值、个位值、十位值和百位值，并根据输入衰减量从上述小数值衰减片组、个位整数值衰减片组、十位整数值衰减片组和百位整数值衰减片组中选取衰减片组；

所述步骤305中，程控步进衰减器衰减量程范围限定条件为程控步进衰减器衰减量小于等于衰减片组合中最大衰减量；

所述步骤301中，动态调整依据公式为以f_A(x_i)为中心±2.5范围内按Δp步进量动态调整，即f_A(x_i)2.5≤f_B(x_i)≤f_A(x_i)+2.5，步进量Δp＝0.1。

2.基于权利要求1所述的精密程控步进衰减器的频响校正方法的频响校正系统，其特征是，包括校准单元，用于根据测试仪器设定的频率校准点逐级对串联的衰减片进行校准，保存所述衰减片的校准值；

压缩处理单元，用于按照由低到高的频率顺序和衰减片串联顺序对每一级衰减片校准数据进行压缩处理，并将处理后的校准数据进行存储；

搜索单元，用于根据串联的衰减片的不同组合获取预期衰减量，并搜索当前频率点处与理论衰减量偏差最小的衰减片组合，获取最优解。