CN106788795A - 一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，包括以下步骤：步骤(1)，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准；步骤(2)，连接混频器到输入端口，并在混频器输出端连接电子校准件进行校准；步骤(3)，去掉电子校准件，直接把混频器输出端口与矢量网络分析仪端口连接，进行校准。本发明的方法，用户的操作非常简单，体现了该校准方式自动化、智能化的特点，从而也降低了由用户对标准件的重复连接而引入连接性误差，所以最大程度地保证了该技术的校准准确度。

Description

一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校 准方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法。

背景技术

混频器和变频器件在军工、科研、生产、测试等方面占有重要地位，是雷达、卫星和无线电通信系统的核心部件。随着信号制式多样化和复杂调制方式的飞速发展，系统对于变频器件的频率相位和相位线性的要求越来越高，两个重要指标就是变频损耗平坦度和群时延平坦度。

对于变频器件的绝对群时延，常用的方法是三混频器法。三混频器法是通过对三对混频器进行三次测量来实现的。根据这些测量的结果，求解总响应的三个线性方程，可以计算出幅度和相位响应。该方法利用上变频和下变频，但为了避免对无用边带的二次变频，在各种混频器之间需要使用中频滤波器。

因此，现有测量混频器群时延的技术方案连接复杂，需要多个额外的混频器，同时测量精度有限。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，包括以下步骤：

步骤(1)，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准；

步骤(2)，连接混频器到输入端口，并在混频器输出端连接电子校准件进行校准；

步骤(3)，去掉电子校准件，直接把混频器输出端口与矢量网络分析仪端口连接，进行校准。

可选地，首先，在矢量网络分析仪端口1和端口2之间连接电子校准件，分别设置为被测混频器输入频率范围和输出频率范围进行校准；T₁...T_2n为电子校准件诸多反射标准输入频段内的特性值，M₁...M_2n是矢量网络分析仪对这些标准输入频段内的测量值，通过下面公式获取包括输入频段内正向方向性误差Edf、正向源匹配误差Esf、正向反射跟踪误差Erf：

反向求解输入频率的反向方向性误差Edr、反向源匹配误差Esr、反向反射跟踪误差Err公式如下：

同理，通过输出频段内T_2n+1...T_4n诸多反射标准特性值和M_2n+1...M_4n得到输出频段内的正向和反向方向性误差、正向和反向源匹配误差、正向和反向反射跟踪误差；

T_4n+1为电子校准件直通标准的特性值，M_4n+1...M_4n+4是矢量网络分析仪对该标准的测量值，通过下列公式得到输入输出范围内正反向负载匹配误差Elf和Elr：

其次，在端口1连接被测混频器，并连接本振输入与端口3，连接电子校准件与混频器输出端，进行校准；

T_5n+1...T_6n为电子校准件该频段反射标准的特性值，M_5n+1...M_6n是矢量网络分析仪该频段对这些标准的测量值，利用公式(1)获取包含混频器特性的矢量网络分析仪误差方向性、源匹配；反射跟踪误差分别为Edf’、Esf’、Erf’，从而通过夹具去嵌入方式获取该混频器的S2p特性，即S_11T、S_21T、S_12T、S_22T：

最后，断开电子校准件的连接，直接连接矢量网络分析仪与混频器输出端；

由于混频器特性已知，通过该特性与混频器直通特性的测量值，假设M_6n+1是该测量值，对应S_21M；

由于：

则：

Etf＝S_21M(1-S_22TElf_输入)(1-S_11TEsf_输入)/S_21T (9)

至此，所需的矢量网络分析仪端口1和端口2输入、输出频段的全部正反向误差均以得到。

可选地，所述公式(6)和公式(7)涉及到符号选取问题，由于测量的是绝对相位，而反正切确定相位造成了相位不连续，因此，需要把未开平方数值的相位扩展直到直流，获取直流特性后，通过复数开平方及取正值或负值形成的两个相位，与直流特性的相位比对，从而得到起始点相位；其他点的相位用“展开的相位特性”即可，从而形成整个频带范围内连续的绝对相位特性。

本发明的有益效果是：

用户的操作非常简单，体现了该校准方式自动化、智能化的特点，从而也降低了由用户对标准件的重复连接而引入连接性误差，所以最大程度地保证了该技术的校准准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明校准方法步骤(1)的连接关系示意图；

图2为本发明校准方法步骤(2)的连接关系示意图；

图3为本发明校准方法步骤(3)的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有测量混频器群时延的技术方案连接复杂，需要多个额外的混频器，同时测量精度有限。本发明的方法应用电子校准件和矢量网络分析仪，矢量网络分析仪与电子校准件快速简单的连接操作相结合，实现了混频器相位的绝对测量，从而可进行群时延平坦度测试。

本发明的矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，包括以下步骤：

步骤(1)，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准；

步骤(2)，连接混频器到输入端口，并在混频器输出端连接电子校准件进行校准；

步骤(3)，去掉电子校准件，直接把混频器输出端口与矢量网络分析仪端口连接，进行校准。

下面结合说明书附图对本发明的校准方法进行详细说明。

如图1所示，首先，在矢量网络分析仪端口1和端口2之间连接电子校准件，分别设置为被测混频器输入频率范围和输出频率范围进行校准。假设T₁...T_2n为电子校准件诸多反射标准输入频段内的特性值，M₁...M_2n是矢量网络分析仪对这些标准输入频段内的测量值，通过下面公式可以获取包括输入频段内正向方向性误差Edf、正向源匹配误差Esf、正向反射跟踪误差Erf：

反向求解输入频率的反向方向性误差Edr、反向源匹配误差Esr、反向反射跟踪误差Err公式如下：

同理可以通过输出频段内T_2n+1...T_4n诸多反射标准特性值和M_2n+1...M_4n得到输出频段内的正向和反向方向性误差、正向和反向源匹配误差、正向和反向反射跟踪误差。

假设T_4n+1为电子校准件直通标准的特性值，M_4n+1...M_4n+4是矢量网络分析仪对该标准的测量值。通过下列公式可以得到输入输出范围内正反向负载匹配误差Elf和Elr：

其次，如图2所示，在端口1连接另一混频器(可以被测混频器，如果被测混频器互易)，并连接本振输入与端口3，连接电子校准件与混频器输出端，进行校准。

假设T_4n+1...T_5n为电子校准件该频段反射标准的特性值，M_4n+1...M_5n是矢量网络分析仪该频段对这些标准的测量值，利用公式(1)获取包含混频器特性的矢量网络分析仪误差方向性、源匹配。反射跟踪误差分别为Edf’、Esf’、Erf’，从而可通过夹具去嵌入方式获取该混频器的S2p特性(包括S11、S21、S12、S22在内的混频器特性数据)，即S_11T、S_21T、S_12T、S_22T。

上述公式(6)和公式(7)涉及到符号选取问题，由于测量的是绝对相位，而反正切确定相位造成了相位不连续。因此，需要把未开平方数值的相位扩展直到直流，获取直流特性后，通过复数开平方及取正值或负值形成的两个相位，与直流特性的相位比对，从而得到起始点相位。其他点的相位用“展开的相位特性”即可，从而形成整个频带范围内连续的绝对相位特性。

最后，如图3所示，断开电子校准件的连接，直接连接矢量网络分析仪与混频器输出端。

由于混频器特性已知，通过该特性与混频器直通特性的测量值，假设M_6n+1是该测量值，对应S_21M。

由于：

则：

Etf＝S_21M(1-S_22TElf_输入)(1-S_11TEsf_输入)/S_21T (9)

至此，通过该技术所需的矢量网络分析仪端口1和端口2输入、输出频段的全部正反向误差均以得到。

本发明使用了电子校准件，虽然进行了45次扫描，获取了49组测量数据，求解了输入、输出频段的两个端口的正反向误差，用户的操作非常简单，体现了该校准方式自动化、智能化的特点，从而也降低了由用户对标准件的重复连接而引入连接性误差，所以最大程度地保证了该技术的校准准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准；

步骤(2)，连接混频器到输入端口，并在混频器输出端连接电子校准件进行校准；

步骤(3)，去掉电子校准件，直接把混频器输出端口与矢量网络分析仪端口连接，进行校准。

2.如权利要求1所述的一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，其特征在于，

首先，在矢量网络分析仪端口1和端口2之间连接电子校准件，分别设置为被测混频器输入频率范围和输出频率范围进行校准；T₁…T_2n为电子校准件诸多反射标准输入频段内的特性值，M₁…M_2n是矢量网络分析仪对这些标准输入频段内的测量值，通过下面公式获取包括输入频段内正向方向性误差Edf、正向源匹配误差Esf、正向反射跟踪误差Erf：

$\left[\begin{array}{ccc}1& M_1{T}_1& -T_1\\ 1& M_2{T}_2& -T_2\\ 1& M_3{T}_3& -T_3\\ \↓& \↓& \↓\\ 1& M_n{T}_n& -T_n\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Edf\\ Esf\\ Edf-Erf\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{T}_1\\ T_2\\ T_3\\ \↓\\ T_n\end{array}\right]---\left(1\right)$

反向求解输入频率的反向方向性误差Edr、反向源匹配误差Esr、反向反射跟踪误差Err公式如下：

$\left[\begin{array}{ccc}1& M_{n+1}{T}_{n+1}& -T_{n+1}\\ 1& M_{n+2}{T}_{n+2}& -T_{n+2}\\ 1& M_{n+3}{T}_{n+3}& -T_{n+3}\\ \↓& \↓& \↓\\ 1& M_{2n}{T}_{2n}& -T_{2n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Edr\\ Esr\\ Edr-Err\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{T}_{n+1}\\ T_{n+2}\\ T_{n+3}\\ \↓\\ T_{2n}\end{array}\right]---\left(2\right)$

同理，通过输出频段内T_2n+1…T_4n诸多反射标准特性值和M_2n+1…M_4n得到输出频段内的正向和反向方向性误差、正向和反向源匹配误差、正向和反向反射跟踪误差；

T_4n+1为电子校准件直通标准的特性值，M_4n+1…M_4n+4是矢量网络分析仪对该标准的测量值，通过下列公式得到输入输出范围内正反向负载匹配误差Elf和Elr：

$Elf=\frac{M_{4n+1}-Edf}{\left(Erf+{\mathrm{EsfM}}_{4n+1}-EsfEdf\right)T_{4n+1}{T}_{4n+1}}---\left(3\right)$

$Elr=\frac{M_{4n+3}-Edr}{\left(Err+{\mathrm{EsrM}}_{4n+3}-EsrEdr\right)T_{4n+1}{T}_{4n+1}}---\left(4\right)$

其次，在端口1连接被测混频器，并连接本振输入与端口3，连接电子校准件与混频器输出端，进行校准；

T_5n+1…T_6n为电子校准件该频段反射标准的特性值，M_5n+1…M_6n是矢量网络分析仪该频段对这些标准的测量值，利用公式(1)获取包含混频器特性的矢量网络分析仪误差方向性、源匹配；反射跟踪误差分别为Edf’、Esf’、Erf’，从而通过夹具去嵌入方式获取该混频器的S2p特性，即S_11T、S_21T、S_12T、S_22T：

$S_{11T}=\frac{{\mathrm{Edf}}^{,}-Edf}{Erf+Esf({\mathrm{Edf}}^{,}-Edf)}---\left(5\right)$

$S_{21T}=\frac{\±\sqrt{{\mathrm{ErfErf}}^{,}}}{Erf+Esf\left({\mathrm{Edf}}^{,}-Edf\right)}---\left(6\right)$

$S_{22T}={\mathrm{Esf}}^{,}+\frac{\±\sqrt{{\mathrm{ErfErf}}^{,}}}{Erf+Esf({\mathrm{Edf}}^{,}-Edf)}---\left(7\right)$

最后，断开电子校准件的连接，直接连接矢量网络分析仪与混频器输出端；

由于混频器特性已知，通过该特性与混频器直通特性的测量值，假设M_6n+1是该测量值，对应S_21M；

由于：

则：

Etf＝S_21M(1-S_22TElf_输入)(1-S_11TEsf_输入)/S_21T (9)

至此，所需的矢量网络分析仪端口1和端口2输入、输出频段的全部正反向误差均以得到。

3.如权利要求2所述的一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器群时延的校准方法，其特征在于，

所述公式(6)和公式(7)涉及到符号选取问题，由于测量的是绝对相位，而反正切确定相位造成了相位不连续，因此，需要把未开平方数值的相位扩展直到直流，获取直流特性后，通过复数开平方及取正值或负值形成的两个相位，与直流特性的相位比对，从而得到起始点相位；其他点的相位用“展开的相位特性”即可，从而形成整个频带范围内连续的绝对相位特性。