CN106817083A - 一种矢量调制器的增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矢量调制器的增益控制方法，所述方法包括粗校准测试和细校准测试；所述粗校准测试包括：设定用于粗校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；选取I路和Q路的粗校准步进；根据本次测试的I路校准边界和粗校准步进，以及Q路校准边界和粗校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；验证本次测试得到的I路最小增益值对应的控制电压和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；当验证结果为满足时，输出本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压；当验证结果为不满足时，进行细校准测试。本发明有效地提高了矢量调制器的性能以及校准效率。

Description

一种矢量调制器的增益控制方法

技术领域

本发明涉及数字技术领域，特别是涉及一种矢量调制器的增益控制方法。

背景技术

目前，正交调制器已广泛应用于雷达、导航、仪器仪表及卫星通信等领域，具有结构小、功耗低和调制损耗低等特点，通过改变自身调制衰减电路的控制电压来改变调制信号的幅度，从而实现对信号的移相和变幅。

一个正交矢量调制器具有一对控制电路，两个控制信号I和Q构成了一个二维平面，在同一频点上，将不同的控制电压组合可以产生不同的增益与相位数据组合，可用来定义射频信号增益的幅度与增益的相位。对于能够正常工作的矢量调制器，如果控制电压精度足够小，且该电压处在正常的工作范围内，那么测试出所有的增益相位特性在极坐标中表现成一个类似方形的封闭区域。最大等增益圆就是该区域的内切圆，其增益值等于区域边界上的点增益最小值，圆上的点也处在封闭区域的线性空间内。

现有矢量调制器在很多方面总会偏离理想的模型，如加工误差、矢量调制器本身的限制、测试系统的系统误差以及测试误差等，由此导致了最大等增益圆上的增益值存在一个波动范围，相邻的两个点之间存在相位差，这个增益值的波动范围就是增益平坦度，最大的相位差叫做相位偏移量。

为了取得高精度的增益平坦度以及相位偏移量，在实际应用中，需要对一个矢量调制器在不同的频率、温度和功率等环境下进行测试，测试数据极其繁多并且需要消耗大量的时间。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种矢量调制器的增益控制方法，用以提高矢量调制器性能。

本发明通过以下方案实现的：

本发明提供一种矢量调制器的增益控制方法，所述方法包括粗校准测试和细校准测试；

所述粗校准测试包括：步骤10，设定用于粗校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；

步骤11，选取I路和Q路的粗校准步进；

步骤12，根据本次测试的I路校准边界和粗校准步进，以及Q路校准边界和粗校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤13，验证本次测试得到的I路最小增益值对应的控制电压和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤14，当验证结果为满足时，输出本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤15，当验证结果为不满足时，进行细校准测试。

进一步，所述细校准测试包括：

步骤20，根据前次对矢量调制器的增益控制进行测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，设定用于本次细校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；

步骤21，选取本次测试的I路和Q路的细校准步进；

步骤22，根据本次测试的I路校准边界和细校准步进，以及Q路校准边界和细校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤23，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤24，当验证结果为满足时，输出I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤25，当验证结果为不满足时，判断本次测试细校准步进是否小于矢量调制器电压可控的最小刻度，当小于时，输出前次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，当大于时，执行步骤20。

进一步，，步骤13或步骤23具体包括：

利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压；

根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标。

进一步，，利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压的步骤，具体包括：

固定校准电压V_i为I路校准边界控制电压的中点，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个Q路校准电压V_q，将V_q从小到大进行遍历测试，得到Q路增益最小值值对应的控制电压V_mq；

固定校准电压V_mq，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个I路校准电压V_i，将V_i从小到大进行遍历测试，得到I路增益最小值值对应的控制电压V_mi。

进一步，，根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标的步骤，具体包括：

根据V_mq和V_mi，在极坐标系内计算最大增益圆相应的圆心和半径；

选取至少两个校准电压，对选取的校准电压进行测试，得到各校准电压对应的增益和相位；

比对各校准电压对应的增益的最大值和最小值的差与预先设定的增益平坦度指标，以及比对各校准电压对应的相位的最大值和最小值的差与预先设定的相位偏移量指标。

进一步，I路和Q路的粗校准步进相同；每次细校准测试的I路和Q路的细校准步进相同。

进一步，第一次细校准测试的细校准步进小于粗校准步进；本次细校准测试的细校准步进小于前次细校准测试的细校准步进。

进一步，根据矢量调制器的增益控制进行测试的时长和精度选取粗校准步进和每次细校准测试的细校准步进。

本发明有益效果如下：本发明实现最大增益圆的自动测试，精确实现矢量调制器的增益控制，最大限度的减少相位偏移和幅度偏移带来的误差，获取调制器的最大增益值，提高增益平坦度，从而对合成矢量信号进行修正，提高了矢量调制器的性能以及校准效率。

附图说明

图1是现有技术中矢量调制器的功能框图；

图2是本发明实施例中矢量调制器最大等增益圆示意图；

图3是本发明实施例中非理想矢量调制器增益矢量示意图；

图4是本发明实施例中一种矢量调制器的增益控制方法的详细流程图；

图5是本发明实施例中校准过程的流程图；

图6是本发明实施例中增益圆验证流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种矢量调制器的增益控制方法，通过实现基于最大增益圆的自动测试，精确实现矢量调制器的增益控制，最大限度的减少相位偏移和幅度偏移带来的误差，获取调制器的最大增益值，提高增益平坦度，从而对合成矢量信号进行修正，提高了矢量调制器的性能以及校准效率。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明实施例提供一种矢量调制器的增益控制方法，所述方法包括粗校准测试和细校准测试；

所述粗校准测试包括：步骤10，设定用于粗校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；

步骤11，选取I路和Q路的粗校准步进；

步骤12，根据本次测试的I路校准边界和粗校准步进，以及Q路校准边界和粗校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤13，验证本次测试得到的I路最小增益值对应的控制电压和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤14，当验证结果为满足时，输出本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤15，当验证结果为不满足时，进行细校准测试。

本发明实施例实现最大增益圆的自动测试，精确实现矢量调制器的增益控制，最大限度的减少相位偏移和幅度偏移带来的误差，获取调制器的最大增益值，提高增益平坦度，从而对合成矢量信号进行修正，提高了矢量调制器的性能以及校准效率。

本发明实施例还基于最大增益圆理论，通过将I、Q两路偏置电压与极坐标空间的对应，寻找理想状态下调制器的增益圆点(增益设置最小值)与非理想状态下的增益圆点的细微差别，采用迭代法不断确定以及修正圆点位置，从而实现调制器的最大增益控制。同时通过测试，将粗校准方式与细校准方式相结合，不断改变测试电压边界，最大限度的减少了测试时间。

用户还可以自行设定增益平坦度和相位偏移量指标，以适应不同矢量调制器的测试校准需求。因此本发明实施例方法还包括：

所述细校准测试包括：

步骤20，根据前次对矢量调制器的增益控制进行测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，设定用于本次细校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；本步骤中前次对矢量调制器的增益控制进行测试具体的可以为粗校准测试，也可以为细校准测试。

步骤21，选取本次测试的I路和Q路的细校准步进；

步骤22，根据本次测试的I路校准边界和细校准步进，以及Q路校准边界和细校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤23，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤24，当验证结果为满足时，输出I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤25，当验证结果为不满足时，判断本次测试细校准步进是否小于矢量调制器电压可控的最小刻度，当小于时，输出前次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，当大于时，执行步骤20。

其中，步骤13或步骤23具体包括：

利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压；

根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标。

利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压的步骤，具体包括：

固定校准电压V_i为I路校准边界控制电压的中点，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个Q路校准电压V_q，将V_q从小到大进行遍历测试，得到Q路增益最小值值对应的控制电压V_mq；

固定校准电压V_mq，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个I路校准电压V_i，将V_i从小到大进行遍历测试，得到I路增益最小值值对应的控制电压V_mi。

根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标的步骤，具体包括：

根据V_mq和V_mi，在极坐标系内计算最大增益圆相应的圆心和半径；

选取至少两个校准电压，对选取的校准电压进行测试，得到各校准电压对应的增益和相位；

比对各校准电压对应的增益的最大值和最小值的差与预先设定的增益平坦度指标，以及比对各校准电压对应的相位的最大值和最小值的差与预先设定的相位偏移量指标。

以下结合附图详细描述本发明实施例方法。

图1为本发明所适用的任意一种矢量调制器的功能框图。如图所示，射频输入信号进入调制器后被一分为二成两路信号，在调制电路中它们分别与相差90°的同相信号I和正交信号Q相乘，之后再组合为一路信号输出。在这一过程中，信号的增益控制可理解为是在I和Q构成的二维平面中实现的，因此增益(增益设置)可视为一个“矢量”。

图2为本发明所适用的调制器最大等增益圆示意图。理想矢量调制器增益设置的最小值在圆心处(增益原点)，而增益设置的最大值落于圆环上，增益矢量的幅度集合是以增益原点为中心的一系列同心圆。理想条件下的矢量调制器最大增益圆的，半径是(V_{mi_max}-V_{mi_min})/2＝(V_{mq_max}-V_{mq_min})/2，V_{mi_max}、V_{mi_min}、V_{mq_max}、V_{mq_min}分别为信号I、Q控制电压范围的最大值、最小值。

图3为本发明所涉及的非理想矢量调制器增益矢量示意图。在实际的调制过程中，包括输入信号在内的四路信号不可避免会出现诸如直流偏置、I/Q幅度不平衡以及相位不正交等对调制指标有直接影响的误差，在极坐标系中表现如图3所示：增益圆的矢量圆点会出现轻微的偏移；增益的相位也会产生固有偏差；实际的最大增益圆也会发生偏移，但总会落在最大增益圆的范围内。

图4为本发明实施例方法流程图。如图4所示，本发明实施例方法包括：

步骤1，根据矢量调制器的相关性能，在程序入口设定控制电压参数，即I、Q控制电压范围的最大值、最小值V_{mi_max}、V_{mi_min}、V_{mq_max}、V_{mq_min}。根据V_{mi_max}和V_{mi_min}确定I控制电压的扫描范围(校准边界)，根据V_{mq_max}和V_{mq_min}确定Q控制电压的扫描范围，可选取(V_{mi_max}-V_{mi_min})/10和(V_{mq_max}-V_{mq_min})/10作为校准步进。

步骤2，进入粗校准模式，对矢量调制器进行增益测试。

步骤3，利用二分法的思想可最快确定I路最小增益值对应的控制电压V_mi和Q路最小增益值对应的控制电压V_mq。

步骤4，将此数据送入增益圆验证模块，根据最大增益圆法则验证此数据是否满足用户所设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤5，若满足直接输出结果；

步骤6，若不满足则进入细校准环节；

同粗校准模式类似，在细校准环节同样对矢量调制器进行增益测试，扫描边界I的控制电压为V_mi-(V_{mi_max}-V_{mi_min})/10和V_mi+(V_{mi_max}-V_{mi_min})/10，Q为V_mq-(V_{mq_max}-V_{mq_min})/10和V_mq+(V_{mq_max}-V_{mq_min})/10，步进可选取(V_{mi_max}-V_{mi_min})/50和(V_{mq_max}-V_{mq_min})/50甚至更小，步进的大小选取与测试过程的时长有一定关系，可根据实际情况精度和复杂程度进行取舍；也就是说根据矢量调制器的增益控制进行测试的时长和精度选取粗校准步进和每次细校准测试的细校准步进。

步骤7，细校准；

步骤8，在得到新的最小增益值及其控制电压V_mi和V_mq后，进入增益圆验证环节进行判定。

步骤9，判定若满足则直接输出结果；若不满足，执行步骤6，则根据新的控制电压V_mi和V_mq进行再次细校准。也就是说经过一次或多次迭代判断后，直至步进变为矢量调制器电压可控的最小刻度为止，最后得到的即为最终所需数据。

除了校准边界以及校准步进不同之外，也就是说，I路和Q路的粗校准步进相同；每次细校准测试的I路和Q路的细校准步进相同。第一次细校准测试的细校准步进小于粗校准步进；本次细校准测试的细校准步进小于前次细校准测试的细校准步进。粗校准模式与细校准模式的工作流程一致，图5是本发明实施例中校准过程的流程图，如图5所示，具体描述如下：

步骤1，将校准电压V_i固定为校准边界I电压的中点，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个Q路校准电压V_q；

步骤2，将V_q从小到大进行遍历测试，得到增益最小值所在的电压，记V_mq＝V_q；

步骤3，固定校准电压V_mq；

步骤4，将V_i从小到大进行遍历测试，得到增益最小值所在的电压，记V_mi＝V_i，由此得到此次校准所得值。

图6为本发明涉及到的增益圆验证环节流程图。如图6所示，包括：

步骤1，在得到粗(细)校准数据即控制电压V_mi和V_mq后，在极坐标系内计算其最大增益圆相应的圆心和半径，然后选取N个样本点，如V_i1/V_q1、V_i2/V_q2、V_i3/V_q3等(为方便起见，可选取相位特殊的点进行验证，例如30、45、90、180度的点等等)。

步骤2，将这N个校准电压进行测试，得到各个控制电压所对应的增益和相位。

步骤3，将最大值和最小值的差与要求的增益平坦度以及相位偏移量进行对比，若满足指标要求即为通过，若不满足则提示未能通过。其中，样本点的个数至少大于2个，具体个数可以根据实际情况设置。

整个测试过程在显示通过或者在最后一次细校准步进为最小时截止。

本发明实施例基于最大等增益圆的思想，采用粗校准方式与细校准方式相结合测试方法，不断改变测试电压边界，最大限度的减少了测试时间。用户可根据实际需要设定边界、步进、样本点等信息来取得测试时间与测试精度的平衡，还可以自行设定增益平坦度和相位偏移量指标，以适应不同矢量调制器的测试校准需求。

尽管为示例目的，以上已经公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种矢量调制器的增益控制方法，其特征在于，所述方法包括粗校准测试和细校准测试；

所述粗校准测试包括：步骤10，设定用于粗校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；

步骤11，选取I路和Q路的粗校准步进；

步骤12，根据本次测试的I路校准边界和粗校准步进，以及Q路校准边界和粗校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤13，验证本次测试得到的I路最小增益值对应的控制电压和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤14，当验证结果为满足时，输出本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤15，当验证结果为不满足时，进行细校准测试。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细校准测试包括：

步骤20，根据前次对矢量调制器的增益控制进行测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，设定用于本次细校准测试用的I路校准边界和Q路校准边界；

步骤21，选取本次测试的I路和Q路的细校准步进；

步骤22，根据本次测试的I路校准边界和细校准步进，以及Q路校准边界和细校准步进，对矢量调制器的增益控制进行测试；

步骤23，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标；

步骤24，当验证结果为满足时，输出I路和Q路最小增益值对应的控制电压；

步骤25，当验证结果为不满足时，判断本次测试细校准步进是否小于矢量调制器电压可控的最小刻度，当小于时，输出前次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压，当大于时，执行步骤20。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤13或步骤23具体包括：

利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压；

根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用二分法方式得到本次测试I路和Q路的最小增益值对应的控制电压的步骤，具体包括：

固定校准电压V_i为I路校准边界控制电压的中点，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个Q路校准电压V_q，将V_q从小到大进行遍历测试，得到Q路增益最小值值对应的控制电压V_mq；

固定校准电压V_mq，根据粗校准步进或细校准步进得到若干个I路校准电压V_i，将V_i从小到大进行遍历测试，得到I路增益最小值值对应的控制电压V_mi。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据最大增益圆法则，验证本次测试得到的I路和Q路最小增益值对应的控制电压是否满足预先设定的幅度平坦度和相位偏移量指标的步骤，具体包括：

根据V_mq和V_mi，在极坐标系内计算最大增益圆相应的圆心和半径；

选取至少两个校准电压，对选取的校准电压进行测试，得到各校准电压对应的增益和相位；

比对各校准电压对应的增益的最大值和最小值的差与预先设定的增益平坦度指标，以及比对各校准电压对应的相位的最大值和最小值的差与预先设定的相位偏移量指标。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，I路和Q路的粗校准步进相同；每次细校准测试的I路和Q路的细校准步进相同。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，第一次细校准测试的细校准步进小于粗校准步进；本次细校准测试的细校准步进小于前次细校准测试的细校准步进。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，根据矢量调制器的增益控制进行测试的时长和精度，选取粗校准步进和每次细校准测试的细校准步进。