CN107037268B - 一种适用于长延时器件的散射参数测试电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于长延时器件的散射参数测试电路及方法，属于微波测试技术领域。本发明不再通过附带限定条件的近似测试方法，而实现长延时器件在任意测试扫描及分析条件下的时延特性的精确测试，可以针对不同的实际测试应用需求，无需事先预知长延时器件固有时延特性的量级范围，有效解决了长延时器件的时延特性的精确测试与评估问题，以通用化的方式最大限度地满足实际应用的测试需求以及更高的技术要求。

Description

一种适用于长延时器件的散射参数测试电路及方法

技术领域

本发明属于微波测试技术领域，具体涉及一种适用于长延时器件的散射参数测试电路及方法。

背景技术

随着卫星导航、无线通信和物联网等领域相关技术的快速发展与进步，长延时器件的技术体制与组成状态日益复杂，对时延技术特性提出更高的要求，相应地对其特性表征(即对应传输散射参数的准确获取)也呈现出更为迫切的需求，因此给测试技术或相关产品提出更新、更高的技术要求。传统矢量网络分析仪的测试架构与处理技术已不能适应新的测试需求，需要创新提出或形成与应用需求相适应的测试方法与技术。

通常状态下，表征长延时器件时延特性的方法是采用矢量网络分析仪测试其时延特性所对应的散射参数，其测试原理是矢量网络分析仪为长延时器件提供一路连续波激励信号，接收带有长延时器件时延特性信息的同频测试信号，经过测试分析处理后，得到表征长延时器件时延技术特性的散射参数。

根据实际应用的需求分析，矢量网络分析仪测试表征长延时器件时延技术特性的散射参数存在如下不足：

1、由于传统矢量网络分析仪测试长延时器件的信号激励、信号接收及分析处理是仅通过锁相实现同步扫描，各部分之间缺少时序同步测控机制，当矢量网络分析仪测试扫描及分析的时间与长延时器件固有时延特性相比存在较大差别时，在矢量网络分析仪的参考、测试接收单元，激励信号和经过长延时器件传输的测试信号会因为锁相工作模式导致进行信号接收产生相应的中频信号出现错误，无法得到带有正确时延特性信息的测试信号。

2、由于传统矢量网络分析仪测试长延时器件的信号激励、信号接收及分析处理是仅通过锁相实现同步扫描，数据采集及分析处理等也是按照锁相工作模式进行，对于包含时延特征的数据信息缺少基于唯一映射的身份识别与处理机制，当矢量网络分析仪测试扫描及分析的时间与长延时器件固有时延特性相比存在较大差别时，既无法得到带有正确时延特性信息的测试信号，同时又无法将每个频率测试信号得到的数据正确对应起来，因此更无法得到带有正确时延特性信息的测试结果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种适用于长延时器件的散射参数测试电路及方法，与现有技术相比，不再通过附带限定条件的近似测试方法(如降低测试速度或增加辅助测试的近似长延时器件)，而实现长延时器件在任意测试扫描及分析条件下的时延特性(对应传输散射参数)精确测试，可以针对不同的实际测试应用需求，无需事先预知长延时器件固有时延特性的量级范围，有效解决长延时器件的时延特性(对应传输散射参数)的精确测试与评估问题，以通用化的方式最大限度地满足实际应用的测试需求以及更高的技术要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于长延时器件的散射参数测试电路，包括信号激励单元、本振单元、参考信号接收单元、测试信号接收单元、数字及运算处理单元以及嵌入式计算机，还包括时钟及同步触发单元和基于时间身份映射的数据信息处理单元；

信号激励单元，被配置为用于为参考信号接收单元和长延时器件提供不同频率的激励信号；

本振单元，被配置为用于为参考信号接收单元和测试信号接收单元提供与不同频率的激励信号相应的本振信号；

参考信号接收单元，被配置为用于接收信号激励单元发送的激励信号和本振单元发送的本振信号；

测试信号接收单元，被配置为用于接收长延时器件输出的测试信号和本振单元发送的信号；

数字及运算处理单元，被配置为用于接收参考和测试中频信号并对该信号进行数字处理及相应运算，提取出相应参考和测试信号的特性信息即参考和测试信号的幅相信息送至嵌入式计算机进行后续的数据运算及处理；

时钟及同步触发单元，被配置为用于为信号激励单元、本振单元、参考信号接收单元、测试信号接收单元以及数字及运算处理单元提供基准同步时钟以及触发信号；

基于时间身份映射的数据信息处理单元，被配置为用于对数字及运算处理单元得到的参考和测试信号特性信息进行数据处理，采用“时间标记”和“身份顺序编号”的方式对参考信号特性信息和测试信号特性信息逐一进行“打戳式”标识，与参考中频信号和测试中频信号之间建立唯一的映射关联关系；

嵌入式计算机，被配置为用于接收数字及运算处理单元和基于时间身份映射的数据信息处理单元发送的信号；

在嵌入式计算机的控制下，信号激励单元产生的激励信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至被测长延时器件；本振单元产生的本振信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至测试信号接收单元；参考信号接收单元接收激励信号和本振信号，以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与参考信息提取即得到参考信号R的幅相信息；测试信号接收单元接收长延时器件输出的与激励信号同频的测试信号和本振单元发送的本振信号，以变频的方式产生携带测试信号特性信息即被测长延时器件的特性信息的测试中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与测试信息提取即得到测试信号A的幅相信息；数字及运算处理单元对接收的参考中频信号和测试中频信号进行数字处理及相应运算，并送至嵌入式计算机进行后续的数据运算及处理；基于时间身份映射的数据信息处理单元对数字及运算处理单元得到的参考信号特性信息和测试信号特性信息进行处理，并对参考信号特性信息和测试信号特性信息逐一进行标识，并将标识后的信息提供给后级数据管理单元，得到正确的测试结果。

此外，本发明还提到一种适用于长延时器件的散射参数精确测试方法，该方法采用如上所述的一种适用于长延时器件的散射参数测试电路，包括如下步骤：

步骤1：获取参考信号R幅度和相位信息；

在嵌入式计算机的控制下，参考信号接收单元接收来自信号激励单元的激励信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与参考中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是参考信号R的幅度和相位信息；

步骤2：获取测试信号A幅度和相位信息；

在嵌入式计算机的控制下，测试信号接收单元接收被测长延时器件输出的测试信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带测试信号特性信息的测试中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与测试中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是测试信号A的幅度和相位信息；

步骤3：根据公式(1)即可计算出被测长延时器件的传输散射参数S21；

S21＝A/R(1)；

其中，A为测试信号；R为参考信号，S21表示被测长延时器件输入端口到输出端口的传输系数(输出端口接匹配负载情况下)，也就是入射和传输能量的比率，以此描述被测长延时器件的延时特性。

本发明所带来的有益技术效果：

1、本发明提出针对信号激励、信号接收、信号本振及分析处理的测控同步触发电路，在时钟同步的基础上，对每个不同频率激励信号的测试过程都采用触发测控实现，确保每个频率的测试信号都在前一个频率的测试信号完成测试全过程后才开始本次测试周期，避免因为测试扫描及分析时间与长延时器件固有时延特性差别大导致出现测试时序问题，彻底解决影响相应测试信号的正确接收和分析而无法实现精确测试的技术难题。

2、本发明提出基于时间身份映射的数据信息处理方法，将每个不同频率的激励信号、同频率接收信号及相应数字处理信息等都采用“时间标记”+“身份顺序编号”建立唯一的映射关联关系，并在后级散射参数的运算过程中也使用相应的关联关系进行处理，从而避免出现因为时序问题导致数据错误、丢失和不能正确对应的问题。

3、采用本发明公开的电路和测试方法，在进行长延时器件时延特性所对应的散射参数测试时，无需事先预知长延时器件固有时延特性的量级范围，也无需额外增加满足测试扫描及分析时间与长延时器件固有时延特性相当的条件，即可实现精确的测试。

4、采用本发明公开的电路和测试方法，在进行长延时器件时延特性所对应的散射参数测试时，可以避免因为时序问题导致出现数据错误和丢失的情况，从而得到精确的测试结果。

5、该方法具有通用化的普适性，可以推广至任意时延特性的长延时器件以及多通道长延时器件的测试应用等。

附图说明

图1为本发明一种适用于长延时器件的散射参数测试电路的硬件原理图。

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，一种适用于长延时器件的散射参数测试电路，包括信号激励单元、本振单元、参考信号(R)接收单元、测试信号(A)接收单元、数字及运算处理单元以及嵌入式计算机、时钟及同步触发单元和基于时间身份映射的数据信息处理单元；

在嵌入式计算机的控制下，信号激励单元产生的激励信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至被测长延时器件；本振单元产生的本振信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至测试信号接收单元；参考信号(R)接收单元接收激励信号和本振信号，以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与参考信息提取即得到参考信号R的幅相信息；测试信号(A)接收单元接收长延时器件输出的与激励信号同频的测试信号和本振单元发送的本振信号，以变频的方式产生携带测试信号特性信息即被测长延时器件的特性信息的测试中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与测试信息提取即得到测试信号A的幅相信息；数字及运算处理单元对接收的参考中频信号和测试中频信号进行数字处理及相应运算，并送至嵌入式计算机进行后续的数据运算及处理；基于时间身份映射的数据信息处理单元对数字及运算处理单元得到的参考信号特性信息和测试信号特性信息进行处理，并对参考信号特性信息和测试信号特性信息逐一进行标识，并将标识后的信息提供给后级数据管理单元，得到正确的测试结果，避免出现因为时序问题导致数据错误、丢失和不能正确对应的问题。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种适用于长延时器件的散射参数精确测试方法，具体包括如下步骤：

步骤1：获取参考信号R的信息(幅度/相位/时延)；

在嵌入式计算机的控制下，参考信号接收单元接收来自信号激励单元的激励信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与参考中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是参考信号R的幅度和相位信息；

步骤2：获取测试信号A的信息(幅度/相位/时延)；

在嵌入式计算机的控制下，测试信号(A)接收单元接收被测长延时器件输出的测试信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带测试信号特性信息的测试中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与测试中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是测试信号A的幅度和相位信息；

步骤3：根据公式(1)即可计算出被测长延时器件的传输散射参数S21；

S21＝A/R (1)；

其中，A为测试信号；R为参考信号，S21表示被测长延时器件输入端口到输出端口的传输系数(输出端口接匹配负载情况下)，也就是入射和传输能量的比率，以此描述被测长延时器件的延时特性。

其中，时钟及同步触发单元是实现整个精确测试的核心，在嵌入式计算机的统一控制下，首先为信号激励单元、本振单元、参考信号(R)接收单元、测试信号(A)接收单元、数字及运算处理单元提供基准同步时钟；其次为信号激励单元、本振单元、参考信号(R)接收单元、测试信号(A)接收单元、数字及运算处理单元提供工作模式的触发信号，以便建立起对未知时延特性的长延时器件测试的自适应同步协同模式，保证每个不同频率信号测试过程的时序正确；

基于时间身份映射的数据信息处理单元是实现整个精确测试的信息处理保障，在嵌入式计算机的统一控制下，将每个不同频率的激励信号、同频率接收信号及相应数字处理信息等都采用“时间标记”+“身份顺序编号”的方式构建唯一映射的关联关系结构，从而在后级数据处理过程中可以通过这个关联关系进行对应处理，避免出现因为时序问题导致数据错误、丢失和不能正确对应的问题。

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)

1.一种适用于长延时器件的散射参数测试电路，包括信号激励单元、本振单元、参考信号接收单元、测试信号接收单元、数字及运算处理单元以及嵌入式计算机，其特征在于，还包括时钟及同步触发单元和基于时间身份映射的数据信息处理单元；

信号激励单元，被配置为用于为参考信号接收单元和长延时器件提供不同频率的激励信号；

本振单元，被配置为用于为参考信号接收单元和测试信号接收单元提供与不同频率的激励信号相应的本振信号；

参考信号接收单元，被配置为用于接收信号激励单元发送的激励信号和本振单元发送的本振信号；

测试信号接收单元，被配置为用于接收长延时器件输出的测试信号和本振单元发送的信号；

数字及运算处理单元，被配置为用于接收参考和测试中频信号并对该信号进行数字处理及相应运算，提取出相应参考和测试信号的特性信息即参考和测试信号的幅相信息送至嵌入式计算机进行后续的数据运算及处理；

时钟及同步触发单元，被配置为用于为信号激励单元、本振单元、参考信号接收单元、测试信号接收单元以及数字及运算处理单元提供基准同步时钟以及触发信号；

基于时间身份映射的数据信息处理单元，被配置为用于对数字及运算处理单元得到的参考和测试信号特性信息进行数据处理，采用“时间标记”和“身份顺序编号”的方式对参考信号特性信息和测试信号特性信息逐一进行“打戳式”标识，与参考中频信号和测试中频信号之间建立唯一的映射关联关系；

嵌入式计算机，被配置为用于接收数字及运算处理单元和基于时间身份映射的数据信息处理单元发送的信号；

在嵌入式计算机的控制下，信号激励单元产生的激励信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至被测长延时器件；本振单元产生的本振信号分为两路，一路输入至参考信号接收单元，另一路输入至测试信号接收单元；参考信号接收单元接收激励信号和本振信号，以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与参考信息提取即得到参考信号R的幅相信息；测试信号接收单元接收长延时器件输出的与激励信号同频的测试信号和本振单元发送的本振信号，以变频的方式产生携带测试信号特性信息即被测长延时器件的特性信息的测试中频信号，并将该中频信号输入至数字及运算处理单元以进行数字处理与测试信息提取即得到测试信号A的幅相信息；数字及运算处理单元对接收的参考中频信号和测试中频信号进行数字处理及相应运算，并送至嵌入式计算机进行后续的数据运算及处理；基于时间身份映射的数据信息处理单元对数字及运算处理单元得到的参考信号特性信息和测试信号特性信息进行处理，并对参考信号特性信息和测试信号特性信息逐一进行标识，并将标识后的信息提供给后级数据管理单元，得到正确的测试结果。

2.一种适用于长延时器件的散射参数精确测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种适用于长延时器件的散射参数测试电路，包括如下步骤：

步骤1：获取参考信号R的幅度和相位信息；

在嵌入式计算机的控制下，参考信号接收单元接收来自信号激励单元的激励信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带激励信号特性信息的参考中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与参考中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是参考信号R的幅度和相位信息；

步骤2：获取测试信号A的幅度和相位信息；

在嵌入式计算机的控制下，测试信号接收单元接收被测长延时器件输出的测试信号和本振单元的本振信号，在锁相同步和触发控制的状态下以变频的方式产生携带测试信号特性信息的测试中频信号，将该中频信号输入至数字及运算处理单元进行数字处理与参考信息提取，并通过基于时间身份映射的数据信息处理单元得到与测试中频信号之间准确映射的特性信息数据，也就是测试信号A的幅度和相位信息；

步骤3：根据公式(1)即可计算出被测长延时器件的传输散射参数S21；

S21＝A/R(1)；

其中，A为测试信号；R为参考信号。