CN107124233B - 一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法，载波信号通过待测件后产生无源互调信号，通过电桥和滤波器的组合实现载波信号和无源互调信号的分离，载波信号被载波吸收负载吸收，无源互调信号通过低噪声放大器后由频谱仪进行检测，本发明采用90°相位3dB电桥与低通滤波器相结合，利用电桥的宽带特性，实现宽带范围的无源互调信号接收，同时通过低通滤波器实现载波信号和互调信号的分离，通过90°相位3dB电桥和低通滤波器的灵活组合，同时实现了宽带和高隔离度性能，有效避免了传统方法中实现宽带无源互调测量时存在的高隔离和宽带宽的矛盾，降低了设计实现难度，可以实现宽带范围内的高灵敏度无源互调产物测试。

Description

一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及 方法

技术领域

本发明涉及一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法，即采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法，能够用于各种微波部件的无源互调测试中，属于微波技术领域。

背景技术

无源互调(Passive Intermodulation，PIM)是通信系统中的一种干扰现象。普遍存在于各种通信系统中，尤其是在大功率多通道卫星通信系统设计中，无源互调问题十分重要，需要对整个系统的无源互调水平进行严格的控制和评估。产生无源互调效应的机理十分复杂，目前还没有完善的理论模型和有效的分析评估手段，因此在工程设计中主要依赖于实验测试对部件或者子系统的PIM水平进行衡量，因此高性能的无源互调检测技术十分关键。

传统的无源互调测试方法中，对于载波信号和互调信号的分离大多采用收发双工器或三工器实现。为了提高测量系统的灵敏度，需要尽量降低系统自身的互调电平，通常要求收发双工器或三工器同时具有低互调和高收发隔离性能，若要实现宽带测试，则又要求收发双工器或三工器的接收带宽较宽，因此为了实现宽带高灵敏度的无源互调测试，需要收发双工器或三工器同时满足低互调、宽接收频带和收发高隔离，这会使得收发双工器或三工器的设计变得十分复杂，实现起来存在较大风险甚至无法实现。因此传统的无源互调测试方法存在高灵敏度和宽接收带宽的矛盾，难以实现高隔离度的同时实现宽带的无源互调测量，无法对更多阶数的无源互调信号同时进行测量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法。利用电桥的宽带特性，实现宽频段范围的互调信号接收，同时通过低互调的低通滤波器实现载波信号和无源互调信号的分离，通过90°3dB电桥和低通滤波器的灵活组合，同时实现了宽带和高隔离度性能，有效避免了传统方法中实现宽带无源互调测量时存在的高隔离和宽带宽的矛盾，降低了设计实现难度，可以实现宽带范围内的高灵敏度无源互调产物测试。

本发明的技术解决方案是：一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，包括：包括信号源1、信号源2、功率放大器1、功率放大器2、定向耦合器1、定向耦合器2、f1滤波器、f2滤波器、合路器、发射滤波器、第一3dB电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3dB电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载、低噪声放大器、频谱仪、带通滤波器和载波吸收负载；

信号源1和信号源2产生两路测试信号f1和f2，分别通过功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路载波信号，两路载波信号分别通过定向耦合器1和定向耦合器2，实现功率耦合检测并确保送入测试件的功率达到测试要求，然后分别通过f1滤波器和f2滤波器，对前级链路(信号源1经过功率放大器1到定向耦合器1，信号源2经过功率放大器2到定向耦合器2)的谐波杂波进行抑制，滤波后的两路载波信号通过合路器进行合成，形成合成后的载波信号，合成后的载波信号经过发射滤波器滤除测试载波信号以外的其它频率信号,得到纯净的测试载波信号，纯净的测试载波信号通过待测件后产生无源互调信号，通过第一3dB电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3dB电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载的组合实现载波信号和无源互调信号的分离，载波信号通过带通滤波器后被载波吸收负载吸收，无源互调信号通过低噪声放大器后由频谱仪进行检测。

f1滤波器和f2滤波器为大功率低通或带通滤波器，分别滤除两路载波信号中的谐波和杂波信号。

发射滤波器为大功率低互调带通滤波器，对合成后的载波进行过滤，通过两路载波信号f1和f2，滤除互调和杂散分量，保证进入待测件的载波信号的纯度要求。

第一3dB电桥为大功率低互调90°电桥，实现载波和互调信号的功率分配及合成。

低通滤波器1和低通滤波器2为大功率低互调低通滤波器，通过互调信号，抑制并反射载波信号f1和f2。

低通滤波器1和低通滤波器2为相同滤波器，要求具有严格的一致性，相移差＜0.5°。

第二3dB电桥为90°电桥，实现无源互调信号的功率合成。

接收滤波器1和接收滤波器2为相同滤波器，用于进一步过滤互调信号，抑制其他杂波干扰。

带通滤波器为大功率低互调带通滤波器，进一步过滤测试后的载波信号，通过载波f1和f2信号，反射互调信号。

载波吸收负载为低互调大功率负载，吸收测试后的载波信号。

还包括互调吸收负载，用于吸收泄露的小信号；低噪声放大器，对无源互调信号进行放大；频谱仪：用于检测无源互调信号。

优选的方案为：载波吸收负载的功率要大于等于功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路测试载波信号的功率之和；

优选的方案为：耦合器1和定向耦合器2，实现功率耦合检测并确保送入测试件的功率达到测试要求。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用3dB电桥和滤波器组合的方式，将现有技术中双工器或三工器高隔离和宽接收带宽的矛盾分解开，利用3dB电桥的宽带特性实现宽带无源互调测试，而通过高性能的低互调低通滤波器实现载波信号和互调信号的隔离，有效避免了传统方法中实现宽带测量时收发双工器技术指标难以实现的问题。

(2)本发明相比现有技术，在实现同等灵敏度的条件下，可以实现更宽频段范围的无源互调测试，可以同时实现多阶无源互调产物的测试。

(3)本发明相比现有技术实现简单灵活，降低了无源互调测试的实现成本。

(4)本发明相比现有技术可以实现一体化紧固连接设计，可以使系统自身的互调电平稳定保持在较低水平，保证无源互调测试的精确性。

附图说明

图1为本发明一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的方法传输模式；

图2为本发明一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的方法反射模式；

具体实施方式

本发明的基本思路为：提出一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置及方法，信号源1和信号源2产生两路测试信号f1和f2，分别通过功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路载波信号，两路载波信号分别通过定向耦合器1和定向耦合器2实现功率耦合，定向耦合器1和定向耦合器2的输出信号分别通过f1滤波器和f2滤波器，对输出信号的谐波、杂波进行抑制，滤波后的两路载波信号通过合路器进行合成，形成合成后的载波信号，合成后的载波信号经过发射滤波器滤除测试载波信号以外的其它频率信号,得到纯净的测试载波信号，纯净的测试载波信号通过待测件后产生无源互调信号，通过第一3dB电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3dB电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载的组合实现载波信号和无源互调信号的分离，载波信号通过带通滤波器后被载波吸收负载吸收，无源互调信号通过低噪声放大器后由频谱仪进行检测。本发明采用90°相位3dB电桥与低通滤波器相结合，利用电桥的宽带特性，实现宽带范围的无源互调信号接收，同时通过低通滤波器实现载波信号和互调信号的分离，通过90°相位3dB电桥和低通滤波器的灵活组合，同时实现了宽带和高隔离度性能，有效避免了传统方法中实现宽带无源互调测量时存在的高隔离和宽带宽的矛盾，降低了设计实现难度，可以实现宽带范围内的高灵敏度无源互调产物测试。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述：

如图1和图2所示，一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，包括信号源1、信号源2、功率放大器1、功率放大器2、定向耦合器1、定向耦合器2、f1滤波器、f2滤波器、合路器、发射滤波器、第一3dB电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3dB电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载、低噪声放大器、频谱仪、带通滤波器和载波吸收负载。

信号源1、信号源2：产生两路测试信号f1,f2，信号频率f1<f2。

功率放大器1、功率放大器2：对两路测试信号分别进行功率放大，得到两路大功率载波信号f1,f2，两路载波信号最大功率为P1、P2。

定向耦合器1、定向耦合器2：对两路载波信号进行耦合，耦合输出信号用于检测载波信号功率。

f1滤波器：为大功率(功率容量≥P1)低通或带通滤波器，对第一路载波信号f1进行过滤，滤除前级链路产生的谐波杂散。

f2滤波器：为大功率(功率容量≥P2)低通或带通滤波器，对第二路载波信号f2进行过滤，滤除前级链路产生的谐波杂散。

合路器：将两路载波信号f1,f2合成为一路测试信号。

发射滤波器：为大功率低互调带通滤波器，对合成后的载波进行过滤，抑制互调和杂散分量，保证进入待测件的载波信号的纯度。优选要求功率容量≥P1+P2。优选自身三阶互调满足PIM3^rd-P1-P2≤-180dBc，有效降低系统自身的互调电平值。

第一3dB电桥：为大功率低互调90°电桥，实现载波和互调信号的功率分配及合成。优选要求功率容量≥P1+P2，优选隔离度D1≥60dB，优选自身三阶互调满足PIM3^rd-P1-P2≤-180dBc，有效降低系统自身的互调电平值。

低通滤波器1、低通滤波器2：为大功率低互调低通滤波器，通过互调信号2f1-f2,3f1-2f2,4f1-3f2…M*f1-N*f2(M-N＝1，M+N为互调阶数)，反射载波信号f1和f2。优选要求功率容量≥(P1+P2)/2。优选自身三阶互调满足PIM3^rd-P1-P2≤-180dBc，从而有效降低系统自身的互调电平值。两个滤波器为相同滤波器，具有严格的一致性，优选相移差＜0.5°,带外抑制度为L1(dB)

第二3dB电桥：为90°电桥，实现互调信号的功率合成，优选隔离度D2≥60dB。

接收滤波器1、接收滤波器2：进一步过滤互调信号，抑制其他杂波干扰。两个滤波器为相同滤波器,带外抑制度为L2(dB)

互调吸收负载：吸收泄露的小信号。

低噪声放大器：对互调信号进行放大。

频谱仪：检测互调信号。

带通滤波器：为大功率低互调带通滤波器，进一步过滤测试后的载波信号。通过载波f1和f2信号，反射互调信号2f1-f2,3f1-2f2,4f1-3f2…M*f1-N*f2(M-N＝1，M+N为互调阶数)，要求功率容量≥P1+P2。自身三阶互调满足PIM3^rd-P1-P2≤-180dBc。带外抑制度为L3(dB)

载波吸收负载：为低互调大功率负载，吸收测试后的载波信号f1和f2。优选要求功率容量≥(P1+P2)/2。优选自身三阶互调满足PIM3^rd-L3≤-135dBm@(P1+P2)。

以上各部分指标中，优选需满足：

P1+P2-L1-L2≤-150dBm，是为了保证输出互调信号检测的精确性。

信号源1和信号源2产生两路测试信号f1和f2，分别通过功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路大功率测试载波，两路载波分别通过定向耦合器1和定向耦合器2，实现功率耦合检测并确保送入测试件的功率达到测试要求，然后分别通过f1滤波器和f2滤波器，对前级链路产生的谐波杂波等进行抑制。滤波后的两路载波通过合路器进行合成，合成后的载波经过发射滤波器，滤除测试载波信号以外的其他频率信号,得到纯净的测试载波信号。

当进行传输无源互调测量时，如图1所示，待测件连接在发射滤波器和第一3dB电桥的1端口之间。发射滤波器输出的载波信号输入至待测件，待测件产生载波和互调混合信号，进入第一3dB电桥1端口，从第一3dB电桥的2、3端口功率分配输出，此时2、3端口间信号相位差为90°，分别经过低通滤波器1和低通滤波器2后，载波信号被反射回第一3dB电桥，从第一3dB电桥的4端口功率合成输出，通过带通滤波器进一步滤除其他互调信号后，被大功率负载吸收。两路互调信号进入第二3dB电桥的1、4端口，1、4端口处两路互调信号相位差为90°，合成后从第二3dB电桥的3端口输出，通过接收滤波器2进一步抑制杂波，然后经低噪声放大器后由频谱仪检测。第二3dB电桥的2端口通过接收滤波器1后连接吸收负载。

载波吸收负载、互调吸收负载均可选用普通负载，载波吸收负载优选低互调大功率负载，吸收测试后的载波信号。

当进行反射无源互调测量时，如图2所示，待测件连接在第一3dB电桥的4端口与带通滤波器之间。发射滤波器输出的载波信号输入至第一3dB电桥的1端口，通过第一3dB电桥功率分配后在第一3dB电桥的2、3端口被低通滤波器1和低通滤波器2反射，从第一3dB电桥的4端口功率合成输出至待测件，载波信号通过待测件后经带通滤波器进一步滤除其他互调信号，被大功率负载吸收。待测件产生的反射互调信号从4端口进入第一3dB电桥，从第一3dB电桥的2、3端口功率分配输出，此时2、3端口输出信号相位差为-90°，分别经过低通滤波器1和低通滤波器2后进入第二3dB电桥的1、4端口，1、4端口处两路互调信号相位差为-90°，合成后从第二3dB电桥的2端口输出，通过接收滤波器1进一步抑制杂波，然后经低噪声放大器后由频谱仪检测。第二3dB电桥的3端口通过接收滤波器2后连接吸收负载。

传输和反射测量模式分别用于对实际部件的传输互调和反射互调的测量，可根据实际需求进行切换。传输和反射测量模式的切换，除过待测件位置不同外，只需将吸收负载和低噪放频谱仪的位置互换即可。

本发明可用于各种微波部件的宽带高灵敏度无源互调测试，可以实现传输和反射两种模式下的多阶无源互调产物的同时测量，具有十分广泛的应用领域和价值。

本发明所提方法通过设计S频段无源互调测试系统实现了验证，实际测量结果表明，在载波间距50MHz时，可以实现3-15阶传输和反射无源互调的同时测量，在施加两路载波分别为43dBm情况下，系统闭环测试后自身无源互调电平值≤-135dBm。测试结果表明，本发明可以有效地实现宽带高灵敏度无源互调测试。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：包括信号源1、信号源2、功率放大器1、功率放大器2、定向耦合器1、定向耦合器2、f1滤波器、f2滤波器、合路器、发射滤波器、第一电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载、低噪声放大器、频谱仪、带通滤波器和载波吸收负载；

信号源1和信号源2产生两路测试信号f1和f2，分别通过功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路载波信号，两路载波信号分别通过定向耦合器1和定向耦合器2实现功率耦合，定向耦合器1和定向耦合器2的输出信号分别通过f1滤波器和f2滤波器，对输出信号的谐波、杂波进行抑制，滤波后的两路载波信号通过合路器进行合成，形成合成后的载波信号，合成后的载波信号经过发射滤波器滤除测试载波信号以外的其它频率信号,得到纯净的测试载波信号，纯净的测试载波信号通过待测件后产生无源互调信号，通过第一电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载的组合实现载波信号和无源互调信号的分离，载波信号通过带通滤波器后被载波吸收负载吸收，无源互调信号通过低噪声放大器后由频谱仪进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：f1滤波器和f2滤波器为大功率低通或带通滤波器，分别滤除两路载波信号中的谐波和杂波信号。

3.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：发射滤波器为大功率低互调带通滤波器，对合成后的载波进行过滤，通过两路载波信号f1和f2，滤除互调和杂散分量，保证进入待测件的载波信号的纯度达到要求。

4.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：第一电桥优选第一3dB电桥，第一3dB电桥为大功率低互调90°电桥，实现载波和互调信号的功率分配及合成。

5.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：低通滤波器1和低通滤波器2为相同滤波器，要求具有严格的一致性，相移差＜0.5°。

6.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：第二电桥优选第二3dB电桥，第二3dB电桥为90°电桥，实现无源互调信号的功率合成。

7.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：接收滤波器1和接收滤波器2为相同滤波器，用于进一步过滤互调信号，抑制其他杂波干扰。

8.根据权利要求1所述的一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的装置，其特征在于：带通滤波器为大功率低互调带通滤波器，进一步过滤测试后的载波信号，通过载波f1和f2信号，反射互调信号；

载波吸收负载为低互调大功率负载，吸收测试后的载波信号；

还包括互调吸收负载，用于吸收泄露的小信号；低噪声放大器，对无源互调信号进行放大；频谱仪：用于检测无源互调信号。

9.一种采用电桥结合滤波器实现宽带无源互调测量的方法，其特征在于步骤如下：

(1)由信号源1和信号源2产生两路测试信号f1和f2，分别通过功率放大器1和功率放大器2进行功率放大后获得两路载波信号；

(2)将步骤(1)获得的两路载波信号分别通过定向耦合器1和定向耦合器2实现功率耦合，定向耦合器1和定向耦合器2的输出信号分别通过f1滤波器和f2滤波器；

(3)f1滤波器和f2滤波器分别对定向耦合器1和定向耦合器2输出信号的谐波、杂波进行抑制，滤波后的两路载波通过合路器进行合成形成合成后的载波信号；

(4)合成后的载波信号经过发射滤波器滤除测试载波信号以外的其它频率信号,得到纯净的测试载波信号，纯净的测试载波信号通过待测件后产生无源互调信号；

(5)将步骤(4)的无源互调信号通过第一3dB电桥、低通滤波器1、低通滤波器2、第二3dB电桥、接收滤波器1、接收滤波器2、互调吸收负载的组合实现载波信号和无源互调信号的分离，载波信号通过带通滤波器后被载波吸收负载吸收，无源互调信号通过低噪声放大器后由频谱仪进行检测。

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