CN108627705B - 一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位测量领域，公开了一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置，通过获取被测射频信号；将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值；根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。本发明通过对本振信号进行变频处理，在特定频点上进行相位测量获得本振相位在扫频过程中的随机变化量，以此修正中频相位测量结果。

Description

一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及相位测量领域，尤其涉及一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置。

背景技术

针对射频微波信号的测量方法普遍基于下变频(down-conversion)技术，通过被测信号与本振信号的混频，将较高频的被测信号频率成分转换到较低频(中频)进行测量。该测量方法的技术瓶颈在于无法有效控制本振信号在“扫频”过程中的相位，导致中频测量的相位信息包含本振引入的随机分量，使得相位谱测量结果呈现随机跳变。因此，基于下变频的频谱分析仪只能测量幅度谱，无法给出相位谱信息；而现有技术中，非线性矢量网络分析仪NVNA必须引入额外的相位参考信号，通过被测信号与参考信号的比值测量(即相位差测量)获得稳定的相位谱测量结果。

发明内容

本发明提供一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置，解决现有技术中中频测量的相位信息包含本振引入的随机分量，使得相位谱测量结果呈现随机跳变的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种消除本振相位随机干扰的测量方法，包括：

获取被测射频信号；

根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值，k为正整数；

对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

一种消除本振相位随机干扰的测量装置，包括：

信号输入模块，用于获取被测射频信号；

本振生成模块，用于根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

第一相位测量模块，用于将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值，k为正整数；

第二相位测量模块，用于对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

相位修正补偿模块，用于根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

本发明提供一种消除本振相位随机干扰的测量方法和装置，通过获取被测射频信号；将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值；根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。本发明通过对本振信号进行变频处理，在特定频点上进行相位测量获得本振相位在扫频过程中的随机变化量，以此修正中频相位测量结果。

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性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的流程图；

图2为本发明实施例二的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的流程图；

图3为本发明实施例三的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的流程图；

图4为本发明实施例四的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的流程图；

图5为本发明实施例五的一种消除本振相位随机干扰的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例一提供的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的流程图，包括：

步骤101、获取被测射频信号；

步骤102、根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

其中，由于被测信号包含多种频率成分，因此需要进行扫频测量，每次根据扫频间隔，依次测量每个频点。步骤102具体可以包括：

步骤102-1、将所述待测频点的频率减去或加上中频分量频率并除以混频的谐波次数k作为所述待测频点对应的扫频本振信号频率；

其中，k为正整数，当为基波混频即k＝1时，扫频本振信号频率为f_lo＝(f±f_IF)；当为k次谐波混频的方式时，扫频本振信号频率为f_lo＝(f±f_IF)/k，f为待测频点的频率，f_IF为中频分量频率。

步骤102-2、根据计算出的扫频本振信号频率，生成扫频本振信号。

步骤103、将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值。

其中，k为正整数，混频器可工作在k次谐波混频的下变频状态，当k为1时，为本振信号。

步骤104、对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

其中，变频处理包括混频处理、倍频处理、分频处理中至少一种的组合方式。通过重复频率为扫频间隔的1/N的多频率成分的周期信号对所述扫频本振信号进行混频处理，其中，所述多频率成分的周期信号可以包括谐波信号或基带信号。另外，步骤104中，在少一个频率分量上测量相位信息(实际应用中可以只测量一个频率成分的相位即某个特定频率)作为本振相位测量值，其包含了本振相位的随机变化量。

步骤105、根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

其中，步骤105具体可以包括两种方式如下：

1、根据所述第二相位值，对所述第一相位值进行修正以获得所述待测频点的相位值；通过将第二相位值与第一相位值做运算，得到修正后的相位测量结果，即中频相位测量值“加”或“减”本振相位变化量测量值的倍数，以得到消除本振相位随机干扰的相位谱测量结果；

或者，

2、根据所述第二相位值，对所述扫频本振信号的相位进行修正之后，重新测量第一相位值，以作为所述待测频点的相位值。即根据所述第二相位值，通过反馈回路修正本振信号源的相位值，使得本振相位变化的范围小于预设固定值偏差(即不同被测频点的第二相位值为‘固定值’，例如第一被测频点的第二相位值始终稳定为X度，第二被测频点的第二相位值始终稳定为Y度，以此类推。实际应用中，可设定固定值偏差小于某给定阈值，如0.1度，这样X±0.1和Y±0.1的范围分别符合在第一和第二被测频点上本振相位稳定的要求)。此时第一相位值(即中频相位测量结果)即为修正后(去除本振随机干扰)的相位测量结果。

实施例二

如图2所示为本发明实施例二提供的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的应用实例，如下：

本实施例中被测信号为周期重复的多频正弦信号。混频器1和2均工作在基波混频的下变频状态。

步骤1：根据点频f_ref(对应步骤104中指的某个特定频率)，设置矢量接收机1的测量状态，使得其对频率为f_ref的连续波的相位测量结果不随时间变化。同理，设置矢量接收机2的测量状态，使得其对频率为f_IF(中频频率)的连续波的相位测量结果不随时间变化。

步骤2：根据被测信号的频率间隔(即测量的扫频间隔)，设置调制信号源持续、不间断地输出多频率成分的周期信号(对应步骤104中指出的多频率成分的周期信号)，使重复频率为扫频间隔的N分之一(N为正整数)。对于任意的被测频点f，保证本振信号(频率为f_lo＝f-f_IF)在调制后都具有稳定的频率分量f_ref。

步骤3：根据被测信号的第一个待测频点f₁，设置本振信号频率为f_lo1＝f1-f_IF。将被测信号和本振信号进行混频，通过矢量接收机2在中频频率f_IF上测量下变频信号的相位值，获得中频相位测量结果

步骤4：将本振信号同步耦合到另一路，并对其调制，然后通过矢量接收机1在频率f_ref上测量相位值θ₁(其包含了本振相位的随机变化量)。

步骤5：计算得到相位值

作为针对待测频点f1的相位测量结果。

步骤6：根据扫频测量的下一个待测频点更改本振信号的频率，重复步骤3至步骤5完成所有被测频点的测量，获得一组多频率点的被测信号相位谱测量结果。

步骤7：重复步骤3至步骤6直至完成相位谱的多次测量。

按照上述方法进行测量，利用测量相位值θ₁去修正待测频点f₁的相位测量结果

可使得相位谱结果保持稳定，不随本振频率的扫动而随机跳变。

实施例三

如图3所示为本发明实施例三提供的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的应用实例，如下：

被测信号为周期重复的多频正弦信号。设置点频源1的频率为f_ref，点频源2的频率为f_IF。混频器工作在三次谐波混频的下变频状态。

步骤1：根据被测信号的频率间隔(即测量的扫频间隔)，设置基带任意波形发生器持续、不间断地输出多频率成分的周期信号，使重复频率为扫频间隔的N分之一(N为正整数)。对于任意的被测频点f，保证本振信号(频率为f_lo＝(f-f_IF)/3)在调制后都具有稳定的频率分量f_ref。

步骤2：根据被测信号的第一个待测频点f₁，设置本振信号频率为f_lo1＝(f₁-f_IF)/3。开启矢量信号源的调制功能。

步骤3：通过矢量网络分析仪，在频率f_ref上测量调制后的本振信号与点频源1的相位差θ₁。

步骤4：在矢量信号源上调整本振的相位延迟为-θ₁。

步骤5：重复步骤4至步骤5直至调制后的本振信号与点频源1的相位差为0(或小于某给定阈值，如0.1度)。

步骤6：在保持基带任意波形发生器输出不间断的条件下，关闭矢量信号源的调制功能，使之输出频率为f_lo1的连续波信号。

步骤7：将被测信号和本振信号进行混频，通过矢量网络分析仪在中频频率f_IF上测量下变频信号的相位值，获得消除本振相位随机干扰的中频相位测量结果

步骤8：更改本振信号的频率，重复步骤2至步骤7完成所有被测频点的测量，获得一组多频率点的被测信号相位谱测量结果。

步骤9：重复步骤2至步骤8直至完成相位谱的多次测量

按照实施例三的方法进行测量，可使得相位谱结果保持稳定，不随本振频率的扫动而随机跳变。若在该(基于三次谐波混频)测量装置上采用实施例二中的基于运算的修正补偿方式，则相位测量结果应为

而非

实施例四

如图4所示为本发明实施例四提供的一种消除本振相位随机干扰的测量方法的应用实例，如下：

如图4所示的为改造矢量网络分析仪，测试激励提供多频正弦信号。被测信号为功率放大器PA的各端口输入输出A₁,B₁,A₂,B₂(均为多频正弦信号)。矢量网络分析仪工作在基波混频的下变频测量模式时：

步骤1：根据被测信号的频率间隔(即测量的扫频间隔)，设置调制信号发生器持续、不间断地输出多频率成分的周期信号，使重复频率为扫频间隔的N分之一(N为正整数)。对于任意的被测频点f，保证本振信号(频率为f_lo＝f-f_IF)在经过混频器1调制后都具有稳定的频率分量f_ref。

步骤2：令矢量网络分析仪的内置源2输出点频f_cw＝f_ref-f_IF，作为混频器2的激励将调制后的本振信号下变频到中频f_IF。该中频信号通过矢量网络分析仪的外中频输入端口A₃进行测量。

步骤3：根据被测信号的第一个待测频点f₁，设置本振信号频率为f_lo1＝f₁-f_IF。

步骤4：通过下式消除本振相位的随机干扰，计算获得各输入输出信号的相位测量结果。

∠a₁＝∠A₁-∠A₃＝∠(A₁/A₃)＝constant

∠b₁＝∠B₁-∠A₃＝∠(B₁/A₃)＝constant

∠a₂＝∠A₂-∠A₃＝∠(A₂/A₃)＝constant

∠b₂＝∠B₂-∠A₃＝∠(B₂/A₃)＝constant

其中，∠A₁为1端口入射信号的相位，∠A₂为2端口入射信号的相位，∠A₃为3端口外中频输入信号的相位，∠B₁为1端口反射信号的相位，∠B₂为2端口输出信号的相位。

步骤5：更改本振信号的频率，完成所有被测频点的测量，获得四组多频率点的被测信号相位谱测量结果。

步骤6：重复步骤3至步骤5直至完成相位谱的多次测量

按照上述方法进行测量，可使得相位谱结果保持稳定，不随本振频率的扫动而随机跳变。当矢量网络分析仪工作在谐波(如p＝2,3,...次谐波)混频的下变频测量模式时，上述测量方法可变换为：

步骤1：根据被测信号的频率间隔(即测量的扫频间隔)，设置调制信号发生器持续、不间断地输出多频率成分的周期信号，使重复频率为扫频间隔的N分之一(N为正整数)。对于任意的被测频点f，保证本振信号(频率为f_lo＝(f-f_IF)/p)在经过混频器1调制后都具有稳定的频率分量f_ref。

步骤2：令矢量网络分析仪的内置源2输出点频f_cw＝(f_ref-f_IF)/k，作为混频器2的激励将调制后的本振信号下变频到中频f_IF。此时，混频器2工作在k(＝1,2,3,...)次谐波混频的下变频模式。该中频信号通过矢量网络分析仪的外中频输入端口A3进行测量。

步骤3：根据被测信号的第一个待测频点f1，设置本振信号频率为f_lo1＝(f₁-f_IF)/p。

步骤4：通过A₁,B₁,A₂,B₂和A₃的相位测量值，以及混频器1和2工作状态的谐波关系，计算各被测信号在该频点的相位测量结果，消除本振相位的随机干扰。

步骤5：更改本振信号的频率，完成所有被测频点的测量，获得四组多频率点的被测信号相位谱测量结果。

步骤6：重复步骤3至步骤5直至完成相位谱的多次测量

实施例五

本发明实施例五提供了一种消除本振相位随机干扰的测量装置，如图5所示，包括：

信号输入模块510，用于获取被测射频信号；

本振生成模块520，用于根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

第一相位测量模块530，用于将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值，k为正整数；

第二相位测量模块540，用于对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

相位修正补偿模块550，用于根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

其中，所述相位修正补偿模块550包括：

第一修正单元551，用于根据所述第二相位值，对所述第一相位值进行修正以获得所述待测频点的相位值；或者，

第二修正单元552，用于对所述扫频本振信号的相位进行修正之后，重新测量第一相位值，以作为所述待测频点的相位值。

所述本振生成模块520包括：

频率计算单元521，用于将所述待测频点的频率减去或加上中频分量频率并除以混频的谐波次数k作为所述待测频点对应的扫频本振信号频率，其中，k为正整数；

信号生成单元522，用于根据计算出的扫频本振信号频率，生成扫频本振信号。

所述第一相位测量模块530，包括：

混频单元531，用于将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，其中，k为正整数；

第一相位测量单元532，用于测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值；

第二相位测量模块540，包括：

变频单元541，用于对所述扫频本振信号进行变频处理，变频处理包括混频处理、倍频处理、分频处理中至少一种；

第二相位测量单元542，用于测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值。

所述变频单元541具体用于通过重复频率为扫频间隔的1/N的多频率成分的周期信号对所述扫频本振信号进行混频处理，其中，所述多频率成分的周期信号包括谐波信号或基带信号。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种消除本振相位随机干扰的测量方法，其特征在于，包括：

获取被测射频信号；

根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值，k为正整数；

对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

2.根据权利要求1所述的消除本振相位随机干扰的测量方法，其特征在于，所述根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值的步骤，包括：

根据所述第二相位值，对所述第一相位值进行修正以获得所述待测频点的相位值；或者，

对所述扫频本振信号的相位进行修正之后，重新测量第一相位值，以作为所述待测频点的相位值。

3.根据权利要求1所述的消除本振相位随机干扰的测量方法，其特征在于，所述根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号的步骤包括：

将所述待测频点的频率减去或加上中频分量频率并除以混频的谐波次数k作为所述待测频点对应的扫频本振信号频率，其中，k为正整数；

根据计算出的扫频本振信号频率，生成扫频本振信号。

4.根据权利要求1所述的消除本振相位随机干扰的测量方法，其特征在于，变频处理包括混频处理、倍频处理、分频处理中至少一种。

5.根据权利要求4所述的消除本振相位随机干扰的测量方法，其特征在于，所述对所述扫频本振信号进行变频处理具体可以包括：

通过重复频率为扫频间隔的1/N的多频率成分的周期信号对所述扫频本振信号进行混频处理；

或对倍频处理后的扫频本振信号进行混频处理；

或对分频处理后的扫频本振信号进行混频处理；其中，所述多频率成分的周期信号包括谐波信号或基带信号，N为正整数。

6.一种消除本振相位随机干扰的测量装置，其特征在于，包括：

信号输入模块，用于获取被测射频信号；

本振生成模块，用于根据所述被测射频信号的待测频点，获取扫频本振信号；

第一相位测量模块，用于将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，并测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值，k为正整数；

第二相位测量模块，用于对所述扫频本振信号进行变频处理，并测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值；

相位修正补偿模块，用于根据所述第二相位值，消除扫频本振信号相位随机干扰，以获得所述待测频点的相位值。

7.根据权利要求6所述的消除本振相位随机干扰的测量装置，其特征在于，所述相位修正补偿模块包括：

第一修正单元，用于根据所述第二相位值，对所述第一相位值进行修正以获得所述待测频点的相位值；或者，

第二修正单元，用于对所述扫频本振信号的相位进行修正之后，重新测量第一相位值，以作为所述待测频点的相位值。

8.根据权利要求6所述的消除本振相位随机干扰的测量装置，其特征在于，所述本振生成模块包括：

频率计算单元，用于将所述待测频点的频率减去或加上中频分量频率并除以混频的谐波次数k作为所述待测频点对应的扫频本振信号频率，其中，k为正整数；

信号生成单元，用于根据计算出的扫频本振信号频率，生成扫频本振信号。

9.根据权利要求6所述的消除本振相位随机干扰的测量装置，其特征在于，所述第一相位测量模块，包括：

混频单元，用于将所述被测射频信号与扫频本振信号进行k次谐波混频，其中，k为正整数；

第一相位测量单元，用于测量下变频后信号的中频分量相位值作为第一相位值；

第二相位测量模块，包括：

变频单元，用于对所述扫频本振信号进行变频处理，变频处理包括混频处理、倍频处理、分频处理中至少一种；

第二相位测量单元，用于测量变频后信号的至少一个频率分量的相位值作为第二相位值。

10.根据权利要求9所述的消除本振相位随机干扰的测量装置，其特征在于，所述变频单元具体用于通过重复频率为扫频间隔的1/N的多频率成分的周期信号对所述扫频本振信号进行混频处理；

或对倍频处理后的扫频本振信号进行混频处理；

或对分频处理后的扫频本振信号进行混频处理，其中，所述多频率成分的周期信号包括谐波信号或基带信号，N为正整数。

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