CN109617633A - 一种毫米波衰减测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种毫米波衰减测量方法及其系统，方法包括：毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；将两路射频信号变频为音频信号；分别对插入被测衰减器之前和之后的音频测试信号进行分压，并用音频参考信号对音频测试信号进行相干接收得到两次信号强度值，使第二信号强度等于第一信号强度，记录第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值。本发明的系统包括射频信号发生器、第一定向耦合器、感应分压器、测试单元、参考单元、锁相放大器和被测衰减器。本发明采用双通道信号测量方式，使测量电路更加稳定，解决了单通道系统的锁相放大器的外部参考频率与音频信号频率不同步问题，提供给锁相放大器的参考信号非常精准。

Description

一种毫米波衰减测量系统及方法

技术领域

本发明涉及无线电计量技术领域，特别是一种毫米波衰减测量系统及方法。

背景技术

通常将30～300GHz的频域(波长为1～10毫米)的电磁波称毫米波(millimeterwave)，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域有大量的应用。毫米波技术在研制发射机、接收机、天线以及毫米波器件等方面有了重大突破，毫米波雷达进入了各种应用的新阶段。

衰减参数是无线电计量的基本参量之一，表征的是各种传输线、电子元器件、电子设备及系统的传输特性。衰减器可以针对5G通讯、卫星、电台、雷达等毫米波通讯日益增长的需求，基于精密薄膜制造和调阻工艺，实现对基站、雷达、卫星信号的功率电平进行精确调节，使信号衰减到满足的测量、计量及精确跟踪的要求。已校准的标准衰减器还可用于扩展电压、功率、频谱等参量测量的量程，还可以用于仿真技术中模拟目标距离，所以国内外都非常重视衰减参数标准的建立。

目前在毫米波制导，星载微波辐射计定标等工程项目中都有大量需定标的毫米波参数。目前各种应用已经到了3mm甚至1.5mm频段，如FY-3气象卫星上搭载的微波探测设备的工作频率已接近200GHz，航天、电子、中科院等单位在被动遥感遥测、主动军事通信、140GHz保密通信等方面提出了频率覆盖200GHz的衰减参数计量需求。

目前衰减测量最高计量标准频率只到110GHz，随着毫米波系统的大量普及应用与毫米波计量保障发展的相对滞后之间的矛盾已经越来越突出，对于110GHz～170GHz频段的衰减测量，国际上尚无此标准，国内的标准覆盖频段也不完全。所以急需研究针对毫米波的衰减测量方法，建立该频段衰减测量系统，以满足目前衰减参数量传的迫切需求。

发明内容

本发明旨在解决单通道系统的锁相放大器的外部参考频率与音频信号频率不同步、单通道系统中微波信号发生器相位噪声造成的音频信号频率抖动、产生的接收端锁相放大器检测噪声以及两个路径存在相互串扰等问题。

本申请实施例提出一种毫米波衰减测量方法，包括以下步骤：

将毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；

将射频参考信号变频为音频参考信号；

将射频测试信号变频为第一音频测试信号；

第一音频测试信号按照第一分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值；

将射频测试信号经过被测衰减器后，变频为第二音频测试信号；

第二音频测试信号按照第二分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第二信号强度值；

调整第二分压比，使第二信号强度值与第一信号强度值相同；

根据第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值。

优选地，所述射频参考信号经过谐波混频后降为中频参考信号，所述中频参考信号经过基波混频后再经过预放和滤波后作为音频参考信号；

所述射频测试信号经过谐波混频后降为第一中频测试信号，所述第一中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第一音频测试信号；

所述射频测试信号经过被测衰减器后经过谐波混频后变频为第二中频测试信号，所述第二中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第二音频测试信号。

优选地，所述射频测试信号经过谐波混频产生的中频测试信号、再经过基波混频产生的音频测试信号、所述射频参考信号经过谐波混频产生的中频参考信号与再经过基波混频产生的音频参考信号是基于具有相同时基信号的本振信号产生。

优选地，在被测衰减器前后两侧均进行信号隔离。

优选地，所述射频测试信号、第一中频测试信号、第一音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；

所述第二中频测试信号、第二音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；

所述射频参考信号、中频参考信号、音频参考信号分别与所述本振信号进行信号隔离。

本申请还提供一种毫米波衰减测量系统，包括：射频信号发生器，第一定向耦合器，感应分压器，测试单元，参考单元，锁相放大器和被测衰减器，其中：

射频信号发生器，用于产生毫米波射频信号；

第一定向耦合器，用于将所述射频信号二分为射频测试信号和参考射频信号，射频测试信号发送至测试单元，射频参考信号发送至参考单元；

测试单元，用于对射频测试信号进行变频到音频测试信号；

感应分压器，用于对音频测试信号分压后作为测试信号输入到锁相放大器的测试通道；

参考单元，用于对射频参考信号降频为音频参考信号作为参考信号输入到锁相放大器的参考通道；

所述锁相放大器，用于音频参考信号与音频测试信号进行相干接收。

优选的，测试单元中还包括：主路谐波混频器、主路衰减器、主路基波混频器、主路预放和滤波模块；射频测试信号经过主路谐波混频器降为第一中频测试信号，第一中频测试信号经过主路衰减器后再经过主路基波混频器、主路预放和滤波模块后成为音频测试信号；

参考单元中还包括参考谐波混频器、参考衰减器、参考基波混频器、参考预放和滤波模块；参考射频信号经过参考谐波混频器降为参考中频信号，参考中频信号经过参考衰减器后再依次经过参考基波混频器和参考预放和滤波模块后成为参考音频信号。

优选的，所述毫米波衰减测量系统还包括一个或多个具有相同时基信号的本振信号发生器，其中：

所述射频信号发生器的产生射频信号过程、所述测试单元的两次混频过程和所述参考单元的两次混频过程是基于相同时钟信号的本振信号发生器实现的，所述本振信号由一个或多个具有相同时钟信号的本振信号发生器产生。

优选的，所述测试单元还包括设置于被测衰减器前的第一主路隔离器和设置于被测衰减器后的第二主路隔离器；所述射频测试信号依次经过第一主路隔离器、被测衰减器、第二主路隔离器进入到主路谐波混频器。

优选的，所述毫米波衰减测量系统的本振信号发生器为第一本振信号发生器和第二本振信号发生器，所述毫米波衰减测量系统还包括第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一时钟隔离器、第二时钟隔离器和第三时钟隔离器，其中，

所述第一本振信号发生器与所述第二本振信号发生器相连；

所述第二定向耦合器用于将第一本振信号发生器发出的时钟信号分为两路时钟信号为第一时钟信号，所述两路第一时钟信号分别接入主路谐波混频器和参考谐波混频器；

所述第一时钟隔离器，用于第二定向耦合器与主路谐波混频器之间进行信号隔离；

所述第三定向耦合器，用于将第二本振信号发生器发出的时钟信号分为两路时钟信号为第二时钟信号，所述两路第二时钟信号分别接入主路基波混频器和参考基波混频器；

所述第二时钟隔离器，用于第三定向耦合器与主路基波混频器之间进行信号隔离；

所述第三时钟隔离器，用于第三定向耦合器与参考基波混频器进行信号隔离。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过采用双通道信号测量方式，使测量电路更加稳定，同时也解决了单通道系统的锁相放大器的外部参考频率与音频信号频率不同步问题，提供给锁相放大器的参考信号非常精准，这样对于相干接收检测微弱信号非常有利；由于参考路径与测量路的两个混频器的射频和本振输入信号均来自同一个时基信号，参考路径的参考音频信号频率可以与主路测试路径信号频率保持严格的同步，同时有效地减少了单通道系统中微波信号发生器相位噪声造成的音频信号频率抖动及其产生的接收端锁相放大器检测噪声；由于参考通道提供了同步精确的频率信息，双通道测量系统的接收端锁相放大器的信号检测值更加稳定，从而大大降低了在毫米波频段测量衰减的不确定度；由于采用了隔离器进行隔离，系统中的两个路径不存在相互串扰问题；主路音频信号频率与参考路径的参考音频信号频率保持严格的同步，有效地减少了单通道系统中微波信号发生器相位噪声造成的音频信号频率抖动及其产生的接收机检测噪声，从而确保了锁相放大器的正交相关检测接收，从而保证了锁相放大器的微弱信号相干检测能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为一种毫米波衰减测量方法示意图；

图2为一种毫米波衰减测量方法另一实施例示意图；

图3为一种带毫米波衰减测量系统；

图4为一种带谐波混频器、基波混频器和预放和滤波模块的毫米波衰减测量系统示意图；

图5为一种带隔离器和本振信号发生器的毫米波衰减测量系统示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明采用一条测试路径、一条参考路径同时使用，将测试路径上的射频信号经过变频成为音频信号再进行分压并记录插入被测衰减器前的第一分压比和插入衰减器后的第二分压比，参考射频信号也变频为音频信号，采用锁相放大器用参考音频信号对分压后的测试音频信号进行相干接收得到相同的信号强度值，根据第一分压比和第二分压比，计算出被测衰减器的衰减值。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1给出了一种毫米波衰减测量方法，包括以下步骤：

步骤10、将毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；步骤10中，从射频信号发生器输出的射频信号通过一个定向耦合器二分为两路，测试路径和参考路径。

步骤20、将射频参考信号变频为音频参考信号；步骤20中，在参考路径中将射频参考信号通过降频的手段变为音频参考信号。

步骤30、将射频测试信号变频为第一音频测试信号；步骤30中，被测衰减器插入前，在测试路径中将射频测试信号通过降频的手段变为第一音频测试信号。

步骤40、第一音频测试信号按照第一分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值；步骤40中，第一音频测试信号通过感应分压器进行分压，第一分压比计为D₁，第一音频测试信号按照D₁进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₁(约50μV)即为第一信号强度值。

步骤50、将射频测试信号经过被测衰减器后，变频为第二音频测试信号；步骤50中，在测试路径中插入被测衰减器后，射频测试信号经过被测衰减器，即为第二射频测试信号，对第二射频测试信号采用降频手段使第二射频测试信号变频为第二音频测试信号。

步骤60、第二音频测试信号按照第二分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第二信号强度值；步骤60中，第二音频测试信号通过感应分压器进行分压，第二分压比计为D₂，第二音频测试信号按照D₂进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₂即为第一信号强度值。

步骤70、调整第二分压比，使第二信号强度值与第一信号强度值相同；步骤70中，插入被测衰减器后，锁相放大器的输入信号为V₂，合理设置感应分压器的第二分压比D₂，使锁相放大器的输入信号V₂＝V₁，这时感应分压器的比率为D₂

步骤80、根据第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值；步骤80中，根据第一分压比D₁和第二分压比D₂，那么被测衰减器的衰减量为A＝20lg(D₂/D₁)(dB)。

图2给出了一种毫米波衰减测量方法另一实施例示意图，包括以下步骤：

步骤10、将毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；步骤10中，从射频信号发生器输出的射频信号通过一个定向耦合器二分为两路，测试路径和参考路径。

步骤20、所述射频参考信号经过谐波混频后降为中频参考信号，所述中频参考信号经过基波混频后再经过预放和滤波后作为音频参考信号；步骤20中，采用谐波混频器对射频参考信号进行变频，射频参考信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将射频参考信号进行谐波混频为一个中频信号即中频参考信号；采用基波混频器对中频参考信号进行变频，中频参考信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将中频参考信号进行基波混频为一个音频信号即音频参考信号，经过二次混频后的音频参考信号再进入预放和滤波模块，放大滤波后进入锁相放大器的输入端待处理。

步骤30、所述射频测试信号经过谐波混频后降为第一中频测试信号，所述第一中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第一音频测试信号；步骤30中，采用谐波混频器对第一射频测试信号进行变频，第一射频测试信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将第一射频测试信号进行谐波混频为一个中频信号即第一中频测试信号；采用基波混频器对第一中频测试信号进行变频，第一中频测试信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将第一中频测试信号进行基波混频为一个音频信号，再进入预放和滤波模块进行放大滤波。

步骤40、第一音频测试信号按照第一分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值；步骤40中，第一音频测试信号通过感应分压器进行分压，第一分压比计为D₁，第一音频测试信号按照D₁进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₁(一般约50V)即为第一信号强度值。

步骤50、所述射频测试信号经过被测衰减器后经过谐波混频后变频为第二中频测试信号，所述第二中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第二音频测试信号；步骤50中，测量完D₁后在测试路径中插入被测衰减器，此时射频测试信号经过被测衰减器即为第二射频测试信号；接着采用谐波混频器对第二射频测试信号进行变频，第二射频测试信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将第二射频测试信号进行谐波混频为一个中频信号即第二中频测试信号；采用基波混频器对第二中频测试信号进行变频，第二中频测试信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将第二中频测试信号进行基波混频为一个音频信号，再进入预放和滤波模块进行放大滤波后成为第二音频测试信号。

第一射频测试信号和第二射频测试信号都要通过一个低通滤波器，该滤波器的上限截止频率为100kHz，这样可以减小高阶的谐波，用预放来放大测试路径和参考路径信号。

步骤60、第二音频测试信号按照第二分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第二信号强度值；步骤60中，第二音频测试信号通过感应分压器进行分压，第二分压比计为D₂，第二音频测试信号按照D₂进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₂即为第二信号强度值。

步骤70、调整第二分压比，使第二信号强度值与第一信号强度值相同；步骤70中，插入被测衰减器后，锁相放大器的输入信号为V₂，合理设置感应分压器的第二分压比D₂，使锁相放大器的输入信号V₂＝V₁，这时感应分压器的比率为D₂。

步骤80、根据第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值；步骤80中，根据第一分压比D1和第二分压比D2，那么被测衰减器的衰减量为A＝20lg(D2/D1)(dB)。

图2给出的一种毫米波衰减测量方法另一实施例示意图，包括以下步骤：

步骤10、将毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；步骤10中，从射频信号发生器输出的射频信号通过一个定向耦合器二分为两路，测试路径和参考路径。

步骤20、所述射频参考信号经过谐波混频后降为中频参考信号，所述中频参考信号经过基波混频后再经过预放和滤波后作为音频参考信号；步骤20中，采用谐波混频器对射频参考信号进行变频，射频参考信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将射频参考信号进行谐波混频为一个中频信号即中频参考信号；采用基波混频器对中频参考信号进行变频，中频参考信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将中频参考信号进行基波混频为一个音频信号即音频参考信号，经过二次混频后的音频参考信号再进入预放和滤波模块，放大滤波后进入锁相放大器的输入端待处理。

步骤30、所述射频测试信号经过谐波混频后降为第一中频测试信号，所述第一中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第一音频测试信号；步骤30中，采用谐波混频器对第一射频测试信号进行变频，第一射频测试信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将第一射频测试信号进行谐波混频为一个中频信号即第一中频测试信号；采用基波混频器对第一中频测试信号进行变频，第一中频测试信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将第一中频测试信号进行基波混频为一个音频信号，再进入预放和滤波模块进行放大滤波。

步骤40、第一音频测试信号按照第一分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值；步骤40中，第一音频测试信号通过感应分压器进行分压，第一分压比计为D₁，第一音频测试信号按照D₁进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₁(一般约50μV)即为第一信号强度值。

步骤50、所述射频测试信号经过被测衰减器后经过谐波混频后变频为第二中频测试信号，所述第二中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第二音频测试信号；步骤50中，测量完D₁后在测试路径中插入被测衰减器，此时射频测试信号经过被测衰减器即为第二射频测试信号；接着采用谐波混频器对第二射频测试信号进行变频，第二射频测试信号进入谐波混频器的射频输入端口进行一次混频，将第二射频测试信号进行谐波混频为一个中频信号即第二中频测试信号；采用基波混频器对第二中频测试信号进行变频，第二中频测试信号进入基波混频器的输入端口进行二次混频，将第二中频测试信号进行基波混频为一个音频信号，再进入预放和滤波模块进行放大滤波后成为第二音频测试信号。

步骤50中，被测衰减器前后两侧均进行信号隔离，在射频信号发生器与被测衰减器之间设置一个隔离器，在被测衰减器与谐波混频器之间设置一个隔离器，被测衰减器前后的隔离器可采用射频隔离器，射频隔离器具有80dB的反向隔离，放置在被测衰减器的前面和后面，用以减小射频信号发生器的输出端和混频器射频输入端的反射，从而减小由于测试端口反射引入的失配。

第一射频测试信号和第二射频测试信号都要通过一个低通滤波器，该滤波器的上限截止频率为100kHz，这样可以减小高阶的谐波，用预放来放大测试路径和参考路径信号。

步骤20、30和50中，还可以增加本振信号发生器的使用，所述射频测试信号经过谐波混频产生的中频测试信号、再经过基波混频产生的音频测试信号、所述射频参考信号经过谐波混频产生的中频参考信号、再经过基波混频产生的音频参考信号是基于具有相同时基信号的本振信号产生；可采用同一个本振信号发生器，也可采用多个相同时基信号的本振信号发生器。如采用两个本振信号发生器，可先将两个本振信号发生器相连以保证两个本振信号发生器的时基信号相同，时钟信号输入至射频信号发生器，为射频信号发生器提供本振输入信号；其中一个本振信号发生器经定向耦合器分为两路，为测试路径和参考路径的谐波混频器分别提供本振输入信号；另一个本振信号发生器经定向耦合器分为两路，为测试路径和参考路径的基波混频器分别提供本振输入信号；使这里的参考信号和测试信号具有相同的频率抖动，这对微弱信号的相干检测非常重要。

步骤20、30和50中，还可以增加隔离器的使用，达到减小测试路径和参考路径之间的射频泄露的目的；射频测试信号、第一中频测试信号、第一音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；所述第二中频测试信号、第二音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；所述射频参考信号、中频参考信号、音频参考信号分别与所述本振信号进行信号隔离。在参考谐波混频器的本振输入端和定向耦合器之间插入隔离器，这样可以保证至少80dB的泄漏衰减；在参考基波混频器的本振信号输入端和定向耦合器之间也插入一个隔离器，以减小内部泄漏；在测试路径的基波混频器的本振信号输入端和定向耦合器之间也插入一个隔离器；另外，本振信号发生器输出端的定向耦合器也具有一定隔离度，具有高方向性的定向耦合器也可以用来提供两个路径间的30dB隔离，使混频器的射频端和本振端有30dB的隔离度。

步骤60、第二音频测试信号按照第二分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第二信号强度值；步骤60中，第二音频测试信号通过感应分压器进行分压，第二分压比计为D₂，第二音频测试信号按照D₂进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₂即为第二信号强度值。

步骤70、调整第二分压比，使第二信号强度值与第一信号强度值相同；步骤70中，插入被测衰减器后，锁相放大器的输入信号为V₂，合理设置感应分压器的第二分压比D₂，使锁相放大器的输入信号V₂＝V₁，这时感应分压器的比率为D₂。

步骤80、根据第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值；步骤80中，根据第一分压比D1和第二分压比D2，那么被测衰减器的衰减量为A＝20lg(D2/D1)(dB)。

本实施方式中，所述射频测试信号经过谐波混频产生的中频测试信号、再经过基波混频产生的音频测试信号与所述射频参考信号经过谐波混频产生的中频参考信号、再经过基波混频产生的音频参考信号是基于具有相同时基信号的本振信号产生。这里的相同时基信号是基于本振信号发生器产生的，本振信号发生器可以采用一个本振信号发生器，也可以采用多个本振信号发生器，相同的时基信号这里的参考路径信号和测试路径信号具有相同的频率抖动，这对微弱信号的相干检测非常重要。锁相放大器根据参考信号提供的频率信息，利用相关检测技术，能够检测并准确测量一个微弱信号。

本实施方式中，还可以在被测衰减器前后两侧均进行信号隔离。可以采用隔离器设置于被测衰减器前后，防止干扰所述射频测试信号。此处隔离器可以采用射频隔离器，射频隔离器具有80dB的反向隔离，放置在被测衰减器的前面和后面，用以减小射频信号发生器的输出端和混频器射频输入端的反射，从而减小由于测试端口反射引入的失配。

本实施方式中，所述射频测试信号、第一中频测试信号、第一音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；可采用隔离器分别设置于射频信号发生器、测试谐波混频器与本振信号发生器之间。所述第二中频测试信号、第二音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；采用隔离器分别设置于测试基波混频器与本振信号发生器之间。所述射频参考信号、中频参考信号、音频参考信号分别与所述本振信号进行信号隔离；采用隔离器分别设置于参考谐波混频器、参考基波混频器与本振信号发生器之间。

对于双通道测量系统来说，要特别注意减小主通道和参考通道之间的射频泄露。内部的泄漏通路为：通过参考谐波混频器(从射频到本振端)、隔离器、定向耦合器，进入主谐波混频器的射频端(从本振到射频端)。当测量大衰减时，泄漏通路的信号必须比信号低80dB，才能保证测量误差小于0.001dB。在参考谐波混频器的本振输入端和定向耦合器之间插入隔离器，这样可以保证至少80dB的泄漏衰减。具有高方向性的定向耦合器也用来提供两个通道间的30dB隔离。混频器的射频端和本振端有30dB的隔离度。在参考基波混频器的本振输入端和定向耦合器之间也插入一个隔离器，以减小内部泄漏。同时存在外部泄漏，通过空气辐射进入主谐波混频器的射频输入端。两个隔离器分别放置在两个分离的屏蔽盒子中，这些都降低了辐射泄漏。剩下的射频器件都被放置在不同的屏蔽盒中，这样也降低了射频连接器的辐射泄漏。

毫米波衰减的测量通常采用单通道测量系统，系统接收端锁相放大器的参考信号是从函数信号发生器等其他方式得到，而函数信号发生器只是通过10MHz的时基信号与其它信号发生器相关联，导致锁相放大器的参考信号与被测信号并不完全相关，而锁相放大器需要一个相关的频率参考信号，才能来准确检测一个被测信号。

在毫米波衰减测量的单通道测量方法中，相位噪声会极大地带来接收部分的数值不稳。振荡器的相位噪声随着频率的增加而增加，理论证明，微波毫米波仪器设备的相位噪声比通常使用的噪声系数在特征上更加突出。对于N次倍频输出的倍频模块的单边带(SSB)相位噪声为：

L_N(f)＝L(f)+20lgN(dBcHz^-1)

其中，L(f)为N次倍频输出的倍频模块输入端信号的SSB相位噪声。在110GHz～170GHz频段的单通道测量系统中，110GHz～170GHz的毫米波信号是通过N＝12倍频得到，所以110GHz～170GHz的毫米波信号的相位噪声为：

L_N(f)＝L(f)+20lgN(dBcHz^-1)≈L(f)+21.6(dBcHz^-1)

其中，L(f)为12次倍频输出的倍频模块输入端，即射频信号发生器输出信号的SSB相位噪声。同样的两个本振信号发生器及其倍频模块的相位噪声通过两个混频器的下变频传递到最终的音频信号(AF信号)上。经验分析，音频信号的相位在平均值上下正负180°的范围内波动。音频信号相位上这样大的波动导致幅度上明显的不稳定，这从最终锁相放大器的读数上可以明显看出来。因此，如果锁相放大器的参考信号是从函数信号发生器得到，而函数信号发生器只是通过10MHz的时基信号与其它信号发生器相关联的话，很难用锁相放大器准确测量衰减量。所以锁相放大器需要一个相关的频率参考信号，来准确检测一个相位噪声好的音频信号。

本发明还提供一种毫米波衰减测量系统，图3给出一种毫米波衰减测量系统，的包括：射频信号发生器1，第一定向耦合器201，感应分压器12，测试单元10，参考单元11，锁相放大器13和被测衰减器3，其中：

射频信号发生器1，用于产生毫米波射频信号；

第一定向耦合器201，用于将所述射频信号二分为射频测试信号和射频参考信号，射频测试信号发送至测试单元10，射频参考信号发送至参考单元11；

测试单元10，用于对射频测试信号进行降频到音频测试信号；测试单元10中，对射频测试信号进行变频处理，射频测试信号变频为音频测试信号后输入至感应分压器12。测试路径中插入被测衰减器前，射频测试信号变频为第一音频测试信号；插入被测衰减器后，射频测试信号变频为第二音频测试信号。

感应分压器12，用于对音频测试信号分压后作为测试信号输入到锁相放大器13的测试通道；音频测试信号先经过感应分压器12，再经过锁相放大器13检波得到的直流电压是能够显示的，通过调整感应分压器12的输出改变锁相放大器的输入。测试路径中插入被测衰减器前，第一音频测试信号按照第一分压比D₁分压后，用音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值V₁；第一音频测试信号通过感应分压器进行分压，第一分压比计为D₁，第一音频测试信号按照D₁进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₁(约50μV)即为第一信号强度值。测试路径中插入被测衰减器后，第二音频测试信号通过感应分压器进行分压，第二分压比计为D₂，第二音频测试信号按照D₂进行分压，锁相放大器检测到的信号为V₂即为第二信号强度值。

参考单元11，用于对射频参考信号降频为音频参考信号作为参考信号输入到锁相放大器的参考通道；在参考单元11中，对参考射频信号进行降频处理，参考射频信号降频为音频信号输入至锁相放大器13的参考通道。

锁相放大器13，用于音频参考信号与音频测试信号进行相干接收；分别检测测试单元10插入被测衰减器3前和插入被测衰减器3后的测试信号与参考信号进行相干接收，根据插入前后各自的音频信号强度的比值计算出被测衰减器3的衰减量；在没有被测衰减器3的情况下，调整感应分压器12按照第一感应分压比D₁进行分压，使锁相放大器13测到的第一信号强度为V₁；插入被测衰减器3之后，调整感应分压器12的比率，使锁相放大器的输入信号为V₂＝V₁，这时感应分压器12的第二分压比为D₂，那么被测衰减器3的衰减量为A＝20lg(D₂/D₁)(dB)。锁相放大器13对输入的音频信号进行检测的，实际是对主路测试信号的10GHz的音频信号进行响应。

图4给出的一种带谐波混频器、基波混频器和预放和滤波模块的毫米波衰减测量系统示意图，包括射频信号发生器1，第一定向耦合器201，感应分压器12，测试单元10，参考单元11，锁相放大器13和被测衰减器3，其中测试单元10中还包括主路谐波混频器401、主路衰减器501、主路基波混频器601、主路预放和滤波模块701。

被测衰减器3插入前，射频测试信号经过主路谐波混频器401降为第一中频测试信号，第一中频测试信号经过主路衰减器501后再依次经过主路基波混频器601和主路预放和滤波模块701作为第一音频测试信号。

射频信号经过被测衰减器3后成为第二射频测试信号，第二射频测试信号输入至主路谐波混频器401的射频输入端，经过主路谐波混频器401的一次混频后降为中频成为第二中频测试信号，第二中频测试信号经过主路衰减器501和主路基波混频器601进行二次混频降为音频成为第二音频测试信号，第二音频测试信号再进入主路预放和滤波模块701进行放大滤波，主路音频信号放大滤波后至感应分压器12输入至锁相放大器13的输入端。

参考单元11中还包括参考谐波混频器402、参考衰减器502、参考基波混频器602、参考预放和滤波模块702；射频参考信号经过参考谐波混频器402降为中频参考信号，参考中频信号经过参考衰减器502后再依次经过参考基波混频器602和参考预放和滤波模块702后作为参考音频信号；在参考单元11中，射频参考信号输入至参考谐波混频器402的射频输入端，经过参考谐波混频器402的一次混频后降为中频成为中频参考信号，参考中频信号经过参考衰减器502和参考基波混频器602进行二次混频降为音频成为参考音频信号，参考音频信号再进入参考预放和滤波模块702进行放大滤波，参考音频信号进行放大和滤波后成为参考信号输入至锁相放大器13的输入端。

图5给出了一种带本振信号发生器、隔离器的毫米波衰减测量系统示意图，包括射频信号发生器1，第一定向耦合器201，感应分压器12，测试单元10，参考单元11，锁相放大器13和被测衰减器3，其中测试单元10中还包括主路谐波混频器401、主路衰减器501、主路基波混频器601、主路预放和滤波模块701；参考单元11中还包括参考谐波混频器402、参考衰减器502、参考基波混频器602、参考预放和滤波模块702；参考射频信号经过参考谐波混频器402降为参考中频信号，参考中频信号经过参考衰减器502后再依次经过参考基波混频器602和参考预放和滤波模块702变频参考音频信号；毫米波衰减测量系统还包括一个或多个具有相同时基信号的本振信号发生器。

其中所述射频信号发生器的产生射频信号过程、所述测试单元的两次混频过程及所述参考单元的两次混频过程是基于相同时钟信号的本振信号实现的，所述本振信号由一个或多个具有相同时钟信号的本振信号发生器产生；本振信号发生器可以采用一个本振信号发生器来实现，一个本振信号发生器发出的时基信号经定向耦合器分为两路，为混频器提供本振输入信号。也可以采用两个本振信号发生器901与本振信号发生器902相连，用以提供相同时基信号。

所述第二定向耦合器201用于将第一本振信号发生器901发出的时钟信号分为两路时钟信号作为第一时钟信号，所述两路第一时钟信号分别接入主路谐波混频器401和参考谐波混频器402；由于两个混频器的射频和本振输入信号均来自同一个时基信号，参考路径的音频参考信号频率可以与测试路径的音频音频信号频率保持严格的同步。具有高方向性的第二定向耦合器201也用来提供两个通道间的30dB隔离。

所述第一时钟隔离器804，用于第二定向耦合器202与参考谐波混频器402之间进行信号隔离；在参考谐波混频器402的本振输入端和第二定向耦合器202之间插入第一时钟隔离器804，这样可以保证至少80dB的泄漏衰减。

所述第三定向耦合器203，用于将第二本振信号发生器902发出的时钟信号分为两路时钟信号为第二时钟信号，所述两路第二时钟信号分别接入主路基波混频器601和参考基波混频器602。

所述第二时钟隔离器805，用于第三定向耦合器203与主路基波混频器601之间进行信号隔离；将第二时钟隔离器805设置于第三定向耦合器203与主路基波混频器601之间。

所述第三时钟隔离器806，用于第三定向耦合器806与参考基波混频器602进行信号隔离，在参考谐波混频器602的本振信号输入端和第三定向耦合器203之间插入第三时钟隔离器806，这样可以保证至少80dB的泄漏衰减，同时减小内部泄漏。

毫米波衰减测量系统测量大衰减时，泄漏通路的信号必须比信号低80dB，可以保证测量误差小于0.001dB。

毫米波衰减测量系统同时存在外部泄漏，通过空气辐射进入主谐波混频器的射频输入端。两个隔离器分别放置在两个分离的屏蔽盒子中，这些都降低了辐射泄漏。剩下的射频器件都被放置在不同的屏蔽盒中，这样也降低了射频连接器的辐射泄漏。

本发明设计的双通道毫米波衰减测量方法及双通道测量系统。该方法解决了锁相放大器的参考信号与输入的被测信号的相关问题，从而实现了锁相放大器的微弱信号检测问题。此方法不仅可以应用于110GHz～170GHz频段毫米波衰减的测量，而且还可以参照应用到其它不同频段衰减的测量。因此本发明不仅适用于110GHz～170GHz毫米波衰减测量系统，也适用于其它频段衰减测量系统。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种毫米波衰减测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将毫米波信号分为射频测试信号和射频参考信号；

将射频参考信号变频为音频参考信号；

将射频测试信号变频为第一音频测试信号；

第一音频测试信号按照第一分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第一信号强度值；

将射频测试信号经过被测衰减器后，变频为第二音频测试信号；

第二音频测试信号按照第二分压比分压后，用所述音频参考信号进行相干接收，得到第二信号强度值；

调整第二分压比，使第二信号强度值与第一信号强度值相同；

根据第一分压比和第二分压比，计算被测衰减器的衰减值。

2.如权利要求1所述毫米波衰减测量方法，其特征在于：

所述射频参考信号经过谐波混频后降为中频参考信号，所述中频参考信号经过基波混频后再经过预放和滤波后作为音频参考信号；

所述射频测试信号经过谐波混频后降为第一中频测试信号，所述第一中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第一音频测试信号；

所述射频测试信号经过被测衰减器后经过谐波混频后变频为第二中频测试信号，所述第二中频测试信号依次经过基波混频、预放和滤波、再经过分压作为第二音频测试信号。

3.如权利要求2所述的毫米波衰减测量方法，其特征在于，

所述射频测试信号经过谐波混频产生的中频测试信号、再经过基波混频产生的音频测试信号、所述射频参考信号经过谐波混频产生的中频参考信号与再经过基波混频产生的音频参考信号是基于具有相同时基信号的本振信号产生。

4.如权利要求3所述的毫米波衰减测量方法，其特征在于，

在被测衰减器前后两侧均进行信号隔离。

5.如权利要求3所述的毫米波衰减测量方法，其特征在于，

所述射频测试信号、第一中频测试信号、第一音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；

所述第二中频测试信号、第二音频测试信号分别与所述本振信号进行信号隔离；

所述射频参考信号、中频参考信号、音频参考信号分别与所述本振信号进行信号隔离。

6.一种毫米波衰减测量系统，其特征在于，包括：射频信号发生器，第一定向耦合器，感应分压器，测试单元，参考单元，锁相放大器和被测衰减器，其中：

射频信号发生器，用于产生毫米波射频信号；

第一定向耦合器，用于将所述射频信号二分为射频测试信号和参考射频信号，射频测试信号发送至测试单元，射频参考信号发送至参考单元；

测试单元，用于对射频测试信号进行变频到音频测试信号；

感应分压器，用于对音频测试信号分压后输入到锁相放大器的测试通道；

参考单元，用于对射频参考信号降频为音频参考信号输入到锁相放大器的参考通道；

所述锁相放大器，用于音频参考信号与音频测试信号进行相干接收。

7.如权利要求6所述毫米波衰减测量系统，其特征在于，

测试单元中还包括：主路谐波混频器、主路衰减器、主路基波混频器、主路预放和滤波模块；射频测试信号经过主路谐波混频器降为第一中频测试信号，第一中频测试信号经过主路衰减器后再经过主路基波混频器、主路预放和滤波模块后成为音频测试信号；

参考单元中还包括参考谐波混频器、参考衰减器、参考基波混频器、参考预放和滤波模块；参考射频信号经过参考谐波混频器降为参考中频信号，参考中频信号经过参考衰减器后再依次经过参考基波混频器和参考预放和滤波模块后成为参考音频信号。

8.如权利要求7所述的毫米波衰减测量系统，其特征在于，所述毫米波衰减测量系统还包括一个或多个具有相同时基信号的本振信号发生器，其中：

所述射频信号发生器的产生射频信号过程、所述测试单元的两次混频过程和所述参考单元的两次混频过程是基于相同时钟信号的本振信号发生器实现的，所述本振信号由一个或多个具有相同时钟信号的本振信号发生器产生。

9.如权利要求7所述的毫米波衰减测量系统，其特征在于，

所述测试单元还包括设置于被测衰减器前的第一主路隔离器和设置于被测衰减器后的第二主路隔离器；所述射频测试信号依次经过第一主路隔离器、被测衰减器、第二主路隔离器进入到主路谐波混频器。

10.如权利要求9所述的毫米波衰减测量系统，其特征在于，所述毫米波衰减测量系统的本振信号发生器为第一本振信号发生器和第二本振信号发生器，所述毫米波衰减测量系统还包括第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一时钟隔离器、第二时钟隔离器和第三时钟隔离器，其中，

所述第一本振信号发生器与所述第二本振信号发生器相连；

所述第二定向耦合器用于将第一本振信号发生器发出的时钟信号分为两路时钟信号为第一时钟信号，所述两路第一时钟信号分别接入主路谐波混频器和参考谐波混频器；

所述第一时钟隔离器，用于第二定向耦合器与主路谐波混频器之间进行信号隔离；

所述第三定向耦合器，用于将第二本振信号发生器发出的时钟信号分为两路时钟信号为第二时钟信号，所述两路第二时钟信号分别接入主路基波混频器和参考基波混频器；

所述第二时钟隔离器，用于第三定向耦合器与主路基波混频器之间进行信号隔离；

所述第三时钟隔离器，用于第三定向耦合器与参考基波混频器进行信号隔离。