CN110022180A - 一种高精度无源互调测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度无源互调测试方法，属于无源互调技术领域。本发明在待测件前端引入第三耦合器和第三功率计，既可以在校准发射链路时，通过调整发射功率抵消链路的插入损耗，从而确定高功率放大器的输出功率；又可以在测试阶段实时监测并控制进入待测件的实际合成功率，确保功率满足测试需求，提高无源互调测量精度。同时，通过第一功率计、第二功率计、第三功率计的读数可以实现标校过程和测试过程中功率值的相互验证。本发明充分考虑了功率误差对测试结果的影响，具有功能完善、测试精度高、测试系统结构简单灵活的特点，可广泛应用于双工器、滤波器、天线等微波无源器件的无源互调值检测。
Description
技术领域
本发明涉及无源互调技术领域，特别是指一种高精度无源互调测试方法。
背景技术
无源互调( Passive Intermodulation, PIM)是指两路或两路以上的大功率信号，同时通过微波无源器件所产生的谐波信号的叠加。它是一种非线性干扰现象。在过去几十年，PIM现象在通信系统中时常出现，造成了通信系统的性能下降甚至瘫痪。但PIM形成机理复杂，目前尚没有行之有效的仿真分析方法。因此，PIM性能测试成为最主要的确定产品PIM性能的方法。
在大功率条件下，与载波信号相比，PIM信号的电平极低，这对测试技术提出了极为严格的要求。PIM信号的产生与否、PIM信号的电平大小与载波功率密切相关，载波功率的偏差会严重影响测试结果的准确性，这对输入载波功率的监测与控制提出了较高要求。
目前，公开的文献和专利中提及的无源互调测试系统多专注于互调信号与载波信号的分离技术，大量的文献中也分析了无源互调值与载波功率的关系，但并未涉及输入待测件的功率实时监测与微调技术。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种高精度无源互调测试方法，该方法完善了功率监测与控制功能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高精度无源互调测试方法，其使用第一信号源、第二信号源、第一高功率放大器、第二高功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一功率计、第二功率计、第三功率计、合成器、发射滤波器、双工器、待测件、负载、接收滤波器、低噪声放大器和频谱仪进行测试；其中：
第一信号源生成第一频率信号，第二信号源生成第二频率信号；第一频率信号和第二频率信号分别进入第一高功率放大器和第二高功率放大器；被放大的第一频率信号和第二频率信号分别进入第一耦合器和第二耦合器的输入端；第一耦合器的耦合端连接第一功率计，第二耦合器的耦合端连接第二功率计；第一耦合器的输出端连接合成器的一个输入端口，第二耦合器的输出端连接合成器的另一个输入端口；合成器的输出端口连接发射滤波器的输入端；发射滤波器的输出端连接后端链路；在后端链路中，将双工器的Tx端、双工器的ANT端、负载、第三耦合器的输入端、待测件的输出端接入相应位置；其中，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，双工器的Rx端连接接收滤波器，接收滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接频谱仪；
测试过程包括反射模式测试和传输模式测试两部分；其中，反射模式测试包括如下步骤：
（A1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（A2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（A3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（A4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（A5）发射滤波器输出的信号进入双工器的Tx端，双工器的Rx端接载波吸收负载，由双工器的ANT端输出纯净的大功率载波信号；
（A6）步骤（A5）输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（A7）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（A8）步骤（A7）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（A9）将待测件输出端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（A10）双工器的Rx端连接接收滤波器，输出纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（A11）若步骤（A8）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（A12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（A7）～（A11），直至输入待测件的功率满足测试要求；
传输模式测试包括如下步骤：
（B1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（B2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（B3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（B4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（B5）发射滤波器输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（B6）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（B7）步骤（B6）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（B8）待测件的输出端连接双工器的ANT端；
（B9）将双工器的Tx端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（B10）双工器的Rx端输出待测件产生的无源互调信号和隔离衰减后的载波信号，该信号进入接收滤波器产生纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（B11）若步骤（B7）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（B12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（B6）～（B11），直至输入待测件的功率满足测试要求。
具体的，所述第三耦合器为大功率低无源互调耦合器，其所承受的功率大于合路信号的功率。
具体的，所述第三功率计为低无源互调功率计，用于监测合路信号的功率。
本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
1) 功率实时检控功能更完善。本发明较现有测试方法拥有更完善的功率监测与控制功能，可实时监测输入待测件的实际功率，并控制调整输入功率的大小。
2) 测试精度更高。本发明较现有测试方法，可实时确保输入待测件的功率满足测试要求，避免了由功率误差带来的测试结果的不准确性，实现更高的测试精度。
3) 结构更简单灵活。本发明将标校过程与测试过程相结合，实现了标校功能与测试过程的相互验证，可方便地在二者间切换，测试系统结构简单，使用灵活方便。
附图说明
图1为本发明实施例中测试方法的反射模式原理图。
图2为本发明实施例中测试方法的传输模式原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种高精度无源互调测试方法，其使用第一信号源、第二信号源、第一高功率放大器、第二高功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一功率计、第二功率计、第三功率计、合成器、发射滤波器、双工器、待测件、负载、接收滤波器、低噪声放大器和频谱仪进行测试；其中：
第一信号源生成第一频率信号，第二信号源生成第二频率信号；第一频率信号和第二频率信号分别进入第一高功率放大器和第二高功率放大器；被放大的第一频率信号和第二频率信号分别进入第一耦合器和第二耦合器的输入端；第一耦合器的耦合端连接第一功率计，第二耦合器的耦合端连接第二功率计；第一耦合器的输出端连接合成器的一个输入端口，第二耦合器的输出端连接合成器的另一个输入端口；合成器的输出端口连接发射滤波器的输入端；发射滤波器的输出端连接后端链路；在后端链路中，将双工器的Tx端、双工器的ANT端、负载、第三耦合器的输入端、待测件的输出端接入相应位置；其中，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，双工器的Rx端连接接收滤波器，接收滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接频谱仪；
测试过程包括反射模式测试和传输模式测试两部分；其中，反射模式测试包括如下步骤：
（A1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（A2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（A3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（A4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（A5）发射滤波器输出的信号进入双工器的Tx端，双工器的Rx端接载波吸收负载，由双工器的ANT端输出纯净的大功率载波信号；
（A6）步骤（A5）输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（A7）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（A8）步骤（A7）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（A9）将待测件输出端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（A10）双工器的Rx端连接接收滤波器，输出纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（A11）若步骤（A8）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（A12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（A7）～（A11），直至输入待测件的功率满足测试要求；
传输模式测试包括如下步骤：
（B1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（B2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（B3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（B4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（B5）发射滤波器输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（B6）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（B7）步骤（B6）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（B8）待测件的输出端连接双工器的ANT端；
（B9）将双工器的Tx端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（B10）双工器的Rx端输出待测件产生的无源互调信号和隔离衰减后的载波信号，该信号进入接收滤波器产生纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（B11）若步骤（B7）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（B12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（B6）～（B11），直至输入待测件的功率满足测试要求。
具体的，所述第三耦合器为大功率低无源互调耦合器，其所承受的功率大于合路信号的功率。
具体的，所述第三功率计为低无源互调功率计，用于监测合路信号的功率。
具体来说，如图1和图2所示，一种高精度无源互调测试方法，其使用信号源1、信号源2、高功率放大器1、高功率放大器2、耦合器1、耦合器2、耦合器3、功率计1、功率计2、功率计3、合成器、发射滤波器、双工器、接收滤波器、低噪声放大器、待测件、频谱仪和负载进行测试。其中：
信号源1、信号源2：分别产生载波信号f1、f2。
高功率放大器1、高功率放大器2：为功率稳定度良好的高功率放大器，用来将载波信号放大至所需要的信号电平。这两个高功率放大器分别放大两路载波信号，得到大功率信号f1、f2，功率分别为P1、P2。
耦合器1、耦合器2：可承受功率分别大于P1和P2，对两路载波信号分别进行耦合，以便功率检测。
耦合器3：为大功率低无源互调耦合器，可承受功率大于P1和P2之和，对合成后的载波信号进行耦合。
功率计1、功率计2：显示载波功率大小，两路载波信号的功率分别为P1、P2，根据测试要求，载波功率应分别为P01、P02，误差分别为ΔP1=P1-P01、ΔP2=P2-P02，调整功率P1、P2，使-C≤ΔP1≤C，-C≤ΔP2≤C（为了保证测试结果的准确性，一般将功率误差控制在±C，C为正值，单位为dB）。
功率计3：监测合成载波功率大小，合成信号功率为P，误差为ΔP，可根据误差ΔP微调输入功率P1和P2，以保证进入待测件的功率值满足测试要求。
合成器：为大功率器件（功率容量大于P），将两路载波信号进行合成。
发射滤波器：为大功率低无源互调的低通或带通滤波器，功率容量大于P，抑制合成信号中的互调信号和杂散信号，确保进入后端链路的信号为纯净的载波信号。
双工器：为大功率低无源互调双工器，功率容量大于P，实现载波信号和无源互调信号的分离。
负载：为大功率低无源互调负载，功率容量大于P，用于吸收大功率载波信号。
接收滤波器：为低通或带通滤波器，进一步滤除发射信号和杂散信号，确保接收的无源互调信号的纯度。
低噪声放大器：对无源互调信号进行放大，以便检测。
频谱仪：检测无源互调信号的电平。
信号源1产生的信号f1和信号源2产生的信号f2分别经过高功率放大器1和高功率放大器2进行功率放大，得到大功率载波信号f1和f2；两路载波信号分别经耦合器1和耦合器2实现功率值检测；载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号，确保进入后端链路的信号为纯净的大功率载波信号。
当进行反射法检测时，参照图1。发射滤波器输出的信号进入双工器的Tx端，由双工器的ANT端输出纯净的大功率载波信号，该信号进入大功率低无源互调的耦合器3，并由耦合器3的耦合端连接功率计3。在耦合器3的输出端连接载波吸收负载，可标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；将耦合器3的输出端与待测件的输入端相连，可获得输入待测件的合成信号的功率大小P，功率误差ΔP满足-C≤ΔP≤C。若ΔP>C或ΔP<-C，则说明输入待测件的功率无法满足测试要求，此时增大或减小高功率放大器1、高功率放大器2的放大功率值P1和P2，并尽量保证P1和P2值相近，且满足-C≤ΔP1≤C和-C≤ΔP2≤C。若经微调后，单路载波功率不满足-C≤ΔP1≤C或-C≤ΔP2≤C，则需重新标校发射链路。
待测件输出端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号。双工器的Rx端输出待测件产生的无源互调信号和隔离衰减后的载波信号，接收滤波器进一步滤除载波信号，使纯净的无源互调信号进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示。
当进行传输法检测时，参照图2。发射滤波器输出的信号进入大功率低无源互调的耦合器3，由耦合器3的耦合端连接功率计3。在耦合器3的输出端连接载波吸收负载，可标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；将耦合器3的输出端与待测件的输入端相连，可获得输入待测件的合成信号的功率大小P，功率误差ΔP满足-C≤ΔP≤C。若ΔP>C或ΔP<-C，则说明输入待测件的功率无法满足测试要求，此时增大或减小高功率放大器1、高功率放大器2的放大功率值P1和P2，并尽量保证P1和P2值相近，且满足-C≤ΔP1≤C和-C≤ΔP2≤C。若经微调后，单路载波功率不满足-C≤ΔP1≤C或-C≤ΔP2≤C，则需重新标校发射链路。
待测件输出的大功率载波信号和无源互调信号由ANT端进入双工器，进行载波信号和互调信号的分离；双工器的Tx端接大功率低无源互调的负载，吸收载波信号，双工器的Rx端连接接收滤波器，输出无源互调信号和衰减的载波信号；接收滤波器进一步滤除接收信号中的载波信号，使纯净的无源互调信号进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示。
反射测量模式和传输测量模式分别用于对待测件的反射互调和传输互调的测试，可根据实际测量需求进行测量模式的选择。
本发明的基本思路是：一号信号源生成第一频率信号f1，二号信号源生成第二频率信号f2；信号f1和信号f2分别进入高功率放大器1和高功率放大器2，获得放大后的两路载波；两路载波分别进入耦合器1和耦合器2的输入端；其中，耦合器1的耦合端连接功率计1，耦合器2的耦合端连接功率计2；耦合器1的输出端连接合成器的一个输入端口，耦合器2的输出端连接合成器的另一个输入端口；合成后的载波信号由合成器的输出端口输出，并进入发射滤波器及其后端链路；互调信号由双工器的Rx输出端输出至接收滤波器；接收滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端连接频谱仪。
本发明在待测件前端引入耦合器3和功率计3，既可以在校准发射链路时，通过调整发射功率抵消链路的插入损耗，从而确定高功率放大器的输出功率；又可以在测试阶段实时监测并控制进入待测件的实际合成功率，确保功率满足测试需求，提高无源互调测量精度。同时，通过功率计1、功率计2、功率计3的读数可以实现标校过程和测试过程中功率值的相互验证。
现有技术中，由于大功率条件下无源互调值与载波输入功率密切相关，所以需要密切监测并精确控制输入待测件的功率。本发明在传统测试方法的基础上，将标校过程与测试过程相结合，在待测件前端进一步完善了功率监测与控制功能，提高了测试系统的精确度。
总之，本发明充分考虑了功率误差对测试结果的影响，其功率监测与控制功能完善、测试精度高、测试系统结构简单灵活，可广泛应用于双工器、滤波器、天线等微波无源器件的无源互调值检测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效方案变换，均属本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种高精度无源互调测试方法，其特征在于，使用第一信号源、第二信号源、第一高功率放大器、第二高功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一功率计、第二功率计、第三功率计、合成器、发射滤波器、双工器、待测件、负载、接收滤波器、低噪声放大器和频谱仪进行测试；其中：
第一信号源生成第一频率信号，第二信号源生成第二频率信号；第一频率信号和第二频率信号分别进入第一高功率放大器和第二高功率放大器；被放大的第一频率信号和第二频率信号分别进入第一耦合器和第二耦合器的输入端；第一耦合器的耦合端连接第一功率计，第二耦合器的耦合端连接第二功率计；第一耦合器的输出端连接合成器的一个输入端口，第二耦合器的输出端连接合成器的另一个输入端口；合成器的输出端口连接发射滤波器的输入端；发射滤波器的输出端连接后端链路；在后端链路中，将双工器的Tx端、双工器的ANT端、负载、第三耦合器的输入端、待测件的输出端接入相应位置；其中，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，双工器的Rx端连接接收滤波器，接收滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接频谱仪；
测试过程包括反射模式测试和传输模式测试两部分；其中，反射模式测试包括如下步骤：
（A1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（A2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（A3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（A4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（A5）发射滤波器输出的信号进入双工器的Tx端，双工器的Rx端接载波吸收负载，由双工器的ANT端输出纯净的大功率载波信号；
（A6）步骤（A5）输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（A7）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（A8）步骤（A7）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（A9）将待测件输出端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（A10）双工器的Rx端连接接收滤波器，输出纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（A11）若步骤（A8）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（A12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（A7）～（A11），直至输入待测件的功率满足测试要求；
传输模式测试包括如下步骤：
（B1）双工器的Rx端连接接收滤波器和低噪声放大器，组成双工器的接收链路，并标校该接收链路；
（B2）第一信号源产生的第一频率信号和第二信号源产生的第二频率信号分别经过第一高功率放大器和第二高功率放大器进行功率放大，得到两路大功率载波信号；
（B3）两路大功率载波信号分别经过第一耦合器和第二耦合器，由第一功率计和第二功率计分别显示两路载波的功率值；
（B4）两路大功率载波信号经合路器进入发射滤波器，以滤除互调信号和杂散信号；
（B5）发射滤波器输出的信号进入第三耦合器，第三耦合器的耦合端连接第三功率计，显示合路信号功率；
（B6）在第三耦合器的输出端连接载波吸收负载，用以标校发射链路，确定两高功率放大器的输出功率P1、P2；
（B7）步骤（B6）完成后，将第三耦合器的输出端与待测件的输入端相连，获得输入待测件的合成信号的功率P；
（B8）待测件的输出端连接双工器的ANT端；
（B9）将双工器的Tx端接大功率低无源互调负载，吸收载波信号；
（B10）双工器的Rx端输出待测件产生的无源互调信号和隔离衰减后的载波信号，该信号进入接收滤波器产生纯净的无源互调信号，并进入低噪声放大器进行放大，最后由频谱仪检测显示；
（B11）若步骤（B7）的功率P无法满足测试要求，则增大或减小第一高功率放大器、第二高功率放大器的功率P1和P2，以使P满足测试要求；
（B12）若经微调后，单路载波功率P1或P2超出误差允许范围，则重新标校发射链路，重复步骤（B6）～（B11），直至输入待测件的功率满足测试要求。
2.根据权利要求1所述的高精度测试方法，其特征在于，所述第三耦合器为大功率低无源互调耦合器，其所承受的功率大于合路信号的功率。
3.根据权利要求1所述的无源互调测试方法，其特征在于，所述第三功率计为低无源互调功率计，用于监测合路信号的功率。
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