CN110247875B - 一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法和电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法和电路。基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法基于幅度合成实现互调幅度和相位特性可调，是使用两路及多路的可调幅的非线性源作为互调信号源，通过构建非线性信号相干的功率合成及功率分配网络实现非线性信号的矢量加和，以实现互调信号的幅度和相位特性可调。本发明使得电路实现结构大大简化，克服了传统移相器自身非线性频谱成分带来的干扰问题。

Description

一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法和电路
技术领域
本发明涉及微波电路器件技术领域，特别是涉及一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法和电路。
背景技术
由于互调(Intermodulation，IM)机理复杂，互调的定量化主要依赖于实验测试。互调测试作为一种典型的射频测试方法，提高其测试准确度是IM测量领域关注的重点。准确的IM测试尤其需要精密的射频模块来保障，与此同时一个良好的校准参考源也是保证测试准确度中不可或缺的重要部分。
目前常用的IEC62037测试标准对误差分析是基于数学方法，其给出的误差项是误差出现的最大值。实际测试操作中，往往会出现测试结果虽然出现波动，但其真实误差却很少出现如数值估计中的最大误差上下限。这种情况使得实际的测试结果本身往往具备一定准确度而根据数值误差估计该结果又不确信的情况常常出现，进而使得IM测试的准确度和置信度大大下降，也即浪费测试误差余度，降低了测试准确度的同时也降低了测试效率。针对该种情况，目前已经涌现出一些使用定值的IM参考源去评估测试仪器准确性的方案，但这些定值的参考源对超过其IM区间的测试水平往往存在极大的误差，这也使得IM测试参考成为一个热门问题。
作为定值参考源校准方法的主要改进措施，动态的互调参考技术的出现使得无源互调的测试趋向于更为稳定和精确的方向发展，但截止目前所有公开的动态互调参考技术中，互调相位调控尚无有效实现方法。由于激励信号和产生非线性信号之间的关联性，传统依靠移相器实现相位调节会带来非线性信号相位调制困难，同时潜在的移相器非线性效应也会干扰非线性信号相位调节效果。这使得开发具有灵活相位调节功能的非线性信号参考源成为亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，为实现非线性参考信号的幅度和相位同时调制而提供一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法和电路。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法，基于幅度合成实现互调幅度和相位特性可调，是使用两路及多路的可调幅的非线性源作为互调信号源，通过构建非线性信号相干的功率合成及功率分配网络实现非线性信号的矢量加和，以实现互调信号的幅度和相位特性可调。
优选的，通过功率合成及功率分配网络分配相同的载波源来激励不同可调幅的非线性源来产生相干非线性信号，其非线性相干原理是使用被动的非线性相干发生方法，无需专门非线性信号源同步通道。
优选的，通过正交方法基于多路幅度可调互调源来实现相位可调。
优选的，所述的功率合成及功率分配网络的构建中每两路可调幅的非线性源之间的相位延迟可处于0-360°之间任意值，进而实现更多可调相位区间。
本发明的目的还提供一种基于非线性相干合成的互调参考调幅调相的电路，所述可调幅的非线性源由二极管、电容、电感构成；二极管的正向端接地，负向端通过电容电感构成的偏置网络馈入偏置调节电压和激励功率，其中偏置调节电压通过并联的电感馈入到二极管，并通过串联的隔直电容隔绝直流偏置进入射频回路；通过隔直电容可输入二极管非线性的激励信号并使其产生的射频非线性信号输出。
优选的，所述功率合成及功率分配网络由低IM路径、耦合臂、相移补偿段、连接传输线、功分器构成；其中，所述连接传输线与耦合臂连接，所述耦合臂与低IM路径相耦合，所述连接传输线通过功分器连接到两个可调幅的非线性源；
所述功率合成及功率分配网络为不对称网络，其中耦合臂有额外的相移，并通过该相移实现邻近非线性信号发生源之间的相对相位夹角，最后经过相位偏移的载波和未相位偏移的载波馈入到两个可调幅的非线性源中，产生的非线性信号经历相同的传输路径返回到载波路径，并最后在载波路径上实现非线性信号的合成，此过程中分别调节两路非线性信号源的强弱即可实现非线性信号的相位调节。
优选的，所述功率合成及功率分配网络的电路结构，其信号路径电路可制作于低IM介质板实现一次加工，以避免介质板非线性；同时基于功率衰退原理，将高功率高成本信号路径电路制作于低IM介质板，再将低功率低成本信号路径电路制作于普通的FR-4介质板，两部分经通用传输线连接，并经通用传输线连接于可调幅的非线性源上从而实现模块化组成。
优选的，所述低IM路径与耦合臂加工于低IM介质板上，所述两部分经同轴电缆连接。
优选的，所述功率合成和功率分配网络的实现中，多路可调幅的非线性源间的信号隔离可基于功率合成及功率分配网络实现，也可基于耦合网络实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现了基于被动非线性相干合成，省去了传统信号相干合成中的同步通道，使得电路实现结构大大简化。与传统移相器方案对比，克服了传统移相器自身非线性频谱成分带来的干扰问题，且实现方案简洁高效，尤其可为前沿的非线性信号调制提供了高效方案。
附图说明
图1是基于双路非线性源的互调幅度合成方法的示意图。
图2是使用偏置二极管作为可调幅的非线性源的实现电路图。
图3是基于功率合成及功率分配网络的相干非线性信号合成的示意图。
图4是利用本发明的调幅调相非线性发生源的相位调节测量方法的示意图。
图中：1.可调幅的非线性源中的隔直电容，2.可调幅的非线性源中的直流偏置电感，3.二级管，4.低IM路径，5.耦合臂，6.功分器，7.可调幅的非线性源，8.相移补偿段，9.连接传输线，10.合路器，11.前置双工器，12.后置双工器，13.低互调负载，14，低噪声放大器，15.鉴相器，16.激励与参考信号源同步通道，17.双路激励信号源，18.参考信号源，19.调幅调相非线性发生源。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基于相干非线性合成的互调调幅调相发生方法，是使载波功率经历低IM功率分配网络之后再经历不同的相位延时网络到达多个可调非线性源，多个可调非线性源被动产生可调非线性信号幅度，并将这些信号沿相干网络返回电路输出端口并进行幅度合成以实现非线性的调节。
本发明中，可以是通过正交方法基于多路幅度可调互调源来实现相位可调，但可调幅的非线性源的数量不仅限于两路，还可以更多路非线性源实现更加精确的相位和幅度调节。
本发明基于相干非线性合成的互调调幅调相发生电路--调幅调相非线性发生源，包括可调幅的非线性源与功率合成及功率分配网络。其中功率合成与功率分配网络可以基于混合式的低IM设计方式实现，具备高效的经济成本。
如图1示出了基本的相位相干调制方式：两路相干的信号(M1,M2)经过不同的相位路径合成后，通过调节两路信号的幅值大小即可在信号输出端获得相位可调的合成信号(Mx)。通过合适的两路信号间的相位夹角,即可实现不同的相位调节区间。
图2示出了一个基于二极管的可调幅的非线性源，其由二极管、电容、电感构成，其中二极管的正向端接地，负向端通过电容电感构成的偏置网络馈入偏置调节电压和激励功率，其中偏置电压通过并联的电感馈入到二极管，并通过串联的隔直电容隔绝直流偏置进入射频回路。通过此隔直电容也可输入二极管非线性的激励信号并使其产生的射频非线性信号输出。
本发明中，需要说明的是，只需要可调幅的非线性源即可，可调幅的非线性源的选择即可以是二极管，还可以是MOS管，还可以是无源金属接触及镀层非线性源，具体不限。
图3示出了一个功率合成与功率分配网络的结构，其由低IM路径、耦合臂、连接传输线、功分器构成；其中结合成本考虑，上述信号路径都可制作与低IM介质板实现一次加工，也可将高成本的低IM路径与耦合臂加工于低IM介质板上，再通过连接传输线(可用同轴电缆等传输线)连接于可调幅的非线性源上从而实现模块化组成。其中，功率合成与功率分配网络为不对称网络，其中一个耦合臂有额外的相移，并通过该相移实现图1中的邻近非线性信号发生源之间的相对相位夹角，最后经过相位偏移的载波和未相位偏移的载波馈入到两个非线性源中，其产生的非线性信号经历相同的传输路径返回到载波路径，并最后在载波路径上实现非线性信号的合成，此过程中分别调节两路非线性信号源的强弱即可实现非线性信号的相位调节。
图4示出了以传输反射互调都能测试的仪器为示例的位调节测量实施例，是一个用于互调测试仪器的互调校准参考的案例：
测试时，双路激励信号源发射的激励信号先经过合路器合成后馈入到前置双工器并经过合成端口馈入到调幅调相非线性发生源，该调幅调相非线性发生源后端接低IM负载用于吸收载波功率，其产生的可调幅调相的互调信号经过双工器接收通道后再次馈入后置双工器进一步滤除载波分量，此过程后置双工器的其他端口也使用低IM负载端接，最后经历二次滤波后的非线性参考经过低噪声放大器馈入到鉴相器中与另一路参考信号源进行比较得到非线性参考发生器输出的互调的幅度和相位信息。此测试过程中可不断调节调幅调相非线性发生源中的多路信号源的幅值，实现互调幅度和相位的连续可调。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于非线性相干合成的互调参考调幅调相方法，其特征在于，基于幅度合成实现互调幅度和相位特性可调，是使用两路及多路的可调幅的非线性源作为互调信号源，通过构建非线性信号相干的功率合成及功率分配网络实现非线性信号的矢量加和，以实现互调信号的幅度和相位特性可调；
所述功率合成及功率分配网络由低IM路径、耦合臂、相移补偿段、连接传输线、功分器构成；其中，所述连接传输线与耦合臂连接，所述耦合臂与低IM路径相耦合，所述连接传输线通过功分器连接到两个可调幅的非线性源；
所述功率合成及功率分配网络为不对称网络，其中耦合臂有额外的相移，并通过该相移实现邻近非线性源之间的相对相位夹角，最后经过相位偏移的载波和未相位偏移的载波馈入到两个可调幅的非线性源中，产生的非线性信号经历相同的传输路径返回到载波路径，并最后在载波路径上实现非线性信号的合成，此过程中分别调节两路非线性源的强弱即可实现非线性信号的相位调节。
2.如权利要求1所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相方法，其特征在于，通过功率合成及功率分配网络分配相同的载波源来激励不同可调幅的非线性源来产生相干非线性信号，其非线性相干原理是使用被动的非线性相干发生方法，无需专门非线性源同步通道。
3.如权利要求1所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相方法，其特征在于，通过正交方法基于多路幅度可调互调源来实现相位可调。
4.如权利要求1所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相方法，其特征在于，所述的功率合成及功率分配网络的构建中每两路可调幅的非线性源之间的相位延迟可处于0-360°之间任意值，进而实现更多可调相位区间。
5.一种基于非线性相干合成的互调参考调幅调相电路，其特征在于，基于幅度合成实现互调幅度和相位特性可调，包括用于作为互调信号源的两路及多路的可调幅的非线性源以及非线性信号相干的功率合成及功率分配网络，该功率合成及功率分配网络用于实现非线性信号的矢量加和，以实现互调信号的幅度和相位特性可调；
所述可调幅的非线性源由二极管、电容、电感构成；二极管的正向端接地，负向端通过电容电感构成的偏置网络馈入偏置调节电压和激励功率，其中偏置调节电压通过并联的电感馈入到二极管，并通过串联的隔直电容隔绝直流偏置进入射频回路；通过隔直电容可输入二极管非线性的激励信号并使其产生的射频非线性信号输出；
所述功率合成及功率分配网络由低IM路径、耦合臂、相移补偿段、连接传输线、功分器构成；其中，所述连接传输线与耦合臂连接，所述耦合臂与低IM路径相耦合，所述连接传输线通过功分器连接到两个可调幅的非线性源；
所述功率合成及功率分配网络为不对称网络，其中耦合臂有额外的相移，并通过该相移实现邻近非线性源之间的相对相位夹角，最后经过相位偏移的载波和未相位偏移的载波馈入到两个可调幅的非线性源中，产生的非线性信号经历相同的传输路径返回到载波路径，并最后在载波路径上实现非线性信号的合成，此过程中分别调节两路非线性源的强弱即可实现非线性信号的相位调节。
6.如权利要求5所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相电路，其特征在于，所述功率合成及功率分配网络的电路结构，其信号路径电路可制作于低IM介质板实现一次加工，以避免介质板非线性；同时基于功率衰退原理，将高功率高成本信号路径电路制作于低IM介质板，再将低功率低成本信号路径电路制作于普通的FR-4介质板，两部分经通用传输线连接，并经通用传输线连接于可调幅的非线性源上从而实现模块化组成。
7.如权利要求6所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相电路，其特征在于，所述低IM路径与耦合臂加工于低IM介质板上，所述两部分经同轴电缆连接。
8.如权利要求5所述基于非线性相干合成的互调参考调幅调相电路，其特征在于，所述功率合成和功率分配网络的实现中，多路可调幅的非线性源间的信号隔离可基于功率合成及功率分配网络实现，也可基于耦合网络实现。
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