CN110542906A - 一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高矢量网路分析仪扫描测试相位精度的方法，具体涉及矢量网络分析仪扫描测量技术领域。本发明在扫描测量过程中，进行S21相位测量的同时进行中频信号频率测量，通过频率偏差计算出被测件延时，利用被测件延时对测得的S21相位初始测量值进行修正。本方法能够得到影响相位测量结果的因素并消除其影响，解决现有测量方法在对较长被测件进行S21测量时相位结果误差大的问题。

Description

一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法
技术领域
本发明涉及矢量网络分析仪扫描测量技术领域，具体涉及一种提高矢量网路分析仪扫描测试相位精度的方法。
背景技术
矢量网络分析仪是一种微波测量仪器，它通过微波信号源产生微波信号并分为两路，一路作为参考信号，另一路作为激励信号，激励信号激励被测件后产生响应信号。参考信号和响应信号都通过混频器，与本振源产生的本振信号进行混频，将频率降低为频率较低的中频信号后进行采样和数字处理，得到参考路测量结果R和响应路测量结果B。将B和R进行比值计算得到S21参数。其主要构成如图1所示。
矢量网络分析仪可以在一定频率宽度上进行测量，测量模式分为点频测量模式和扫描测量模式。点频测量模式下，激励源和本振源都保持频率不变的情况下进行测量；扫描测量模式下，激励源和本振源频率不停地进行线性增长，具有更快的扫描测试速度。
网络分析仪工作在扫描模式时，激励源和本振源的频率都以一定的增长率进行线性连续变化。虽然扫描模式可以获得更快的测试速度，但是由于激励信号频率在不停变化，实际上被测件的输入和输出端频率是不同的，尤其是被测件长度较大时，输入和输出频率差更大，导致相位测量存在较大误差。
在扫描测量时，激励源和本振源信号的频率相差一个中频频率，并随时间有如下变化关系：ω(t)＝Λt+ω0，其中Λ为频率增长率，ω0为起始频率。
由于相位是频率对时间的积分，因此相位随时间变化关系有其中φ0为初始相位。
根据测量原理，实际测得的S21相位φS21M可表示为其中φR和φB分别为参考信号和响应信号进入混频器的相位；φLR和φLB分别为参考本振信号和响应本振信号进入混频器的相位。忽略仪器自身测试通道长度带来的影响后，可简化为由于实际需要得到的是输入频率ωR时被测件相位φS21A，即上式中的ωRtDUT部分，因此有
实际测得的相位值由于频率扫描的缘故，多出了一个二次项，会给测量结果带来误差。当被测件比较长时，信号通过时间比较长，就会产生比较大的相位测量误差。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过中频信号计算相位误差量，对原始测量结果进行修正，用于提高矢量网路分析仪扫描测试相位精度的方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法，在扫描测量过程中，进行S21相位测量的同时进行中频信号频率测量，通过频率偏差计算出被测件延时，利用被测件延时对测得的S21相位初始测量值进行修正。
优选地，具体包括以下步骤：
步骤一：求出响应中频信号的频率：在扫描测试过程中，对数字化后的响应中频信号进行fft变换，对变换后的数据搜索最大值，其对应频率即为响应中频信号的频率ωIFa；
步骤二：根据响应中频信号的频率ωIFa、理想中频频率ωIF以及扫描频率变化率Λ，计算得到被测件延时tDUT；
步骤三：对S21的相位进行测量，得到S21初始测量值
步骤四：对S21的初始测量值进行修正，得到修正后的实际值为具体为式(1)所示，
优选地，所述步骤二中，计算过程如下：
ωB(t)为响应信号频率随时间变化关系，通过式(2)求得
ωB(t)＝Λ(t-tDUT)+ωR0 (2)
其中ωR0为信号源起始频率；
ωL(t)为本振源频率随时间变化关系，通过式(3)求得，
ωL(t)＝Λt+ωL0 (3)
其中ωL0为本振源起始频率；
理想中频频率ωIF通过式(4)求得
ωIF＝ωL0-ωR0 (4)
实际中频频率ωIFa通过式(5)求得，
ωIFa＝ωL(t)-ωB(t)＝ΛtDUT+(ωL0-ωR0)＝ΛtDUT+ωIF (5)
因此被测件延时tDUT通过式(6)求得
tDUT＝(ωIFa-ωIF)/Λ (6)。
本发明具有如下有益效果：
本方法能够在扫描测量时对相位误差进行修正，解决现有测量方法在对较长被测件进行S21测量时相位结果不准确的问题；
在进行修正计算时，可与正常测试过程同步进行，数据处理方法简单，不会对测试速度造成明显影响。
附图说明
图1为矢量网络分析仪构成框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法，在扫描测量过程中，进行S21相位测量时同时进行中频信号频率测量，通过频率偏差计算出被测件延时，利用被测件延时对测得的S21相位初始测量值进行修正。具体包括以下步骤：
步骤一：求出响应中频信号的频率：在扫描测试过程中，对数字化后的响应中频信号进行fft变换，对变换后的数据搜索最大值，其对应频率即为响应中频信号的频率ωIFa；
步骤二：根据响应中频信号的频率ωIFa、理想中频频率ωIF以及扫描频率变化率Λ，计算得到被测件延时tDUT；
步骤二中，计算过程如下：
ωB(t)为响应信号频率随时间变化关系，通过式(1)求得
ωB(t)＝Λ(t-tDUT)+ωR0 (2)
其中ωR0为信号源起始频率。
ωL(t)为本振源频率随时间变化关系，通过式(2)求得，
ωL(t)＝Λt+ωL0 (3)
其中ωL0为本振源起始频率。
理想中频频率ωIF通过式(3)求得
ωIF＝ωL0-ωR0 (4)
实际中频频率ωIFa通过式(4)求得，
ωIFa＝ωL(t)-ωB(t)＝ΛtDUT+(ωL0-ωR0)＝ΛtDUT+ωIF (5)
因此被测件延时tDUT通过式(5)求得
tDUT＝(ωIFa-ωIF)/Λ (6)。
步骤三：对S21的相位进行测量，得到S21初始测量值
步骤四：对S21的初始测量值进行修正，得到修正后的实际值为具体为式(6)所示，
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法，其特征在于，在扫描测量过程中，进行S21相位测量的同时进行中频信号频率测量，通过频率偏差计算出被测件延时，利用被测件延时对测得的S21相位初始测量值进行修正。
2.如权利要求1所述的一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：求出响应中频信号的频率：在扫描测试过程中，对数字化后的响应中频信号进行fft变换，对变换后的数据搜索最大值，其对应频率即为响应中频信号的频率ωIFa；
步骤二：根据响应中频信号的频率ωIFa、理想中频频率ωIF以及扫描频率变化率Λ，计算得到被测件延时tDUT；
步骤三：对S21的相位进行测量，得到S21初始测量值
步骤四：对S21的初始测量值进行修正，得到修正后的实际值为具体为式(1)所示，
3.如权利要求2所述的一种提高矢量网络分析仪扫描测试相位精度的方法，其特征在于，所述步骤二中，计算过程如下：
ωB(t)为响应信号频率随时间变化关系，通过式(2)求得
ωB(t)＝Λ(t-tDUT)+ωR0 (2)
其中ωR0为信号源起始频率；
ωL(t)为本振源频率随时间变化关系，通过式(3)求得，
ωL(t)＝Λt+ωL0 (3)
其中ωL0为本振源起始频率；
理想中频频率ωIF通过式(4)求得
ωIF＝ωL0-ωR0 (4)
实际中频频率ωIFa通过式(5)求得，
ωIFa＝ωL(t)-ωB(t)＝ΛtDUT+(ωL0-ωR0)＝ΛtDUT+ωIF (5)
因此被测件延时tDUT通过式(6)求得
tDUT＝(ωIFa-ωIF)/Λ (6)。
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