CN110749869A - 毫米波与太赫兹s参数测试扩频模块端口功率调节系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测试技术领域，涉及S参数测试模块端口功率调节系统及方法。毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，包括：S参数测试扩频模块端口；微波矢量网络分析仪，为毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块提供射频信号及本振信号，同时接收毫米波与太赫兹S参数扩频模块产生的参考中频信号和测试中频信号；在所述毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块的激励源模块与参考中频信号之间配置有自动电平控制环路。本发明的系统及方法，相比于现有的毫米波与太赫兹激励源直接宽带检波稳幅技术，不仅能够实现S参数测试扩频模块端口功率精准可调，同时硬件建构更为简单，成本更低。
Description
技术领域
本发明属于测试技术领域，涉及S参数测试模块端口功率调节系统及方法。
背景技术
毫米波与太赫兹S参数测试模块配合微波矢量网络分析仪，能够实现毫米波与太赫兹S参数测试，在毫米波与太赫兹雷达、射电天文、气象遥感、安全检测等领域的技术研究和产品研制过程中获得了广泛的应用。如何提高毫米波与太赫兹S参数测试设备的测试的效率、应用的便捷性和拓展其功能，已成为毫米波与太赫兹S参数测试设备急需解决的技术问题。
随着毫米波与太赫兹技术研究和工程应用技术的快速发展，固定端口输出功率下的S参数测试，已无法满足测试需求，如放大器的压缩点测试、高增益放大器测试、以及倍频器和混频器等变频器件性能测试，针对这一问题，最初采用的技术路线有两种：1、是在S参数测试模块的输出端口增加一个机械可调的衰减器（或者机械可调的程控衰减器）满足端口功率可调的功能。但该技术路线存在的技术问题是，由于在S参数测试模块的端口接了衰减器，如果衰减器的衰减量与S参数测试模块内部的信号分离单元（双定向耦合器）的方向性是可以比拟，则无法对衰减器后的连接的待测件进行精确的驻波测试。另外一种采用的技术路线是在定向耦合器的前面增加了机械可调衰减器，该技术路线可以实现S参数测试模块端口功率的调节，可以满足高增益放大器的测试，但由于其无法进行功率的精准扫描，因此无法满足基于功率扫描状态下待测件性能的测试，如上面提到的放大器的压缩点测试、混频器和倍频器的变频损耗测试等。
对于S参数测试扩频装置的端口功率稳幅精准扫描，现有技术中存在的解决方法主要有两种：其中一种是通过机械可调衰减器的方式，改变激励源功率的大小，基于该技术路线构成一个功率控制环路，该技术路线存在的缺陷一是比较复杂，需要通过电机精准控制，完成功率的精准调节，同时模块的体积相对也比较大，集成度较差；二是基于电机控制的宽频带扫描的速度较慢，无法满足高效测试的需求，因此目前机械可调衰减的毫米波与太赫兹S参数扩频模块，通常未有反馈环路和程控单元，仅仅是通过人的手动调节完成功率的变化，而变化量的大小则需要外接设备进行逐点的测量和校准。另外一种技术路线是激励源进行耦合和宽带检波，检波电压经对数放大与参考电平进行积分，基于积分器的输出反馈调节激励源的输入，形成自动电平控制环路，该电路由于采用激励源直接的宽带检波，因此需要在传统的S参数测试扩频模块的基础上需要多分出一路信号用于构建自动电平控制环路，增加了S参数测试扩频模块的复杂程度，同时也增加了设计难度。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术中对于S参数测试模块端口功率稳幅控制技术存在的不足和缺陷，提供一种可实现毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率稳幅的系统及方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术手段为：毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，包括：
微波矢量网络分析仪，为毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块提供射频信号及本振信号，同时接收毫米波与太赫兹S参数扩频模块的参考中频信号和测试中频信号；
其特征在于：在所述毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块的激励源模块与参考中频信号之间配置有自动电平控制环路。
进一步的，所述的自动电平控制环路包括：电调衰减器、耦合器、带通滤波器、对数检波放大器、积分器；
所述电调衰减器连接在激励源模块与双定向耦合器之间；
所述耦合器配置为将毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块产生的参考中频信号分为两路；
所述的带通滤波器与所述的耦合器连接；
所述的对数检波放大器与所述带通滤波器连接，配置为对参考中频信号进行检波和对数放大；
所述的积分器与所述对数检波放大器连接，配置为将放大后的信号与输入的参考电平信号积分；并输出反馈为所述的电调衰减器。
进一步的，所述耦合器分出的两路信号，其中一路输入所述的自动电平控制环路，另一路作为参考中频信号输入所述的微波矢量网络分析仪。
本发明还提供了一种毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节方法,该方法包括：
将S参数测试模块产生的参考中频分成两路，一路进入到S参数测试模块外接的微波矢量网络分析仪主机的接收机，进行网络参数计算，另一路与S参数测试模块的激励源之间组成一个自动电平控制环路；
依据参考中频的幅值的变化反推出发射功率的变化；
通过校准补偿中频功率与激励源功率线性校准，对中频进行稳幅；
通过自动电平控制环路的电调衰减器及中频稳幅，调节 S参数测试模块端口功率。
所述的电调衰减器连接在S参数测试模块的双定向耦合器的前方，衰减量的大小，由外加的电压控制。
所述的参考中频由S参数测试扩频模块的射频发射端经定向耦合器耦合一路与混频器进行混频产生。
本发明的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统及方法，通过在S参数激励源模块后增加一个电调衰减器，利用S参数扩频模块自身的参考通道的中频分出一路进行中频检波、对数放大后与参考电路进行积分，积分器的输出反馈至电调衰减器，激励源和参考中频之间形成了一个自动电平控制环路。利用软件进行激励源和接收机本振始终以相同的中频的频率差进行同步扫描控制，由于中频是固定电频且频率较低，基于此形成的功率电平自动电平控制环路更容易实现，且可以应用到更高频率信号的功率控制。
附图说明
图1为本发明的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统的原理图；
图2是本发明毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块的电路连接示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本实施例提供的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，如图1所示，主要由微波矢量网络分析仪1和毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2两部分组成，其中微波矢量网络分析仪1为毫米波与太赫兹S参数测试模块2提供一路射频信号（RF）和一路本振信号（LO），同时接收毫米波与太赫兹S参数扩频模块的参考中频信号（R）和测试中频信号（A）。微波矢量网络分析仪1和毫米波与太赫兹S参数测试模块2，通过USB接口进行通信和实现控制，完成S参数测试和S参数扩频模块的端口功率精准扫描。
作为本发明的一种优选方式，本实施例中，实现毫米波与太赫兹S参数测试模块2端口功率精准扫描调节的技术手段是在毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2的激励源模块与中频信号之间配置自动电平控制环路。自动电平控制环路包括电调衰减器202、耦合器209、带通滤波器210、检波对数放大器212和积分器213。其中，电调衰减器202连接在毫米波与太赫兹S参数测试模块2的双定向耦合器203的前方。
如图2所示，微波矢量网络分析仪1产生射频信号RF经214馈入毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2，经N次倍频链路201产生毫米波与太赫兹信号，经电调衰减器202输出至双定向耦合器203，其中一路作为测试信号经双定向耦合器203的直通通路，在毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2的端口218输出。另一路作为参考信号经双定向耦合器203的一个耦合端口输出至混频器204。
微波矢量网络分析仪1提供的本振信号LO经217馈入毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2，经过M次倍频级联链路208产生高频的本振信号，经放大器207放大后，在功分器206功分成两路，其中一路传输至第一混频器204。
经倍频放大后的本振信号LO与双定向耦合器203耦合的激励源在第一混频器204中经混频产生参考中频信号（R）。
经倍频放大后的本振信号LO与双定向耦合器203的端口218 接收到的待测件的测试信号在第二混频器205中经混频产生测试中频信号（A）。测试中频信号（A）通过输出接口216传输至微波矢量网络分析仪1进行S参数计算。
产生的参考中频信号（R）输出至耦合器209，再分成两路，一路通过输出接口215进入微波矢量网络分析仪1进行S参数计算。另一路经带通滤波器210，在对数检波放大器212处进行检波和对数放大，放大后的信号与参考电路211输入的参考电平信号在积分器213处进行积分，积分器213的输出反馈至电调衰减器202。这样，在毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块2激励源和中频信号之间组成一个自动电平控制环路。
微波矢量网络分析仪1通过调整发射的RF信号和LO信号始终以中频的频率偏差同步扫描控制，通过对参考中频信号（R）功率和经端口218输出的测试信号功率进行线性校准，进而采用自动电平控制环路对电调衰减器202调节，实现激励源功率在端口218处精准可调输出。
由于参考中频信号（R）为固定的点频，并且频率较低，所以可以通过带通滤波器210后进行窄带检波，降低噪声功率，提高信噪比，并且可以减小带通滤波器210带外的谐杂波对检波的影响，对功率控制精度更高，且可以实现更小信号的检波处理，增加功率扫描范围，采用中频R检波，不受经倍频链路210后频率范围限制，从而可以应用于更高频率信号的功率控制。
Claims (6)
1.毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，其特这在于，包括：
毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块；
微波矢量网络分析仪，为毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块提供射频信号及本振信号，同时接收毫米波与太赫兹S参数扩频模块产生的参考中频信号和测试中频信号；其特征在于：
在所述毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块的激励源模块与参考中频信号之间配置有自动电平控制环路。
2.根据权利要求1所述的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，其特征在于：所述的自动电平控制环路包括：电调衰减器、耦合器、带通滤波器、对数检波放大器、积分器；
所述电调衰减器连接在激励源模块与双定向耦合器之间；
所述耦合器配置为将毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块产生的参考中频信号分成两路信号；
所述的带通滤波器与所述的耦合器连接；
所述的对数检波放大器与所述带通滤波器连接；
所述的积分器与所述对数检波放大器连接，配置为将放大后的信号与输入的参考电平信号积分，并输出反馈给所述的电调衰减器。
3.根据权利要求2所述的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节系统，其特征在于：所述耦合器分出的两路信号，其中一路输入所述的自动电平控制环路，另一路作为参考中频信号输入所述的微波矢量网络分析仪，进行网络参数计算。
4.一种毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节方法,其特征在于，包括：
将S参数测试模块产生的参考中频分成两路，一路进入到S参数测试模块外接的微波矢量网络分析仪主机的接收机，进行网络参数计算；另一路与S参数测试模块的激励源之间组成一个自动电平控制环路；
依据参考中频的幅值的变化反推出发射功率的变化；
通过校准补偿中频功率与激励源功率线性校准，对中频进行稳幅；
通过自动电平控制环路的电调衰减器及中频稳幅，调节 S参数测试模块端口功率。
5.根据权利要求4所述的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节方法,其特征在于，所述的电调衰减器连接在S参数测试模块的双定向耦合器的前方，衰减量的大小，由外加的电压控制。
6.根据权利要求4或5所述的毫米波与太赫兹S参数测试扩频模块端口功率调节方法,其特征在于，所述的参考中频由S参数测试扩频模块的射频发射端经定向耦合器耦合,一路与混频器进行混频产生。
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