CN111766426A - 一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法及系统，包括至少两个级联的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括2端口的矢量网络分析仪或4端口的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括扫频源、本振源、定向耦合器和接收机，所述扫频源通过所述定向耦合器连接至所述接收机，所述接收机与所述本振源相连接，所述本振源的本振信号通过切换开关连接至所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路以及外部本振源输入接口输入的本振信号，所述切换开关的输出端通过耦合器电路将该矢量网络分析仪的本振信号输出到外部接口，进而级联至与下一个矢量网络分析仪相连接的外部本振源输入接口。本发明的组网方式灵活可变、效率高且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种矢量网络分析仪测试方法，尤其涉及一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，还涉及采用了该灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法的系统。
背景技术
随着通信协议的演进，Massive-Mimo成为提升信息传输通道带宽的一种主要方案，多端口阵列天线的测试需求将会越来越多，并且伴随着毫米波频段的使用，天线尺寸越来越小，阵列中天线单元数量也会越来越多。矢量网络分析仪(简称"矢量网络分析仪")在Massive-Mimo天线测试将会面临越来越多的端口数要求。目前行业有两种多端口矢量网络分析仪的测试方案，一种是2/4端口矢量网络分析仪配合多端口矩阵开关实现多端口矢量网络分析仪功能，第二种是具备与端口数量相应接收机数量的真多端口矢量网络分析仪方案。
第一种矩阵开关方案，如图2所示，在测试速度、测试准确度以及测试稳定性上均有较大问题。测试速度的影响主要体现在由于矢量网络分析仪核心部分实际还是2/4端口矢量网络分析仪，在多端口测试时需要多次切换矩阵开关来获取多端口S参数，并且端口数量越多其开关切换次数越多，测试速度越慢；例如2端口矢量网络分析仪配合64端口矩阵开关进行测试时，一共需要进行2016次矩阵开关切换。而测试准确度及测试稳定度的问题主要原因在于矢量网络分析仪外接的多端口矩阵开关本身存在一定程度的插入损耗，端口数量越多其开关插入损耗越大。这个损耗一方面会恶化矢量网络分析仪前端定向耦合器的方向性(D)，如图3所示，方向性的下降会使矢量网络分析仪的测试反射S参数Γa的波动相对于矢量网络分析仪修正前的原始测试反射S参数Γm的波动存在一个放大系数，方向性越差其放大系数越高，进而恶化反射S参数Γa的测试准确度和稳定度；另一方面开关的插入损耗也会降低矢量网络分析仪的端口输出功率和接收噪声性能，进而会恶化传输S参数的测试准确度和测试动态范围。
而第二种方案，如图4所示，真多端口方案的主要问题在于仪表成本高、仪表残值率低以及针对不同端口数量的测试需求时仪表的端口利用效率太低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种组网方式灵活可变、利用效率高且产线测试成本低的多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，在此基础上，还进一步提供采用了该多端口矢量网络分析仪测试功能的方法的系统。
对此，本发明提供一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，包括至少两个级联的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括2端口的矢量网络分析仪或4端口的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括扫频源、本振源、定向耦合器和接收机，所述扫频源通过所述定向耦合器连接至所述接收机，所述接收机与所述本振源相连接，所述本振源的本振信号通过切换开关连接至所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路以及外部本振源输入接口输入的本振信号，所述切换开关的输出端通过耦合器电路将该矢量网络分析仪的本振信号输出到外部接口，进而级联至与下一个矢量网络分析仪相连接的外部本振源输入接口。
本发明的进一步改进在于，所述矢量网络分析仪中，将所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路的信号通过耦合器电路耦合至外部输出接口；并将外部输入接口和外部输出接口连接至该矢量网络分析仪前面板的射频连接器上。
本发明的进一步改进在于，所述矢量网络分析仪的S参数测试过程为：分别在级联后的多端口矢量网络分析仪的每个端口产生激励信号，然后通过待测设备的反射和传输，在各端口对应的定向耦合器经过信号分离后进入相应的接收机，然后通过变频和采样计算其对应的原始S参数。
本发明的进一步改进在于，所述接收机包括测试接收机和参考接收机，所述多端口矢量网络分析仪的每个端口均通过定向耦合器分别连接至所述测试接收机和参考接收机；所述测试接收机和参考接收机均连接至所述本振源的本振信号。
本发明的进一步改进在于，经过变频和采样后，通过公式Sij(RAW)＝Ai/Rj计算其对应的原始S参数Sij(RAW)，其中，Ai为第i端口的测试接收机测量数据，Rj为第j端口的参考接收机测量数据，i＝1,...,4N,j＝i＝1,...,4N，4N为多端口矢量网络分析仪的端口数量。
本发明的进一步改进在于，所述测试接收机和参考接收机均连接至同一个同步采样控制电路，将当前矢量网络分析仪的同步采样控制端口连接至相级联矢量网络分析仪的测量数据传输接口，并通过数据输入和输出的方式连接至所述矢量网络分析仪的后面板。
本发明的进一步改进在于，将各个矢量网络分析仪的接收机采样测量数据传输到一台指定的主机上，并统一进行计算后得到多端口的S参数。
本发明还提供一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的系统，采用了如上所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，并通过至少两个级联的矢量网络分析仪实现组网。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过采用2端口/4端口的矢量网络分析仪级联的形式来实现多端口矢量网络分析仪功能，既具备了真多端口矢量网络分析仪测试速度快和测试结果精确的优点；又具备了组网方式灵活的特点，能够根据当前测试需求灵活配置矢量网络分析仪端口的数量，具有产线仪表利用效率高和仪表残值率高的特点，能够有效较低产线的测试成本，提高产线的测试效率。
附图说明
图1是本发明一种实施例中本振源的电路原理示意图；
图2是现有技术中通过多端口矩阵开关方案的结构示意图；
图3是现有技术中矢量网络分析仪前端耦合器不同的方向性大小和测试数据之间的关系示意图；
图4是现有技术中真多端口方案的结构示意图；
图5是本发明一种实施例所采用的2端口的矢量网络分析仪的内部结构示意图；
图6是本发明一种实施例中接收机的信号处理流程图；
图7是本发明一种实施例中4端口矢量网络分析仪级联实现多端口矢量网络分析仪前面板本振源的连接示意图；
图8是本发明一种实施例中4端口矢量网络分析仪级联实现多端口矢量网络分析仪后面板控制和数据接口的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1、图5和图6所示，本例提供一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，包括至少两个级联的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括2端口的矢量网络分析仪或4端口的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括扫频源、本振源、定向耦合器和接收机，所述扫频源通过所述定向耦合器连接至所述接收机，所述接收机与所述本振源相连接，所述本振源的本振信号通过切换开关连接至所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路以及外部本振源输入接口输入的本振信号，所述切换开关的输出端通过耦合器电路将该矢量网络分析仪的本振信号输出到外部接口，进而级联至与下一个矢量网络分析仪相连接的外部本振源输入接口。
图1中，LO PLL表示的是本振锁相环电路；外部LO输入接口指的是外部本振源输入接口，用于输入的本振信号；LO耦合输出接口指的是所述切换开关的输出端通过耦合器电路将该矢量网络分析仪的本振信号实现输出的接口；图5中，SRC表示的是扫频源、LO表示的是本振源，A1表示的是第1端口的反射信号，R1表示的是第1端口的参考信号，A2表示的是第2端口的反射信号，R2表示的是第2端口的参考信号，P1和P2指的是两个端口。本例通过提出利用本振以及控制、数据接口级联的形式，让多台2端口/4端口的矢量网络分析仪组网实现多端口矢网的测试功能。
如图5所示，所述矢量网络分析仪包括扫频源(SRC)、本振源(LO)、定向耦合器和接收机。由扫频源(SRC)将端口开关(SW1)切换到相应的端口(P1)并输出射频激励信号，激励信号首先会通过该激励端口的定向耦合器1进行信号分离产生后续计算S参数所需的参考信号R1，随后经过待测设备的反射和传输相应分别经过定向耦合器1和定向耦合器2的分离到反射信号A和传输信号B。如图6所示，参考信号R1、反射信号A1和传输信号A2这三个信号又会经过相应的接收机电路进行变频和同步采样，然后根据中的S参数定义公式S11(raw)＝A1/R1、S21(raw)＝A2/R1、S22(raw)＝A2/R2和S12(raw)＝A1/R2计算后得到需要的原始S参数(S11(RAW)/S21(RAW))，R2为参考信号，S11(RAW)为通过第1端口的测试接收机测量数据和第1端口的参考接收机测量数据计算得到的S参数，S21(RAW)为通过第2端口的测试接收机测量数据和第1端口的参考接收机测量数据计算得到的S参数。同理，扫频源将端口开关(SW2)切换到P2，则可以通过上述过程等到原始S参数(S12(RAW)/S22(RAW))，S12(RAW)为通过第1端口的测试接收机测量数据和第2端口的参考接收机测量数据计算得到的S参数，S22(RAW)为通过第2端口的测试接收机测量数据和第2端口的参考接收机测量数据计算得到的S参数。
从上述矢量网络分析仪结构可以看出，扫频源是通过开关来实现不同端口测试的射频激励信号输出，所以同一时刻只有一个端口的射频激励信号在工作。而接收机和扫频本振源需要在任何时刻在各个端口都同时工作；并且矢量网络分析仪需要到达每个接收机的本振信号(LO)必须是来自同一频率合成源(在矢量网络分析仪电路中通常采用锁相环,即PLL)以确保到达各接收机的本振相噪一致，从而实现更好S参数测试迹线噪声。
因此，矢量网络分析仪的本振电路是通过本振锁相环电路(即图1中的LO PLL)产生本振信号(LO)并经过放大器等电路后直接输出到接收机，在此基础上，本例的本振源电路中通过引入开关和耦合器的电路设计，如图1所示。
也就是说，本例实现了矢量网络分析仪的本振信号既可以来自自身电路中的本振锁相环电路也可以通过矢量网络分析仪内部控制信号控制开关切换到外部LO输入接口从而采用外部电路产生的本振信号；同时又可以通过电路中引入的耦合器电路将矢量网络分析仪的本振信号输出到外部接口，供其它仪表接入使用，如图1所示。只要将这两个LO输入、输出接口连接到矢量网络分析仪前面板的射频连接器上就可以实现仪表外部输入、仪表内部本振输出的功能了。这样就可以将几台矢量网络分析仪的本振外部输入(LO IN)、输出接口(LO OUT)如图7所示级联在一起，从而实现前面所提到的到达各个端口的接收机本振信号都来自于同一个PLL电路。
本例所述矢量网络分析仪中，将所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路的信号通过耦合器电路耦合至外部输出接口；并将外部输入接口和外部输出接口连接至该矢量网络分析仪前面板的射频连接器上；在此基础上，还可以将所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路、外部本振源输入接口输入的本振信号以及通过耦合器电路输出到外部接口的本振信号连接至该矢量网络分析仪前面板的射频连接器上。
本例所述矢量网络分析仪的S参数测试过程为：分别在级联后的多端口矢量网络分析仪的每个端口产生激励信号，然后通过待测设备的反射和传输，在各端口对应的定向耦合器经过信号分离后进入相应的接收机，经过变频和采样后，通过公式Sij(RAW)＝Ai/Rj计算其对应的原始S参数Sij(RAW)，其中，Ai为第i端口的测试接收机测量数据，Rj为第j端口的参考接收机测量数据，i＝1,...,4N,j＝i＝1,...,4N，4N为多端口矢量网络分析仪的端口数量；所述接收机包括测试接收机和参考接收机，所述多端口矢量网络分析仪的每个端口均通过定向耦合器分别连接至所述测试接收机和参考接收机；所述测试接收机和参考接收机均连接至所述本振源的本振信号。
值得说明的是，除解决本振源的问题以外，如图6所示由于矢量网络分析仪要求各接收机在ADC同步采样后得到可以进行后续计算的接收机测量数据。所以，还需要解决各仪表间接收机ADC采样同步的问题，以及采样后可接收机测量数据传输到某一台矢量网络分析仪进行统一计算S参数的问题。
针对这两个问题，本例同样可以采用类似本振级联的方式，将ADC同步采样信号和接收机测量数据传输接口也按照输入(DTAT&CTRL IN)、输出(DTAT&CTRL OUT)的方式引出到仪表的后面板。在多端口组网时，如图8所示，本例所述测试接收机和参考接收机均连接至同一个同步采样控制电路，将当前矢量网络分析仪的同步采样控制端口连接至相级联矢量网络分析仪的测量数据传输接口，并通过数据输入和输出的方式连接至所述矢量网络分析仪的后面板，进而将仪表的测量数据传输和同步采样信号控制接口级联起来从而实现所有矢网均采用同一个采样同步信号进行ADC采样从而实现所有端口的接收机同步采样；同时，本例还将各个矢量网络分析仪的接收机采样测量数据传输到一台指定的主机上，并统一进行计算后得到多端口的S参数。
本例还提供一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的系统，采用了如上所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，并通过至少两个级联的矢量网络分析仪实现组网。
综上所述，本例通过采用2端口/4端口的矢量网络分析仪级联的形式来实现多端口矢量网络分析仪功能，既具备了真多端口矢量网络分析仪测试速度快和测试结果精确的优点；又具备了组网方式灵活的特点，能够根据当前测试需求灵活配置矢量网络分析仪端口的数量，具有产线仪表利用效率高和仪表残值率高的特点，能够有效较低产线的测试成本，提高产线的测试效率。
本例所采用的控制借口和数据接口可以是USB、PCIE、Ethernet、thunderbolt等高速数字接口中的任意一种，其控制和数据传输采用星型连接，由一个控制、数据中心来完成同步采样和数据计算。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，包括至少两个级联的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括2端口的矢量网络分析仪或4端口的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括扫频源、本振源、定向耦合器和接收机，所述扫频源通过所述定向耦合器连接至所述接收机，所述接收机与所述本振源相连接，所述本振源的本振信号通过切换开关连接至所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路以及外部本振源输入接口输入的本振信号，所述切换开关的输出端通过耦合器电路将该矢量网络分析仪的本振信号输出到外部接口，进而级联至与下一个矢量网络分析仪相连接的外部本振源输入接口。
2.根据权利要求1所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪中，将所述矢量网络分析仪自身电路中本振锁相环电路的信号通过耦合器电路耦合至外部输出接口；并将外部输入接口和外部输出接口连接至该矢量网络分析仪前面板的射频连接器上。
3.根据权利要求1或2所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪的S参数测试过程为：分别在级联后的多端口矢量网络分析仪的每个端口产生激励信号，然后通过待测设备的反射和传输，在各端口对应的定向耦合器经过信号分离后进入相应的接收机，然后通过变频和采样计算其对应的原始S参数。
4.根据权利要求3所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，所述接收机包括测试接收机和参考接收机，所述多端口矢量网络分析仪的每个端口均通过定向耦合器分别连接至所述测试接收机和参考接收机；所述测试接收机和参考接收机均连接至所述本振源的本振信号。
5.根据权利要求4所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，经过变频和采样后，通过公式Sij(RAW)＝Ai/Rj计算其对应的原始S参数Sij(RAW)，其中，Ai为第i端口的测试接收机测量数据，Rj为第j端口的参考接收机测量数据，i＝1,...,4N,j＝i＝1,...,4N，4N为多端口矢量网络分析仪的端口数量。
6.根据权利要求4所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，所述测试接收机和参考接收机均连接至同一个同步采样控制电路，将当前矢量网络分析仪的同步采样控制端口连接至相级联矢量网络分析仪的测量数据传输接口，并通过数据输入和输出的方式连接至所述矢量网络分析仪的后面板。
7.根据权利要求6所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，将各个矢量网络分析仪的接收机采样测量数据传输到一台指定的主机上，并统一进行计算后得到多端口的S参数。
8.一种灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的系统，其特征在于，采用了如权利要求1至7任意一项所述的灵活实现多端口矢量网络分析仪测试功能的方法，其特征在于，并通过至少两个级联的矢量网络分析仪实现组网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201013 |
|
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