CN112485739B - 针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法 - Google Patents

针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法 Download PDF

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CN112485739B CN202011369317.4A CN202011369317A CN112485739B CN 112485739 B CN112485739 B CN 112485739B CN 202011369317 A CN202011369317 A CN 202011369317A CN 112485739 B CN112485739 B CN 112485739B
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Abstract

本发明涉及一种针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，包括以下步骤：对矢量网络分析仪的所有端口做一个标准功率的端口功率校准，完成后再将各个端口用射频同轴线缆两两相连，两个端口一个输出源信号，另一个端口工作在接收机模式测量信号功率，得到各个频点在该标准功率下两个接收机对应的功率接收值，由此可根据该功率接收值来校准与同轴线相连的另一个端口的输出功率。采用了本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，每个端口只需要使用功率计在大功率时校准一档标准功率，标准功率校准时间很短。完成后将所有端口用射频同轴电缆两两相连。剩下的工作交给软件自动完成。不需要人工值守。

Description

针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法
技术领域
本发明涉及电子测量仪器功率校准技术领域，尤其涉及多端口矢量网络分析仪领域，具体是指一种针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法。
背景技术
随着通信技术的发展，通信设备中的部件，例如天线系统逐渐发展为阵列天线和多天线等多端口部件，为了提高生产效率对应的测试设备如矢量网络分析仪也向多端口方向发展，端口数量多达64端口或更多。如此多端口的矢量网络分析仪在生产调试时如果仍按照传统的端口功率校准方法，即每个端口依次使用外接功率测量设备来校准功率，会带来下面两个问题：
1、校准完成一个端口时需要人工将功率计切换到下一个端口再操作校准软件进行功率校准操作，如有32端口则需要操作32次。需要人工值守。使校准时间大大增加，极大地增加设备的生产成本和交付时间。
2、如果使用功率计校准在低功率时比如-50dBm以下，功率计功率测量准确度降低，测量时间变长。如果使用频谱仪进行校准则必须先校准频谱仪功率，使用功率计和频谱仪，每校准一个端口都需要人工手动更换连接端口，且软件需根据协议在线操作频谱仪器。生产调试时操作复杂。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足测量精准、工作效率高、人力成本低的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法。
为了实现上述目的，本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法如下：
该针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)打开矢量网络分析仪，设置全频段轮流扫描各个端口；
(2)准备功率测量设备，通过功率计校准矢量网络分析仪第一端口的恒定的功率电平，得到第一端口在所述的功率电平输出时各个频点对应校准值；
(3)通过功率计依次校准矢量网络分析仪其它端口，得到各个端口的恒定的功率电平在全频段对应的功率校准值；
(4)通过射频同轴线缆将矢量网络分析仪的各个端口两两相连；
(5)调取第一端口在所述的恒定的功率电平的功率校准值，在各频点依次输出该功率电平的功率，得到各端口在不同频点的接收值；
(6)在功率电平校准值的基础上调整第一端口的电路参数，读取第二端口接收机的功率值，使接收机功率值偏移对应档位值，依理不断调整第一端口的功率参数，得到第一端口在各频点各档位的功率校准值P1；
(7)依次切换到其它的端口，依次调整电路参数，使对应接收机的功率值在偏移对应档位值范围内，得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn。
较佳地，所述的功率电平为+10dBm。
较佳地，所述的步骤(2)中得到各个频点对应校准值，具体为：
根据以下公式得到各个频点对应校准值：
Figure BDA0002806150840000021
其中，
Figure BDA0002806150840000022
表示在该矢量网络分析仪器第一端口在功率+10dBm时全频段校准点的系列功率校准值，
Figure BDA0002806150840000023
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值。
较佳地，所述的步骤(3)中得到全频段对应的功率校准值，具体为：
根据以下公式得到全频段对应的功率校准值：
Figure BDA0002806150840000024
其中，
Figure BDA0002806150840000025
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，
Figure BDA0002806150840000026
表示端口n在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，Pn10表示端口n在输出功率+10dBm时全频段所有频点的功率校准值。
较佳地，所述的步骤(1)中得到各端口在不同频点的接收值，具体为：
根据以下公式得到各端口在不同频点的接收值：
Figure BDA0002806150840000027
其中，
Figure BDA0002806150840000028
第n接收机端口输入功率为10dBm时在频点n的接收值，单位为dBm。
较佳地，所述的步骤(7)中得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn，具体为：
根据以下公式得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn：
Figure BDA0002806150840000031
其中，
Figure BDA0002806150840000032
为端口n在频点1输出功率+10dBm时的功率校准值，
Figure BDA0002806150840000033
为端口n在频点n输出功率-90dBm时的功率校准值。
采用了本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，每个端口只需要使用功率计在大功率时校准一档标准功率，标准功率校准时间很短。完成后将所有端口用射频同轴电缆两两相连。剩下的工作交给软件自动完成。不需要人工值守。矢量网络分析仪接收机具有动态范围大、精度高、速度快等优点，所以可以做到在小功率时快速校准，且在绝大部分校准操作时不需要连接外接设备交互命令和数据，节省校准时间。
附图说明
图1为本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法的32多端口矢量网络分析仪端口通过射频同轴线两两相连示意图。
图2为本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法的矢量网络分析仪内部两个端口的发射机和接收机示意图。
图3为本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法的多端口矢量网络分析仪快速端口功率校准方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)打开矢量网络分析仪，设置全频段轮流扫描各个端口；
(2)准备功率测量设备，通过功率计校准矢量网络分析仪第一端口的恒定的功率电平，得到第一端口在所述的功率电平输出时各个频点对应校准值；
(3)通过功率计依次校准矢量网络分析仪其它端口，得到各个端口的恒定的功率电平在全频段对应的功率校准值；
(4)通过射频同轴线缆将矢量网络分析仪的各个端口两两相连；
(5)调取第一端口在所述的恒定的功率电平的功率校准值，在各频点依次输出该功率电平的功率，得到各端口在不同频点的接收值；
(6)在功率电平校准值的基础上调整第一端口的电路参数，读取第二端口接收机的功率值，使接收机功率值偏移对应档位值，依理不断调整第一端口的功率参数，得到第一端口在各频点各档位的功率校准值P1；
(7)依次切换到其它的端口，依次调整电路参数，使对应接收机的功率值在偏移对应档位值范围内，得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn。
作为本发明的优选实施方式，所述的功率电平为+10dBm。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中得到各个频点对应校准值，具体为：
根据以下公式得到各个频点对应校准值：
Figure BDA0002806150840000041
其中，
Figure BDA0002806150840000042
表示在该矢量网络分析仪器第一端口在功率+10dBm时全频段校准点的系列功率校准值，
Figure BDA0002806150840000043
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)中得到全频段对应的功率校准值，具体为：
根据以下公式得到全频段对应的功率校准值：
Figure BDA0002806150840000044
其中，
Figure BDA0002806150840000045
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，
Figure BDA0002806150840000046
表示端口n在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，Pn10表示端口n在输出功率+10dBm时全频段所有频点的功率校准值。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中得到各端口在不同频点的接收值，具体为：
根据以下公式得到各端口在不同频点的接收值：
Figure BDA0002806150840000047
其中，
Figure BDA0002806150840000048
为第n接收机端口输入功率为10dBm时在频点n的接收值，单位为dBm。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(7)中得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn，具体为：
根据以下公式得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn：
Figure BDA0002806150840000051
其中，
Figure BDA0002806150840000052
为端口n在频点1输出功率+10dBm时的功率校准值，
Figure BDA0002806150840000053
为端口n在频点n输出功率-90dBm时的功率校准值。
本发明的具体实施方式中，本发明利用矢量网络分析仪自带接收机的特点，且其接收机具有和源端口共用时钟参考、动态范围大，频率分辨率高，噪声小，速度快等优点。
功率校准方法的步骤为：首先对矢量网络分析仪的所有端口做一个标准功率的端口功率校准，完成后再将各个端口用射频同轴线缆两两相连，两个端口一个输出源信号，另一个端口工作在接收机模式测量信号功率。因为每个端口已经做了一个标准功率的校准，所以可以得到各个频点在该标准功率下两个接收机对应的功率接收值，由此可根据该功率接收值来校准与同轴线相连的另一个端口的输出功率。具体步骤如下：
步骤一、打开矢量网络分析仪，设置全频段轮流扫描各个端口，充分预热一个小时左右。
步骤二、准备一台计量过的功率测量设备，我们这里选用频率范围足够的功率计(频谱仪等也可以)，利用功率计校准多端口矢量网络分析仪第一端口的一个恒定的功率电平，比如+10dBm，因为大功率时信噪比好，所以原则上该恒定功率选择越大越好。保存第一端口在+10dBm功率输出时各个频点对应校准值：
Figure BDA0002806150840000054
(其中P110表示在该矢量网络分析仪器第一端口在功率+10dBm时全频段校准点的系列功率校准值，
Figure BDA0002806150840000055
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值)。
步骤三、利用功率计依次校准多端口矢量网络分析仪其它n个端口的一个恒定功率(+10dBm)在全频段对应的功率校准值表示为
Figure BDA0002806150840000056
(其中，
Figure BDA0002806150840000057
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，
Figure BDA0002806150840000058
表示端口n在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，Pn10表示端口n在输出功率+10dBm时全频段所有频点的功率校准值)。
步骤四、将多端口矢量网络分析仪的各个端口使用射频同轴线缆两两相连，比如将第一端口/2相连、端口3/4相连、……、端口n-1/n相连等如附图2，本发明后文都采用这种连接方式做说明，但不局限于该种连接方式。
步骤五、利用每个端口在+10dBm处功率计测量得到的功率校准值依次再一次扫描各个校准频率点，每两个相连的端口其中一个端口输出源信号，另一个端口工作在接收机模式，测量信号功率值，计算接收机模式得到的功率值和用功率计测量得到的功率值的差值，对接收机模式功率测量准确度进行校准。
Figure BDA0002806150840000061
(其中
Figure BDA0002806150840000062
表示第n接收机端口输入功率为10dBm时在频点n的接收值，单位为dBm)。另，如果端口连接方式是1/2相连、3/4相连、……、(n-1)/n相连，则
Figure BDA0002806150840000063
表示第一端口在校准频点1输出功率+10dBm时第二端口接收机的功率值，
Figure BDA0002806150840000064
表示第二端口在频点1输出功率+10dBm时第一端口接收机的功率值，
Figure BDA0002806150840000065
表示端口n在频点1输出功率+10dBm时，端口n-1接收机的功率值，
Figure BDA0002806150840000066
表示端口n-1在频点1输出功率+10dBm时，端口n接收机的功率值，其它依理类推。
步骤六、校准端口系列功率。假设功率步进是1dB，精度为0.2dB，功率校准范围是(+10dBm，-90dBm)，先校准第一端口的功率，第一端口的+10dBm功率校准值已经用功率计得到，所以只需校准(-90dBm，+9dBm)。如附图2，设置第一端口输出源信号，第二端口作为接收机测量信号功率，调整第一端口的输出功率大小，读取第二端口测量的功率值，当读取的功率值在+8.9～+9.1dBm范围内时，
Figure BDA0002806150840000067
保存此时的功率校准值，即为第一端口在频点1输出功率+9dBm时的校准值
Figure BDA0002806150840000068
根据此方法依次得到第一端口输出功率为+9dBm时其它频率点的校准值
Figure BDA0002806150840000069
Figure BDA00028061508400000610
依次调整第一端口的输出功率可以得到第一端口在(-90dBm，+10dBm)功率范围内的所有功率校准值
Figure BDA00028061508400000611
(其中
Figure BDA00028061508400000612
表示第一端口在频点n处输出功率为10dBm时的功率校准值，
Figure BDA00028061508400000613
表示第一端口在频点n处输出功率为-90dBm时的功率校准值。
步骤七、依照步骤六的方法，分别设置源到第二端口，3……n，以与各端口相连同轴线的另一个端口作为接收机，在输入功率为+10dBm时通过和功率计测量的功率计进行接收机模式功率测量准确度校准。同样的方法依次调整源输出端口的信号功率，使对应接收机的接收功率值在需要校准的目标功率范围内时保存此时的端口功率校准值。即可得到所有端口的系列功率校准值：
Figure BDA0002806150840000071
(其中
Figure BDA0002806150840000072
表示端口n在频点1输出功率+10dBm时的功率校准值，
Figure BDA0002806150840000073
表示端口n在频点n输出功率-90dBm时的功率校准值)。
本发明以32端口矢量网络分析仪端口功率校准作为具体实施例，进一步详细说明，具体实施流程如附图3。
步骤一、打开32端口矢量网络分析仪，设置为所有的32各通道轮流扫描。充分预热一小时左右。准备功率计一台，射频同轴线16根等。
步骤二、将功率计连接到第一端口，设置输出频率到校准频点1，读取功率计的功率值，调整第一端口的电路参数使功率计接收功率在+10±0.1dBm范围内，依次设置其它频点，调整电路参数使功率计接收功率在+10±0.1dBm范围内。得到第一端口在输出功率+10dBm时所有频点的校准值P110并保存。
步骤三、将功率计依次连接到其它2-32端口，使用步骤1的方法，依次得到2-32端口在输出功率+10dBm时的校准值Pn10(n＝1，2，……，32)。
步骤四、用射频同轴线将32端口按照1/2，2/3，……，31/32的组合两两相连。如附图1。
步骤五、调取第一端口的+10dBm功率校准值，使第一端口在各频点输出+10dBm功率信号通过同轴线到第二端口的接收机，在各频点读取接收机的功率值
Figure BDA0002806150840000074
步骤六、在+10dBm功率校准值的基础上调整第一端口的电路参数，读取第二端口接收机的功率值，使接收机功率值偏移对应档位值，比如
Figure BDA0002806150840000075
即表示第一端口在频点n输出功率校准到+9dBm的档位。依理不断调整第一端口的功率参数，使端口接收机功率值达到
Figure BDA0002806150840000076
(k表示档位功率偏移值，比如k＝-1表示校准功率值为9dBm，这样对应得到第一端口在各频点各档位的功率校准值P1。
步骤七、按照步骤六的流程将源依次切换到其它的2-32端口，依次调整电路参数，使对应接收机的功率值达到
Figure BDA0002806150840000077
(k表示档位功率偏移值)范围内，得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn。
步骤八、得到所有端口的功率校准值Pn后，即32端口功率校准全部完成，软件提示校准结束，工作人员拆除同轴线等设备即可。
综上所叙，步骤五到七在校准流程中占据大部分时间，但只要工作人员在步骤四时将所有端口两两相连，确保端口连接可靠稳定。步骤五到七全部由软件自动完成，不需要人工值守。只需等校准完成时间快到时，工作人员查看软件界面是否提示校准完成即可。
对比传统的校准方法，一台功率计校准完一个端口所有的功率档位后再由人工将功率接到下一端口校准所有功率档位的方法。需要人工隔段时间依次切换功率计，直到所有端口的全部功率档位校准完成。节省大量的人工值守时间。可以形成多台机器使用一个功率计进行流水式功率校准操作。
根据实际统计当端口功率校准范围在(-90dBm，+10dBm)范围校准步进1dB，精度0.1dB时，采用传统方法使用一台功率计校准一个端口耗时2小时，校准一台32端口功率至少需要64小时，且当每个端口校准完成需要人工去切换功率计。如果使用本发明方法，最开始用功率计校准一个最大功率值大约需要1小时，接下来使用软件自动校准剩余档位的功率，剩下时间不需要人工值守。由于矢量网络分析仪自带接收机校准小功率时扫描速度快，每个端口完成功率校准大约耗时30分钟左右，32端口校准时间大约16小时。整个功率校准过程中人工操作时间不到1小时，功率计使用时间也不到1小时，仅做标准功率测量用，使用时间很短。
当网分进入自动功率校准时不需要额外校准设备，不需要人工更换电缆连接，可以自动切换端口无需人工值守，节约人力成本。功率计可以进行下一台设备的功率校准，形成流水式校准操作。较传统方法大大提高了工作效率。
因为本发明方法采用矢量网络分析仪两个端口中一个端口发射信号另一个端口接收测量信号功率的方式，发射机和接收机采用同一个参考时钟，集成在同一个机箱内部很大程度上抵消了相噪、频率偏差和温度等因素带来的影响，接收机可以很精确地测量校准频点的功率值。对比传统校准方法在功率校准准确度上有很大优势。
这样，该多端口矢量网络分析仪的n个端口的功率校准全部完成。根据上面步骤可以看出该发明在多端口矢量网络分析仪端口功率校准时有如下特点：
1、每个端口只需要使用功率计在大功率时校准一档标准功率，标准功率校准时间很短。完成后将所有端口用射频同轴电缆两两相连。剩下的工作交给软件自动完成。不需要人工值守。
2、设备端口两两相连进入自动校准流程后，不再需要功率计，因此功率计可以进行下一台设备的功率校准，形成流水线操作，一台功率计就可以校准多台设备，不需要每台设备都配备一台功率计，节省仪器的使用时间和成本，此时只有被校准的矢量网络分析仪独自工作，没有其它外接设备，节省生产调试场所的空间。
3、因为源和接收机都集成在矢量网络分析仪内部，且使用同一参考时钟信号，其相噪、频率偏差和温飘基本可以认为是同步变化所以功率校准精确。
4、因为矢量网络分析仪接收机具有动态范围大、精度高、速度快等优点，所以可以做到在小功率时快速校准，且在绝大部分校准操作时不需要连接外接设备交互命令和数据，节省校准时间。
5、如果多端口矢量网络分析仪每个端口具备独立的信号源发射机，在恒定功率校准阶段可以使用多台功率测试设备并行工作，例如n个端口使用n台功率计同时工作可以将该步骤的校准时间节省至1/n。另外，在多端口两两相连时自动功率校准时也可以两两一组同时进行功率校准，这样该步骤时间节省至2/n。即在该情况下，校准一台n端口的(n为偶数时)矢量网络分析仪端口功率使用的时间相当于校准一台2端口矢量网络分析仪端口功率使用的时间。
采用了本发明的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，每个端口只需要使用功率计在大功率时校准一档标准功率，标准功率校准时间很短。完成后将所有端口用射频同轴电缆两两相连。剩下的工作交给软件自动完成。不需要人工值守。矢量网络分析仪接收机具有动态范围大、精度高、速度快等优点，所以可以做到在小功率时快速校准，且在绝大部分校准操作时不需要连接外接设备交互命令和数据，节省校准时间。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)打开矢量网络分析仪，设置全频段轮流扫描各个端口；
(2)准备功率测量设备，通过功率计校准矢量网络分析仪第一端口的恒定的功率电平，得到第一端口在所述的功率电平输出时各个频点对应校准值；
(3)通过功率计依次校准矢量网络分析仪其它端口，得到各个端口的恒定的功率电平在全频段对应的功率校准值；
(4)通过射频同轴线缆将矢量网络分析仪的各个端口两两相连；
(5)调取第一端口在所述的恒定的功率电平的功率校准值，在各频点依次输出该功率电平的功率，得到各端口在不同频点的接收值；
(6)在功率电平校准值的基础上调整第一端口的功率参数，读取第二端口接收机的功率值，使接收机功率值偏移对应档位值，依理不断调整第一端口的功率参数，得到第一端口在各频点各档位的功率校准值P1；
(7)依次切换到其它的端口，依次调整功率参数，使对应接收机的功率值在偏移对应档位值范围内，得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn；
所述的步骤(5)具体为：
每两个相连的端口其中一个端口输出源信号，另一个端口工作在接收机模式，测量信号功率值，计算接收机模式得到的功率值和用功率计测量得到的功率值的差值，对接收机模式功率测量准确度进行校准。
2.根据权利要求1所述的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的功率电平为+10dBm。
3.根据权利要求1所述的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中得到各个频点对应校准值，具体为：
根据以下公式得到各个频点对应校准值：
Figure FDA0003874109580000011
其中，P110表示在该矢量网络分析仪器第一端口在功率+10dBm时全频段校准点的系列功率校准值，
Figure FDA0003874109580000012
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值。
4.根据权利要求1所述的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中得到全频段对应的功率校准值，具体为：
根据以下公式得到全频段对应的功率校准值：
Figure FDA0003874109580000021
其中，
Figure FDA0003874109580000022
表示第一端口在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，
Figure FDA0003874109580000023
表示端口n在频点n处输出功率+10dBm时的校准值，Pn10表示端口n在输出功率+10dBm时全频段所有频点的功率校准值。
5.根据权利要求1所述的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的步骤(5)中得到各端口在不同频点的接收值，具体为：
根据以下公式得到各端口在不同频点的接收值：
Figure FDA0003874109580000024
其中，
Figure FDA0003874109580000025
为第n接收机端口输入功率为10dBm时在频点n的接收值，单位为dBm。
6.根据权利要求1所述的针对多端口矢量网络分析仪实现快速功率校准处理的方法，其特征在于，所述的步骤(7)中得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn，具体为：
根据以下公式得到n个端口在各频点各档位的功率校准值Pn：
Figure FDA0003874109580000026
其中，
Figure FDA0003874109580000027
为端口n在频点1输出功率+10dBm时的功率校准值，
Figure FDA0003874109580000028
为端口n在频点n输出功率-90dBm时的功率校准值。
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