CN112865820B - 一种优化温度和频域补偿衰减器的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种优化温度和频域补偿衰减器的方法及系统，属于仪器仪表技术领域。本发明方法，包括如下步骤：将环境温度分别划分出m个连续的温度区间；分别测试衰减器在环境温度为所有节点温度值、及设定射频ATT值下的各个功率值；计算在连续温度区间内、与首节点和尾节点温度值相邻的温度下的功率值B1、B2；基于功率值B1、B2，采用线性方式计算在首节点和尾节点温度下的线性函数值；分别记录已知节点的温度下，所述衰减器的稳定的单温温度；根据三次样条插值函数获取每段温度区间下的曲线函数，通过所述曲线函数能够获取不同的单板温度情况下对应的不同衰减值。本发明节约了硬件成本，测试效率高，节省了大量的测试时间。

Description

一种优化温度和频域补偿衰减器的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种仪器仪表技术领域，尤其涉及一种优化温度和频域补偿衰减器的方法及系统。

背景技术

在仪器仪表行业，尤其是针对信号源或者频谱仪带有功率测试验证相关的仪器，功率精度是一个非常关键的指标。功率精度越高，那么在市场上的竞争力也就越强。

在仪器仪表的收发子系统当中，射频链路中功耗会比较大，对于散热要求比较高。与此同时，射频链路中的宽带功放以及射频链路上的一些高频器件对于温度都比较敏感。如果进行对应的温度功率补偿在射频链路子系统中是一个非常关键的技术。

通常的解决方案有两种：

1)闭环控制。

需要增加反馈链路或者是功率检测链路。按照链路在标准情况下的链路增益校准出一条标准的链路增益值。随着温度的变化，链路增益发生变化之后，通过跟校准的数据作为对比，发现变化之后，微调链路ATT来获得功率的一致性。

这种方案对应的硬件成本要提高，而且对于系统来讲复杂度非常高。

2)温度补偿系数。

将射频链路中按照频率划分以及温度等级的不同，这个温箱的操作步骤以及外部仪器、配件是一个特别影响整个最终功率结果的重要因素。同时如果要完全提高精度的话，对于降低温度之间的间隔，这是一个很关键的因素。同时需要将得到的温度补偿数据带到温箱中去确认是否准确。

这种方案要做到相对准确都非常的耗时而且不一定能很准确。需要以验证结果为依据最终确认温度补偿系数的准确性。如果验证结果不准确需要重新做实验确认。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种优化温度和频域补偿衰减器的方法及系统，从而达到节省硬件成本以及节约测试时间的目的。

本发明优化温度和频域补偿衰减器的方法，包括如下步骤：

步骤一、将环境温度分别划分出m个连续的温度区间，包括m+1个节点，两个温度区间之间的节点为中间节点，温度两端的节点分别为首节点和尾节点；

步骤二、分别测试衰减器在环境温度为所有中间节点和首尾节点温度值、及设定射频ATT值下的各个功率值；

步骤三、计算在连续温度区间内、与首节点和尾节点温度值相邻的温度下的功率值B1、B2；

步骤四、基于功率值B1、B2，采用线性方式计算在首节点和尾节点温度下的线性函数值；

步骤五、分别记录在中间节点、首节点和尾节点及与首节点和尾节点温度值相邻的温度下，所述衰减器的稳定的单温温度；

步骤六、根据三次样条插值函数获取每段温度区间下的曲线函数，通过所述曲线函数能够获取不同的单板温度情况下对应的不同衰减值。

本发明作进一步改进，步骤六中，函数S(x)∈[a,b]，且在每个小区间[x_j,x_j+1]上是三次多项式，其中a＝x₀＜x₁＜...＜x_n＝b是给定节点，则称S(x)是节点上x₀,x₁,...,x_n上的三次样条函数，若在节点上x_j上给定函数值y_j＝f(x_j)(j＝0,1,...n)，并成立S(x_j)＝y_j,j＝0,1,...n，则函数S(x)为三次样条插值函数。

本发明作进一步改进，三次样条由分段的三段曲线拼接而成，在连接点上要求二阶导数连续，即函数y＝S(x)中x在[a,b]区间上面满足下列公式，x₀,x₁,...x_n∈[a,b]，x₀＝a,x_n＝b，而函数参数对应的值分别是y₀,y₁,...y_n。

本发明作进一步改进，步骤一中，将所述环境温度划分为3个温度区间，分别有4个节点，包括2个中间节点、一个首节点和一个尾节点。

本发明作进一步改进，步骤二中，4个节点对应的功率值分别为A1、A2、A3、A4。

本发明作进一步改进，步骤四中，所述衰减器的6个环境温度下，稳定的单温温度分别为：T1、T2、T3、T4、T5、T6。

本发明作进一步改进，步骤六中，所述温度曲线的计算方法为：

(1)根据节点值计算中间值h_j、u_j、λ_j、d_j，其中，h_j＝x_j+1-x_j、

其中

x_j为T1、T2、T3、T4、T5、T6中的任意一个；

(2)采用矩阵计算公式

反推出各个节点、首节点和尾节点对应的中间值矩阵[M₁ M₂ M₃ M₄]；

(3)代入三次样条插值函数公式中得到三段温度区间的曲线函数，

(4)根据曲线函数获取不同的单板温度情况下对应的不同的功率衰减值。

本发明作进一步改进，采用一个或多个三次样条函数去模拟中间频点的值。

本发明还提供一种实现所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法的系统，包括：

温度区间划分模块：用于将环境温度分别划分出m个连续的温度区间；

测量模块：用于分别测试衰减器在环境温度为所有中间节点和首尾节点温度值及设定射频ATT值下的各个功率值；

第一计算模块：用于计算在连续温度区间内、与首节点和尾节点温度值相邻的温度下的功率值B1、B2；

第二计算模块：用于基于功率值B1、B2，采用线性方式计算在首节点和尾节点温度下的线性函数值；

记录模块：用于分别记录在中间节点、首节点和尾节点及与首节点和尾节点温度值相邻的温度下，所述衰减器的稳定的单温温度；

衰减值获取模块：用于根据三次样条插值函数获取每段温度区间下的曲线函数，通过所述曲线函数能够获取不同的单板温度情况下对应的不同衰减值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：不仅节约了硬件成本，同时简化了硬件方案架构；测试效率高，节省了大量的测试时间，同时针对仪表的差异性提供校准数据的更新。

附图说明

图1为射频链路结构示意图；

图2和图3为衰减器固定温度随着频段的影响示意图；

图4为衰减器固定频点随着温度的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明通常情况下的射频链路如图1所示，链路校准主要针对链路上面的衰减器。而链路上面的衰减器跟频段以及温度相关。不同的温度以及不同的频点对应不同的衰减值，恰好是这些变动导致功率的波动。而衰减器的值跟频点以及温度本身也是非线性的关系，尤其是一个链路上可能会用到多个衰减器，而且每个衰减器的规格以及型号会不一样。这样如果简单的采用线性插值去模拟步进中间值的话会导致精度的损失。常规GaAs的衰减器影响波动如下图2-4所示，图2的纵坐标为衰减偏差，横坐标为设定的固定衰减值；图3的纵坐标为衰减偏差，横坐标为频率；图4的纵坐标为衰减偏差，横坐标为设定的固定衰减值。

从图2-4可以看出，要想保证功率精度，理想的情况下就是把射频ATT在不同的温度、频率下面全面的测试出来。这样才能最大可能的保证射频链路功率的精度。然而随着链路的复杂，链路中ATT的数目会比较多，对于测试温度曲线的时间要求更长。同时从图2和图3中可以看出射频链路的ATT随着温度和频点都不是线性的变化。

如果采用线性的方式处理的话，要求温度之间的间隔以及频率之间的间隔相差都要比较小才可以满足高精度要求。这种对于耗时来讲就非常大。如果间隔取的比较大，可能功率偏差过大。如果间隔取的过小的话，时间消耗的会非常多。如果最终验证不通过的话，有可能还需要重新再测试一次。

本发明提供的三次样条插值去取代线性插值，这样在不降低功率精度的前提下，通过减少频点间隔以及温度之间的间隔来减少时间。

若函数S(x)∈[a,b]，且在每个小区间[x_j,x_j+1]上是三次多项式，其中a＝x₀＜x₁＜...＜x_n＝b是给定节点，则称S(x)是节点上x₀,x₁,...,x_n上的三次样条函数。若在节点上x_j上给定函数值y_j＝f(x_j)(j＝0,1,...n)，并成立S(x_j)＝y_j,j＝0,1,...n。则成为S(x)为三次样条插值函数。

三次样条由分段的三段曲线拼接而成，在连接点上面要求二阶导数连续。要求函数y＝S(x)中x在[a,b]区间上面满足下列公式，x₀,x₁,...x_n∈[a,b]，x₀＝a,x_n＝b而函数参数对应的值分别是y₀,y₁,...y_n。

S'(x₀)＝y₀'、S'(x_n)＝y_n'、S”(x₀)＝y₀”、S”(x_n)＝y_n”。

举例说明，温度情况下校准射频ATT 4bit步进0.5db的操作场景，验证其中一个code值为10的情形。仪表操作温度在10～40度环境温度工作，对应的优化步骤为：

1.首先将温度划分成3个区间，10～20、20～30、30～40.

2.然后分别测试出在温箱10、20、30、40摄氏度情况下，射频ATT值为10的时候功率值A1、A2、A3、A4；

3.同时分别计算在11、39摄氏度的B1、B2。用线性方式计算出在10、40摄氏度情况下的f'(10)，f'(40)；

4.同时分别记录温箱在10、11、20、30、39、40四个温度下稳定的单温温度：T1、T2、T3、T4、T5、T6；

5.根据三次样条公式获取每段温度区间下的曲线函数。具体处理方法为：

(1)根据节点值计算中间值h_j、u_j、λ_j、d_j，其中，

h_i＝x_i+1-x_i、

其中

x_j为T1、T2、T3、T4、T5、T6中的任意一个；

(2)采用矩阵计算公式

从而反推出各个节点、首节点和尾节点对应的中间矩阵值[M₁ M₂ M₃ M₄]；

(3)代入三次样条插值函数得到三段T1～T3，T3～T4、T4～T6温度的曲线函数，

j＝1,2...n；

(4)根据曲线函数获取不同的单板温度情况下对应的不同的功率衰减值；

(5)根据功率衰减值获取单板温度下的功率值。

此处为加法的关系，单板输出的功率值等于单板的输入功率值加上链路增益值。链路增益包括了链路上的放大增益、衰减值以及其它器件的插损值。校准衰减器相当于把链路的功放的波动以及一些其他的非线性波动都统一补偿到衰减器上面。这样的结果只要功率衰减器校准好，单板的输出功率值在不同的温度下的准确性就有保障。

同理对于频段的划分也是一样的原理。因为频段比较大，可以采用多个三次样条函数去模拟中间频点的值。原理亦一样。

当前如果针对系统功率精度要求不是那么高的标准，可以根据最终的精度要求，采取大步进测试出来的曲线，步进中间的值通过线性拟合出来得到。但是这种在前面已经介绍过了，射频系统里面本身功率值跟衰减器的code值以及频段是非线性的关系，如果要采用线性插值的话，必然会损失不少精度。如果要保证精度的话，必须要求步进非常小，而这样带来的弊端也已经陈述。

本发明相对现有方案一，节约了硬件成本，同时简化了硬件方案架构；相对现有方案二，节省了大量的测试时间，同时针对仪表的差异性提供校准数据的更新。能够获取高精度功率值。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将环境温度分别划分出m个连续的温度区间，包括m+1个节点，两个温度区间之间的节点为中间节点，温度两端的节点分别为首节点和尾节点；

步骤二、分别测试衰减器在环境温度为所有中间节点和首尾节点温度值、及设定射频ATT值下的各个功率值；

步骤三、计算在连续温度区间内、与首节点和尾节点温度值相邻的温度下的功率值B1、B2；

步骤四、基于功率值B1、B2，采用线性方式计算在首节点和尾节点温度下的线性函数值；

步骤五、分别记录在中间节点、首节点和尾节点及与首节点和尾节点温度值相邻的温度下，所述衰减器的稳定的单温温度；

步骤六、根据三次样条插值函数获取每段温度区间下的曲线函数，通过所述曲线函数能够获取不同的单板温度情况下对应的不同衰减值。

2.根据权利要求1所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：步骤六中，函数S(x)∈[a,b]，且在每个小区间[x_j,x_j+1]上是三次多项式，其中a＝x₀<x₁<...<x_n＝b是给定节点，则称S(x)是节点上x₀,x₁,...,x_n上的三次样条函数，若在节点上x_j上给定函数值y_j＝f(x_j)，并成立S(x_j)＝y_j,j＝0,1,...n，则函数S(x)为三次样条插值函数。

3.根据权利要求2所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：三次样条由分段的三段曲线拼接而成，在连接点上要求二阶导数连续，即函数y＝S(x)中x在[a,b]区间上面满足下列公式，x₀,x₁,...x_n∈[a,b]，x₀＝a,x_n＝b，而函数参数对应的值分别是y₀,y₁,...y_n。

4.根据权利要求3所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：步骤一中，将所述环境温度划分为3个温度区间，分别有4个节点，包括2个中间节点、一个首节点和一个尾节点。

5.根据权利要求4所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：步骤二中，4个节点对应的功率值分别为A1、A2、A3、A4。

6.根据权利要求5所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：步骤五中，所述衰减器的6个环境温度下，稳定的单温温度分别为：T1、T2、T3、T4、T5、T6。

7.根据权利要求6所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：步骤六中，温度曲线的计算方法为：

(1)根据节点值计算中间值h_j、u_j、λ_j、d_j，其中，h_j＝x_j+1-x_j、

其中

x_j为T1、T2、T3、T4、T5、T6中的任意一个；

(2)采用矩阵计算公式

反推出各个节点、首节点和尾节点对应的中间值矩阵[M₁ M₂ M₃ M₄]；

(3)代入三次样条插值函数公式中得到三段温度区间的曲线函数，

(4)根据曲线函数获取不同的单板温度情况下对应的不同的功率衰减值。

8.根据权利要求1-7任一项所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法，其特征在于：采用一个或多个三次样条函数去模拟中间频点的值。

9.一种实现权利要求1-8任一项所述的优化温度和频域补偿衰减器的方法的系统，其特征在于包括：

温度区间划分模块：用于将环境温度分别划分出m个连续的温度区间；

测量模块：用于分别测试衰减器在环境温度为所有中间节点和首尾节点温度值及设定射频ATT值下的各个功率值；

第一计算模块：用于计算在连续温度区间内、与首节点和尾节点温度值相邻的温度下的功率值B1、B2；

第二计算模块：用于基于功率值B1、B2，采用线性方式计算在首节点和尾节点温度下的线性函数值；

记录模块：用于分别记录在中间节点、首节点和尾节点及与首节点和尾节点温度值相邻的温度下，所述衰减器的稳定的单温温度；

衰减值获取模块：用于根据三次样条插值函数获取每段温度区间下的曲线函数，通过所述曲线函数能够获取不同的单板温度情况下对应的不同衰减值。

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