CN113612553B - 一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，包括：互调测试子系统、功率压缩测试子系统、幅相误差测试子系统、接收机链路参数测试子系统、理论参数推算测试子系统等多个测试模块，实现对双频图像、固定频点下输入输出功率响应图、不同频点下1dB压缩点图、功率压缩三维图、误差矢量幅度、幅频特性图、相频特性图、非线性效应参数、三阶截断点以及对邻信道功率比的测试及显示，是一种针对接收机射频链路非线性效应的普适性综合测试平台方案，可适用于150MHz到40GHz之间各种类型、各频段接收机非线性效应的测试。

Description

一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台

技术领域

本发明涉及接收机射频链路测试技术领域，特别是涉及一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

无源互调产物具有门限效应，互调产物在输入电平没有达到门限值时不出现，而当功率电平达到或超过一定阈值时，无源互调产物会出现。无源互调产物随时间发生转变，在时间上不稳定，对于温度也非常敏感，为了得到比较可靠的数据，需要在各种测试条件下进行长时间的观测。

互调产物的测试主要有以下五种方法：即传输测试法、反射测试法、辐射测试法、再辐射测试法和整星级测试法，五种测试方法的区别主要在于测试对象不同。传输测试法是无源互调测试的基本方法，主要测试双端口线性器件，如滤波器、定向耦合器、波导等。反射测试法主要是测试单端口或多端口微波部件反射的无源互调电平，如双工器、同轴电缆、高功率负载等。不同于剩下三种测试方法，由于信号的传输处于封闭环境(在器件或连接点内部)，排除强电磁场的干扰，前两种测试方法不需要微波屏蔽室的配合也可测出较大的无源互调值。辐射测试法用来测量诸如半波振子天线、微带天线、阵列天线等产生辐射的部件，被测件和接收天线需置于微波屏蔽室内以防止外界的信号干扰，为信号的空间传播提供保障。再辐射测试法测试被特定的射频信号辐射的部件产生的无源互调信号，常用来测试天线反射面、天线保护毡、反射面支撑杆等结构。整星级测试法主要是为了模拟卫星工作的实际载荷和工作环境，对整星在实际工作状态下产生的无源互调电平进行测试。

针对无源互调测试设备，对单独某个或几个参数的测试手段及仪器目前已有相关设备，但是针对综合非线性效应多参数、全面的测试平台暂时没有。当前针对接收机射频链路非线性效应的综合测试平台还处于空白状态，在进行非线性研究时临时搭建测试平台，将一次测试结果应用于接收机链路的其他方面研究及应用，由于电磁环境以及不同应用场景下的温度等条件因素不同，一次测试结果在以后的应用中误差非常大。

另外，针对接收机链路的普适性测试平台仪器目前为空白状态，当前的测试仪器主要为测试某几种链路参数，而几乎涵盖所有反应非线性效应的测试仪器至今还未出现。需要测试非线性效应相关参数时，根据参数性质搭建临时测试平台是当前主流的测试手段，当测试参数发生变化时，其测试平台也会进行相应的改动，由于组装环境的不同，往往测试数据的可重复性交叉，所提供的数据误差较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，针对接收机射频链路中非线性效应相关参数测试的问题，提出一种普适性综合测试平台方案，可适用于150MHz到40GHz之间各种类型、各频段的接收机非线性效应测试，提供接收机射频链路的固定频点下输入输出功率图、不同频率下1dB压缩点对应图、功率压缩三维图、非线性效应相关参数等的测试。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，包括：

信号源，用于输出被测信号至被测接收机射频链路；

互调测试子系统，用于接收被测接收机射频链路的两路被测信号，根据对传输测试法和反射测试法的切换，控制两路被测信号输出的频谱特性，根据频谱特性得到双频图像；

功率压缩测试子系统，用于根据被测接收机射频链路的被测信号得到固定频点下输入输出功率响应图、不同频点下1dB压缩点图和功率压缩三维图；

幅相误差测试子系统，用于对单路被测信号进行功分后，根据功分后的两路子信号得到误差矢量幅度；以及用于对两路被测信号合并后得到幅频特性图和相频特性图；

接收机链路参数测试子系统，用于根据被测接收机射频链路的被测信号得到链路增益、带宽内增益平坦度、噪声系数和灵敏度的非线性效应参数；

理论参数推算测试子系统，用于根据被测接收机射频链路输出的三阶互调分量推算三阶截断点，以及对被测接收机射频链路的邻信道功率比进行估算；

上位机，用于将上述各个子系统的输出结果进行显示。

作为可选择的实施方式，所述互调测试子系统中包括与被测接收机射频链路连接的三工器，两路被测信号经耦合后输出至三工器中，由三工器将两路被测信号进行合并后得到合路信号，三工器通过第一切换开关与频谱仪连接，合路信号经频谱仪得到频谱特性。

作为可选择的实施方式，所述互调测试子系统中，通过第一切换开关连接双工器和频谱仪，通过第二切换开关连接三工器与双工器，通过第一切换开关导通双工器与频谱仪之间的链路，通过第二切换开关导通三工器至双工器之间的链路，且关闭双工器与负载之间的链路，此时互调测试子系统为反射测量法；三工器输出的合路信号输入至被测接收机射频链路，输出包含无源互调产物的信号，将无源互调产物分离后，通过频谱仪得到频谱特性。

作为可选择的实施方式，所述互调测试子系统中，通过第一切换开关导通双工器与频谱仪之间的链路，通过第二切换开关导通负载至双工器之间的链路，且关闭三工器至双工器之间的链路，此时互调测试子系统为传输测试法；三工器输出的合路信号输入至被测接收机射频链路，输出信号经双工器、频谱仪得到频谱特性。

作为可选择的实施方式，所述功率压缩测试子系统中，根据被测接收机射频链路的单路被测信号，获得单个频点下输入功率与输出功率的关系，以此得到单个频点的链路增益的接收机链路参数，根据接收机链路参数的变化得到1dB压缩点、功率响应线性区、饱和区的信息，并以此得到固定频点下输入输出功率响应图。

作为可选择的实施方式，所述功率压缩测试子系统中，依次扫描带宽内各个频点，对单个频点的固定频点下输入输出功率响应图进行测试后，得到每个频点的1dB压缩点，依次绘制当前带宽下不同频点的1dB压缩点图。

作为可选择的实施方式，所述功率压缩测试子系统中，根据一定带宽下被测接收机射频链路在不同输入功率下的输出特性以及1dB压缩点的变化得到频点、输入功率与输出功率的功率压缩三维图。

作为可选择的实施方式，所述幅相误差测试子系统中，单路被测信号进行功分后，根据一路子信号得到星座图，另一路子信号经被测接收机射频链路输入至频谱仪中，经频谱仪输出的信号与星座图比较后得到误差矢量幅度。

作为可选择的实施方式，所述理论参数推算测试子系统中，根据被测接收机射频链路的线性输出功率与三阶互调分量功率相等时估算三阶截断点；

作为可选择的实施方式，根据被测接收机射频链路输出功率上限值、接收机总噪声系数和中频带宽估算三阶截断点；

作为可选择的实施方式，将等幅双音信号输入至被测接收机射频链路中，调整等幅双音信号直到输出三阶互调分量，根据基波分量对三阶互调分量的相对抑制度估算三阶截断点。

作为可选择的实施方式，所述理论参数推算测试子系统中，根据相邻频率信道内的平均功率与发射频率信道内的平均功率之比估算邻信道功率比；或根据相邻频率信道内的峰值功率与发射频率信道内的峰值功率之比估算邻信道功率比。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种针对接收机射频链路非线性效应的普适性综合测试平台，该平台适用于150MHz到40GHz之间的各种类型、各频段的接收机非线性效应的测试，提供接收机射频链路在固定频点下输入输出功率图、不同频率下1dB压缩点对应图、非线性效应相关参数(1dB压缩点、误差矢量幅度等)、实时频谱等；首次提出功率压缩三维图，即为频点、输入功率、输出功率组成的三维图，可全面展现一定带宽下接收机链路在大小功率输入下的输出特性以及带宽内1dB压缩点的变化情况；与常规测试方案相比，所提出的测试方案更为普适性，测试参数更多，可发展为专业测试接收机非线性测试平台仪器，填补当前仪器空白。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的多参数测试平台的总体方案结构；

图2为本发明实施例1提供的多参数测试平台的测试功能总体架构；

图3为本发明实施例1提供的互调测试子系统架构图；

图4为本发明实施例1提供的功率压缩测试子系统架构图；

图5为本发明实施例1提供的固定频点下输入输出功率响应图；

图6为本发明实施例1提供的不同频点下(一定带宽)1dB压缩点对应图；

图7为本发明实施例1提供的幅相误差测试子系统架构图；

图8为本发明实施例1提供的接收机链路参数测试子系统架构图；

图9为本发明实施例1提供的三阶截断点测试示意图；

图10为本发明实施例1提供的三阶互调输出功率

达到最小可检测信号功率时，对应的线性输出功率示意图；

图11为本发明实施例1提供的ACPR示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例综合考虑集成多种参数的普适性测试平台，提出的总体测试方案由系统软件平台、被测接收机链路、系统硬件平台、高速信号处理模块和工控机五个部分组成，基于实际工作目标考虑，该测试系统的各子测试系统测试方法在射频信号生成部分和接收分析部分可以实现共用，只是输入至被测接收机链路中信号源类型、个数存在差异，所以将多种测试子系统集成在一套设备中，共用一套系统软件平台、系统硬件平台、高速信号处理模块和工控机。该测试系统的设计方案测试结果精确化、测试流程标准化、人机交互友好化，具体结构如图1所示。

系统硬件平台主要包括至少一个信号源、微波器件、高速信号处理模块、频谱仪、功率计和工控机等主要设备或仪表，上述所有台式设备集成进入标准机柜中，便于拆装与操作维修。仪表设备采用结构紧凑的标准化机箱安装设计，设备仪表布局充分考虑测试工程师日常操作习惯，确保整体易用、美观、大方；机柜安装可移动可锁滚轮，便于移动；为便于操作，在需要的位置均有标签，同时机柜还留有用于扩展的剩余空间位置。

信号源用于产生多路不同频率的大功率载波信号，能够根据用户需求，对载波信号的功率大小进行调整或设定，以及产生不同调制形式的信号，同时将各路信号分别进行功率放大后输入至合路器等微波器件。

通常非线性效应的测试采用双音信号进行测试，由于现实中电磁环境较为复杂，干扰信号不止一路，因此本实施例选择采用两路信号源或三路信号源输入来模拟现实的电磁环境，可在一定带宽内实现扫频、调制信号；用户可根据测试接收机链路或器件的复杂程度、应用场景电磁环境等因素以及测试目标参数，选择单路、两路或三路信号源，可通过上位机进行信号源输入信号参数配置输入。

频谱仪和功率计用于分析信号的相应参数，如实时频谱、一定频段内的频谱分布、相关功率值等，通过以太网与高速信号处理模块进行双工数据传输，即通过交换机采用以太网控制相关仪器，同时相关仪器通过以太网传输数据至信号处理模块。

高速信号处理模块采用基于Zynq UltraScale+RFSoC ZU28DR主芯片(IC内部已集成高速ADC和DAC)的信号处理板，支持8路12位ADC 4.096GSPS，8路14位DAC 6.4GSPS；可以降低RF信号处理链的复杂性，最大化输入/输出通道密度，而不会牺牲宽带宽并利用异构处理能力，取消ADC/DAC组件，消除FPGA至模拟的接口功耗，拥有更低的功耗。

Zynq UltraScale+器件中提供ARM Cortex-A53处理子系统、UltraScale+可编程逻辑和最高信号处理带宽，能够提供综合RF信号链，满足高性能RF应用需求，该模块接收上位机指令，并下发控制各仪器指令的同时，接收仪器输入至板卡内的数据，根据上位机指令进行数据运算，得到接收机射频链路的二维/三维双频图、固定频点下输入输出功率图、不同频率下1dB压缩点对应图、非线性效应相关参数(1dB压缩点、误差矢量幅度等)、实时频谱等，并将处理后的数据结果传输至工控机，并在上位机界面显示、保存。

系统软件平台采用模块化设计，引入全面预警机制，与测试工程师进行简单的人机交互，全面杜绝误操作，从而高效地控制整个测试系统，完成试验、上位机显示相应的测试数据，即接收机射频链路的二维/三维双频图、固定频点下输入输出功率图、不同频率下1dB压缩点对应图、非线性效应相关参数(1dB压缩点、误差矢量幅度等)、实时频谱等，并自动生成报表。

本实施例提供了一种普适性综合测试平台，可用于150MHz到40GHz之间多个频段、各种类型的接收机射频链路非线性效应的多参数的测试，每项测试数据由相应的测试子系统实现，各测试子系统共享系统硬件平台、信号处理模块、工控机，并在上位机界面进行显示；同时根据测试测量领域远程控制发展趋势，对所有支持以太网控制的仪表均采用以太网控制方式，一方面提升数据吞吐率，另一方面方便系统扩展升级，且方便维护。

如图2所示为测试功能总体架构，根据测试功能将测试平台分为五个功能子系统进行设计；具体包括：

(1)互调测试子系统

互调产物分为无源互调产物(PIM)和有源互调产物(AIM)，从基本原理上讲，两者的测试方案基本相似，但因为两种互调产物的产生机理不同，无源互调的测试有自身的特点：

一、高功率：无源互调测试的输入功率一般要高于实际工作功率2～4倍左右，微波功率可达到50dBm甚至70dBm，标称值一般要求在43dBm以上，基于其产生机理，过低功率的输入电平往往无法产生可被现阶段仪器仪表检测出的有效无源互调产物。

二、低电平：主流测试的标称值为输入由2个同幅不同频的信号混合而成的混频信号，输出的无源互调值在-90dBm～-110dBm之间，达到153dBc，这要求测量系统必须有很高的灵敏度。

三、长时间：因为导致系统非线性的产生与温度和时间密切相关，测试器件或系统的无源互调时，往往需要将被测件长时间置于标准真空罐中进行温度循环试验。

四、整体联试：系统表现出的非线性可能来自于单个微波器件，也可能来自于多个线性器件的非线性连接；所以在实际测试中不仅要对单个器件进行测试，也需进行整个系统的无源互调联试。

五、专用性强：由于射频信号发生器的功率限制，无源互调测试系统中一般都配备有功率放大器，基于功率放大器对射频信号放大的原理，其必须工作在线性区，限制了系统可以测量的频率和带宽，所以无源互调测试系统的设计往往具有很强的专用性。

六、低PIM部件：无源互调信号的电平往往很小，要求系统本身具备很低的噪底，即应具有很低的残余互调，所以组成测试系统本身的部件，其设计和研制都相对困难。

本实施例设计的互调测试子系统采用无源互调的主流测试方法，即：传输测试法和反射测试法，合成两种测试方法并通过开关切换测试方法。传输测试法的特点是简单、直观、实现难度低，由信号源分别产生频率f₁和f₂两路信号，经过带通滤波器后，两路信号在合成分离设备中进行合成后输入被测件，被测件输出端的信号再经过分离设备，一部分被负载吸收，另一部分经过滤波器被接收机(一般为频谱分析仪)接收。反射测试法与传输测试法在信号合成部分是统一的，合成后的信号进入单端口器件后，产生反射回来的包含被测件无源互调产物的信号，通过信号分离器件和带通滤波器被接收机所采集，尤其注意，如果测量双端口器件的反射信号，需在被测件输出端加负载，以吸收经过被测件的信号。

本实施例提出的互调测试子系统如图3所示，两路信号源由高速信号处理模块控制其输出参数，包括频段、功率等，经耦合器耦合输出至功率计中检测信号输出功率值，后输出至低互调三工器中，低互调三工器的输出由两路开关控制其测试形式，两路开关配合使测试子系统形成不同的测试方式，主要为三种情况：

一、低互调三工器经开关1直接输出至频谱仪中，此时开关2关闭，因此两路信号源输出的信号由低互调三工器合并为一路信号，经开关1直接输出至频谱仪中，实时显示相应频段内的频谱特性；若两路信号源在扫频状态下可得到两路信号源合路下的频谱特性，频谱仪可将数据实时传输至高速信号处理模块中进行数据存储，为双频图及互调产物的计算分析提供输入信号基准，其中两路信号源均直接连接高速信号处理模块，与该数据存在传输损耗误差，为后期的准确计算提供保证。

二、开关1关闭，导通低互调双工器与频谱仪之间的链路，开关2导通低互调三工器至低互调双工器之间链路，关闭低互调负载至低互调双工器之间的链路，此时测试系统成为反射测量法测试子系统，低互调三工器输出合路信号后进入待测链路，链路输出至低互调负载，产生反射回来的包含被测件无源互调产物的信号，通过频率分离手段将信号中所关心的无源互调产物进行分离，并通过放大后最终输入频谱分析仪进行频域监测，频谱分析仪和可调放大器将数据实时传输至高速信号处理模块中进行储存及计算。

三、开关1关闭，导通低互调双工器与频谱仪之间的链路，开关2导通低互调负载至低互调双工器之间链路，关闭低互调三工器至低互调双工器之间的链路，此时测试系统成为传输测量法测试子系统，低互调三工器输出合路信号后进入待测链路，链路输出至低互调双工器，经过分离，一部分被负载吸收，另一部分输入至频谱分析仪中，通过高速信号处理模块调整可调放大器为0，在频谱分析仪中进行频域监测，频谱分析仪和可调放大器将数据实时传输至高速信号处理模块中进行储存及计算。

通过高速信号处理模块控制信号源1、信号源2、开关1、开关2，实现以上三种测试方式的切换，并且接收频谱仪发送的数据，进行数据运算，计算双频图、互调产物，并传输至上位机。

在本实施例中，互调测试子系统中包含双频图测试，根据不同扫描频率的门限值获取不同的双频图像，双频图像在以{f₁,f₂}为坐标轴的直角坐标系中的直线表现，通过双频图像中直线确定系数k₁、k₂、k_g1、k_g2(或k_g)、k_int，从而判别接收机的虚假响应和互调路径。

对于不同类型的接收机来说，有以下几种形式：

1)直接增益接收机：

k₁f₁+k₂f₂＝f₀；

k₁,k₂＝0,±1,±2,…；min{|k₁|+|k₂|}＝1；L＝|k₁|+|k₂|；

2)直接变频(零中频)接收机：

k₁f₁+k₂f₂-k_gf_g＝0；

k₁,k₂＝0,±1,±2,…；k_g＝0,1,2,…；f_g＝f₀；

min{|k₁|+|k₂|}＝1；L＝|k₁|+|k₂|；

3)单次变频超外差接收机：

k₁f₁+k₂f₂＝k_gf_g+k_intf_int；

k₁,k₂＝0,±1,±2,…；k_g＝0,1,2,…；k_int＝±1；

min{|k₁|+|k₂|}＝1；L＝|k₁|+|k₂|；

4)二次变频超外差接收机：

k₁f₁+k₂f₂＝k_g1f_g1+k_g2f_g2+k_intf_int；

k₁,k₂＝0,±1,±2,…；k_g1,k_g2＝0,1,2,…；k_int＝±1；

min{|k₁|+|k₂|}＝1；L＝|k₁|+|k₂|；

在这些等式中，k₁,k₂为两个测试信号的谐波次数；k_g1,k_g2为超外差接收机两个本振信号的谐波次数；f_g1,f_g2为超外差接收机本振信号的频率；k_int表示变频的类型(上变频或下变频)；f_int为中频的频率；f₀为直接增益接收机和直接变频接收机的调整频率；k_g为直接变频接收机本振信号的谐波次数；f_g为直接变频接收机本振信号的一次谐波频率(f_g＝f₀)；L为在双频图表数据表示的被测接收机频率通道的阶数：L＝1表示线性通道，L＞1表示非线性通道。

接收机输出特性基于：

式中：U_out为输出信号电平；U_1in，U_2in分别为信号f₁,f₂的电平。

W_i(f₁,f₂|U_ti)＝sgn{H(f₁,f₂)-U_ti}

式中：U_ti,i＝1,2,3…,为指定的门限值；sgn()为符号函数。

根据不同的门限值可以获取不同的双频图像。

两台信号源对被测件的设定频率范围进行扫描，每台信号源的频点为扫描频段除以步进，两台信号源共计扫描的频点为单台信号源扫描频点的平方。如果想完整的获得某型二次变频超外差接收机的带内带外非线性特性，需要很长的时间，而这样的测量时间对于外场测量几乎是不能得到保证的，因为外场测量有很多未知频段、环境因素的干扰，很难保证在同一测试环境下完整的对接收机的非线性特性进行测量。另外，根据双频测试图表中确定的系数判断接收机的虚假响应和互调路径时，由互调引起的接收机中频输出频点的数量是有限的，所以没有必要对整个接收机输出中频频带进行扫描。

因此，在本实施例中，利用软件编程，按照接收机的传输信号通道频率条件的方程，首先对接收机的谐波次数、接收机本振信号的谐波、中频频率等参数进行选择、处理，计算出会产生的中频输出频点，将计算出的频点设置为频谱仪的中心频率；然后按照符合方程的系数先行对频率进行扫描，利用频谱分析仪的channel power测量功能进行输出功率积分；依据符合中频频率的输出功率绘出3D图像，从而判断出主要接收通道和乱真响应路径，相关的系数由传输信号通道频率条件方程决定。基于上述方式仅仅需要扫描少数的点，大大缩短了双频测试时间，提高了测试精度。

(2)功率压缩测试子系统

功率压缩测试子系统如图4所示，高速信号处理模块信号源与信号源双工通信并控制信号源输出参数，包括频段、功率等，信号源输出信号至待测链路，经链路输出至频谱仪中，频谱仪接收到信号后，实时处理信号、显示相应的频谱信息，并通过以太网将信息实时传输至高速信号处理模块中，高速信号处理模块功能由上位机进行选择，根据上位机选择，高速信号处理模块控制信号源参数以及根据频谱仪传输的数据进行相关的运算，运算后将结果送至上位机进行显示。

通过功率压缩测试子系统可实现固定频点下输入输出功率测试、不同频点下(一定带宽)1dB压缩点测试、功率压缩三维图测试等三项功能，经高速信号处理模块处理后，传输至上位机界面显示相关数据图表，并拥有响应的存储功能。具体功能如下述：

一、固定频点下输入输出功率响应图。

单路信号源输入至被测试接收机链路中，获得不同频点输入功率与输出功率之间的关系，以此获得实测中不同频点的实测链路增益等接收机链路参数，根据实测曲线的变化及相关原理得到1dB压缩点、功率响应线性区等信息，如图5所示。

二、不同频点下(一定带宽)1dB压缩点图。

通过高速信号处理模块向信号源下发信号源设置参数，控制信号源扫频，在某个频点下，与功能一测试方式相同，当固定频点下输入输出功率响应数据被测量输出后，高速信号处理模块将数据进行储存；当单个频点测量结束后，高速信号处理模块控制信号源输出下一频点的信号，重复上述过程，直至整个带宽内的信号被测完成；当整个带宽内的信号被测完成后，信号处理模块将存储的数据进行分析，得到每个频点的1dB压缩点，绘制不同频点下(一定带宽)1dB压缩点对应图，如图6所示。

三、功率压缩三维图

通过功能一、二测试接收机链路后，高速信号处理模块存储测试数据，功能一是在定频情况下的功率输入输出关系，功能二是在一定带宽内的1dB压缩点变化，功能三为频点、输入功率、输出功率组成的三维图，其中，x轴为频点，y轴为输入功率值，三维图可全面展现一定带宽下接收机链路在大小功率输入下的输出特性，以及带宽内1dB压缩点的变化情况。

(3)幅相误差测试子系统

在常用的通信系统中，一些时延器件，如滤波器、混频器等会带来幅度相位非线性失真，这些失真会对接收信号带来严重的影响，故本实施例采用幅频特性图、相频特性图展现接收机链路幅频特性，用误差矢量幅度(error vector magnitude,EVM)体现信号的幅频误差。

幅相误差测试子系统结构如图7所示，高速信号处理模块控制信号源参数，同时信号源将输出信号的相关数据传输至高速信号处理模块中，以备后期数据处理使用，开关控制一路信号输出还是两路信号源同时输出。

测试误差矢量幅度时，信号源1输出信号，经功分器输出2路信号，一路输入至待测链路中，一路反馈至高速信号处理模块中生成信号的星座图，以备后期数据处理并做比较；信号经过待测链路处理后，输入至频谱仪中，频谱仪将处理后的数据输入至高速信号处理模块中进一步处理后，输出至上位机中显示误差矢量幅度；

测试幅频特性图、相频特性图时，信号源1、2输出信号，经开关控制两路信号同时输入至合路器后输入至待测链路中，信号经过待测链路处理后，输入至频谱仪中测量幅频特性图、相频特性图，频谱仪将处理后的数据输入至高速信号处理模块中进一步处理后输出至上位机中显示幅频特性图、相频特性图。

在本实施例中，为保护频谱仪，在频谱仪和待测链路之间添加由高速信号处理模块控制的可调衰减器。

(4)接收机链路参数测试子系统

接收机链路参数主要包括增益、噪声系数、灵敏度等，该子系统主要功能为测试接收机链路的主要参数，其结构如图8所示，高速信号处理模块控制信号源的信号输出参数，经待测链路输入至频谱仪中，频谱仪计算相关的数据，并将其输出至高速信号处理模块中，该模块通过接收到的数据与信号源数据进行综合计算处理，得到增益、带宽内增益平坦度、噪声系数、灵敏度等参数，存储相关数据，当带宽内的信号扫频结束后进行综合处理，并将其输出至上位机显示带宽内增益变化图、噪声系数变化图、灵敏度等。

(5)理论参数推算测试子系统

一、三阶截点

三阶截断点IP₃定义为在接收机链路输入端加双音信号，调整输入信号的幅度，当输出端的线性分量与三阶互调分量电平相等时，所对应的输入信号功率(或幅度)称为输入三阶截点(IIP₃)，其线性输出便是输出三阶截点(OIP₃)。实际中的接收机大都采用均衡设计来抑制偶数阶项，所以可忽略偶数阶产生的影响，三阶项成为输出失真的主要因素，接收机的输入输出特性变为：

v_o(t)＝a₁v_i(t)+a₃v_i ³(t)

输入等幅双音信号后，输出信号中的线性分量与三阶互调分量分别为：

a₁A(cosω₁t+cosω₂t),

根据三阶截点的定义有：

即：

上式中，E为信号功率。

从上式可看出，三阶截点指标由接收系统的线性度所唯一确定，与其它因素无关，所以用三阶截断点来衡量接收系统的线性度更准确，三阶截点在接收系统线性度的分析中占据重要地位。三阶截断点是衡量接收机线性度的一个重要指标，但系统的三阶截断点不能直接测量。因为实际测量时，接收机射频链路在输入信号达到三阶截断点之前就已达到饱和状态，因此三阶截点的定义法在实际应用时就显现出不足。为了克服上述不足，目前有3种可行的测试方法。

1)测试方法1

如图9所示，输入信号每增加1dB，线性输出分量就增加1dB，而三阶互调分量增加3dB。假定当输入功率增加KdB时，响应曲线线性部分的延长线相交，即线性输出功率与三阶互调分量功率相等，都等于三阶截断点；故有：

变形得：

因为

所以有：

由此可得输入三阶截断点：

可根据上式测试IIP₃；

另外还可根据接收系统的输入三阶截断点来计算任一等幅双音输入信号对应的三阶互调分量。

2)测试方法2

如图9所示，在1dB压缩点以下，在频率f₁下输入的射频输入功率P_i与线性输出功率P_o的关系为斜率为1的直线；同样在压缩点以下，在频率f₁下输入的射频输入功率P_i与三阶互调分量的关系为斜率为3的直线；可得：

变形得：

随着输入功率的增加，当三阶互调输出功率

达到最小可检测信号功率(Minimum Detectable Signal，MDS)时，对应的线性输出功率

为无杂散动态范围上限P_M，如图10所示；由此可得：

OIP₃＝0.5×(3P_M-MDS)

接收机MDS的定义是在接收机总的噪声系数NF和中频带宽B一定的条件下，比等效噪声功率大3dB的功率(电平)，即：

MDS＝-171dBm+10lgB+NF

所以，输出三阶截断点计算公式为：

OIP₃＝0.5×[3P_M-(-171dBm+10lgB+NF)]

因此，可根据实际接收机无杂散动态范围的上限P_M、接收机总的噪声系数NF和中频带宽B，利用上述关系式来估算输出三阶截断点。

3)测试方法3

根据图9所示的几何关系，得到下面的关系式：

IIP₃＝0.5R_s+P_in

式中：R_s为基波分量对三节互调量的相对抑制度；P_in为测量R_s时的等幅双音信号功率。

因此，利用功率合成器产生的等幅双音信号加到接收机输入端，调整等幅双音信号，直到输出端产生三阶互调分量，测出基波分量对三阶互调量的相对抑制度，然后可根据上式来估算输入三阶截断点。

二、邻信道功率比

邻信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio,ACPR)是表征泄露到相邻频率信道或偏移内平均功率与发射频率信道内平均功率之比，可以用来衡量非线性特性所造成的信号频带外频谱扩展的情况，单位为dB，也是衡量线性度的一个尤其重要的指标；其计算方式如下：

其中，H(ω)表示信号的功率谱，分子上表示的是邻道或隔道的功率谱，分母上是主带内的功率谱，如图11所示。

ACPR表达式为：

式中，ACPR_L是左邻信道功率比，ACPR_R是右邻信道功率比；P(f)表示信号的功率谱密度函数，

为带内信号功率，

为左右邻带的失真分量功率。

若左右邻带失真情况大致相同，ACPR的表达式为：

其中，P_adj为相邻频率信道内的平均功率，P_main为发射频率信道内的平均功率；ACPR也可以用相邻频率信道内的峰值功率与发射频率信道内的峰值功率相比来计算。

本实施例首次提出针对接收机射频链路非线性效应的普适性综合测试平台方案，该方案可适用于150MHz到40GHz之间各种类型、各频段接收机非线性效应的测试，可提供接收机射频链路在固定频点下输入输出功率图、不同频率下1dB压缩点对应图、非线性效应相关参数(1dB压缩点、误差矢量幅度等)、实时频谱等；其次首次提出功率压缩三维图，即为频点、输入功率、输出功率组成的三维图，可全面展现一定带宽下接收机链路在大小功率输入下的输出特性以及带宽内1dB压缩点的变化情况；与常规测试方案相比，所提出的测试方案更为普适性，测试参数更多，可发展为专业测试接收机非线性测试平台仪器，填补当前仪器空白。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，包括：信号源，用于输出被测信号至被测接收机射频链路；

互调测试子系统，用于接收被测接收机射频链路的两路被测信号，根据对传输测试法和反射测试法的切换，控制两路被测信号输出的频谱特性，根据频谱特性得到双频图像；

所述互调测试子系统中包括与被测接收机射频链路连接的三工器，两路被测信号经耦合后输出至三工器中，由三工器将两路被测信号进行合并后得到合路信号，三工器通过第一切换开关与频谱仪连接，合路信号经频谱仪得到频谱特性；

通过第一切换开关连接双工器和频谱仪，通过第二切换开关连接三工器与双工器，通过第一切换开关导通双工器与频谱仪之间的链路，通过第二切换开关导通三工器至双工器之间的链路，且关闭双工器与负载之间的链路，此时互调测试子系统为反射测量法；三工器输出的合路信号输入至被测接收机射频链路，输出包含无源互调产物的信号，将无源互调产物分离后，通过频谱仪得到频谱特性；

功率压缩测试子系统，用于根据被测接收机射频链路的被测信号得到固定频点下输入输出功率响应图、不同频点下1dB压缩点图和功率压缩三维图；

幅相误差测试子系统，用于对单路被测信号进行功分后，根据功分后的两路子信号得到误差矢量幅度；以及用于对两路被测信号合并后得到幅频特性图和相频特性图；

接收机链路参数测试子系统，用于根据被测接收机射频链路的被测信号得到链路增益、带宽内增益平坦度、噪声系数和灵敏度的非线性效应参数；

理论参数推算测试子系统，用于根据被测接收机射频链路输出的三阶互调分量推算三阶截断点，以及对被测接收机射频链路的邻信道功率比进行估算；

上位机，用于将上述各个子系统的输出结果进行显示。

2.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述互调测试子系统中，通过第一切换开关导通双工器与频谱仪之间的链路，通过第二切换开关导通负载至双工器之间的链路，且关闭三工器至双工器之间的链路，此时互调测试子系统为传输测试法；三工器输出的合路信号输入至被测接收机射频链路，输出信号经双工器、频谱仪得到频谱特性。

3.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述功率压缩测试子系统中，根据被测接收机射频链路的单路被测信号，获得单个频点下输入功率与输出功率的关系，以此得到单个频点的链路增益的接收机链路参数，根据接收机链路参数的变化得到1dB压缩点、功率响应线性区、饱和区的信息，并以此得到固定频点下输入输出功率响应图。

4.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述功率压缩测试子系统中，依次扫描带宽内各个频点，对单个频点的固定频点下输入输出功率响应图进行测试后，得到每个频点的1dB压缩点，依次绘制当前带宽下不同频点的1dB压缩点图。

5.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述功率压缩测试子系统中，根据一定带宽下被测接收机射频链路在不同输入功率下的输出特性以及1dB压缩点的变化得到频点、输入功率与输出功率的功率压缩三维图。

6.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述幅相误差测试子系统中，单路被测信号进行功分后，根据一路子信号得到星座图，另一路子信号经被测接收机射频链路输入至频谱仪中，经频谱仪输出的信号与星座图比较后得到误差矢量幅度。

7.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述理论参数推算测试子系统中，根据被测接收机射频链路的线性输出功率与三阶互调分量功率相等时估算三阶截断点。

8.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述理论参数推算测试子系统中，根据被测接收机射频链路输出功率上限值、接收机总噪声系数和中频带宽估算三阶截断点。

9.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述理论参数推算测试子系统中，将等幅双音信号输入至被测接收机射频链路中，调整等幅双音信号直到输出三阶互调分量，根据基波分量对三阶互调分量的相对抑制度估算三阶截断点。

10.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述理论参数推算测试子系统中，根据相邻频率信道内的平均功率与发射频率信道内的平均功率之比估算邻信道功率比。

11.如权利要求1所述的一种接收机射频链路非线性效应多参数测试平台，其特征在于，所述理论参数推算测试子系统中，根据相邻频率信道内的峰值功率与发射频率信道内的峰值功率之比估算邻信道功率比。

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