CN114465674A - 毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法,所述系统包括:毫米波网络分析仪系统,用于测量被测终端负载的传输参数;电缆移动测量系统,用于测量电缆移动后所述毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量。本申请通过电缆移动测量系统对毫米波网络分析仪系统中由于电缆移动产生的参数变化量进行测量,建立测量模型,通过测量和推算,实现了对毫米波网络分析仪系统中电缆移动导致传输幅度误差和传输相位误差的修正,有效提高了毫米波网络分析仪传输参数的测量准确度。
Description
技术领域
本申请涉及误差修正技术领域,更具体地,本申请涉及一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法。
背景技术
矢量网络分析仪是现代电子测量领域应用最广、使用量最大的测量仪器之一。随着毫米波技术的发展,各微波厂商相继推出毫米波宽带网络分析仪系统用于毫米波系统、组件或器件散射(S)参数的精确测试。毫米波网络分析仪系统由网络分析仪主机和扩频模块组成,它们之间通过射频电缆(RF)、本振电缆(LO)、测试中频电缆(Test IF)、参考中频电缆(Ref IF)和供电线等连接。毫米波网络分析仪系统在校准和测试过程中经常需要移动扩频模块,两者之间的连接线缆组不可避免会发生移动,对毫米波传输参数引入误差。尤其在更高频率、连接电缆较长时,由此引入的毫米波网络分析仪传输参数误差将不可忽略。
因此,需要提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法,提高毫米波网络分析仪传输参数的测量准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法,基于定向耦合器和网络分析仪组建毫米波网分电缆移动测量系统,建立测量模型,通过测量和推算,实现了毫米波网络分析仪系统中电缆移动导致传输幅度误差和传输相位误差的修正。为了达到上述目的中至少一个,本申请采用下述技术方案:
本申请第一方面提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,包括:
毫米波网络分析仪系统,用于测量被测终端负载的传输参数;
电缆移动测量系统,用于测量电缆移动后所述毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量。
在一个具体实施例中,所述毫米波网络分析仪系统包括:
第一网络分析仪和扩频模块;
以及用于连接所述第一网络分析仪和扩频模块的射频电缆、本振电缆、测试中频电缆、参考中频电缆和供电线。
在一个具体实施例中,所述电缆移动测试系统包括:
第二网络分析仪和定向耦合器;
以及用于连接所述定向耦合器与扩频模块的运动长电缆。
在一个具体实施例中,所述定向耦合器包括第一定向耦合器和第二定向耦合器;
所述第一定向耦合器的第一端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的A通道;
所述第一定向耦合器的第二端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的R1通道;
所述第二定向耦合器的第一端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的B通道;
所述第二定向耦合器的第二端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的R2通道;
所述扩频模块包括第一扩频模块和第二扩频模块;
所述第一定向耦合器通过所述运动长电缆连接所述第一扩频模块的本振电缆端;
所述第二定向耦合器通过所述运动长电缆连接所述第二扩频模块的本振电缆端。
在一个具体实施例中,将所述被测终端负载与所述扩频模块连接。
本申请第二方面提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正方法,包括:
S1、构建毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统并校准;
S2、通过所述误差修正系统的电缆移动测量系统测量电缆移动后所述误差修正系统的毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量;
S3、根据所述传输参数变化量对所述毫米波网络分析仪系统的传输参数进行修正。
在一个具体实施例中,所述S1还包括:
将所述毫米波网络分析仪系统的第一网络分析仪和所述电缆移动误差修正系统的第二网络分析仪设置为同步工作模式和相同频率点模式;
对所述电缆移动测量系统在定向耦合器的输出端完成单端口校准;
对所述毫米波网络分析仪系统进行参数校准。
在一个具体实施例中,所述S2包括:
将被测终端负载接入所述毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,本振电缆移动产生参数误差;
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的反射参数变化量;
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的传输参数变化量;
通过所述反射参数变化量和传输参数变化量得到本振电缆传输幅度误差和传输相位误差。
在一个具体实施例中,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后运动长电缆的反射参数变化量包括:
测量从运动长电缆端口看入的反射系数;
计算所述反射系数的模值变化量和相位变化量。
在一个具体实施例中,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后运动长电缆的传输参数变化量包括:
测量运动长电缆的传输系数;
计算所述传输系数的模值变化量和相位变化量。
本申请的有益效果如下:
针对目前现有技术中存在的问题,本申请提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法,基于定向耦合器和网络分析仪组建电缆移动测量系统,对毫米波网络分析仪系统中由于电缆移动产生的参数变化量进行测量,建立测量模型,通过测量和推算,实现了对毫米波网络分析仪系统中电缆移动导致传输幅度误差和传输相位误差的修正,有效提高了毫米波网络分析仪传输参数的测量准确度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本申请的一个实施例中的一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统示意图。
图2示出本申请的一个实施例中的毫米波网网络分析仪系统传输参数测量示意图。
图3示出本申请的一个实施例中的电缆移动测量系统信号流图。
图4示出本申请的一个实施例中的电缆移动测量系统测量运动长电缆反射参数的信号流图。
图5示出本申请的一个实施例中的电缆移动测量系统测量运动长电缆传输参数的信号流图。
图6示出本申请的一个实施例中的一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统连接图。
图7示出本申请的一个实施例中的被测终端负载为直通的修正前后结果对比示意图。
图8示出本申请的一个实施例中的被测终端负载为20dB衰减器的修正前后结果对比示意图。
具体实施方式
在下述的描述中,出于说明的目的,为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解,阐述了许多具体细节。然而,很明显,也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
还需要说明的是,在本申请的描述中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为解决现有技术中存在的问题,本申请的一个实施例提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,如图1所示,包括:毫米波网络分析仪系统10,用于测量被测终端负载的传输参数;
电缆移动测量系统20,用于测量电缆移动后所述毫米波网络分析仪系统10的传输参数变化量。
在一个具体实施例中,所述毫米波网络分析仪系统10包括:
第一网络分析仪101和扩频模块;
以及用于连接所述第一网络分析仪101和扩频模块的射频电缆、本振电缆、测试中频电缆、参考中频电缆和供电线。
在一个具体实施例中,所述扩频模块包括第一扩频模块102和第二扩频模块103;
在一个具体实施例中,所述电缆移动测试系统20包括:
第二网络分析仪201和定向耦合器;
以及用于连接所述定向耦合器与扩频模块的运动长电缆204。
在一个具体实施例中,
所述定向耦合器包括第一定向耦合器202和第二定向耦合器203;
所述第一定向耦合器202的第一端口2021通过耦和臂连接所述第二网络分析仪201的A通道;
所述第一定向耦合器202的第二端口2022通过耦和臂连接所述第二网络分析仪201的R1通道;
所述第二定向耦合器203的第一端口2031通过耦和臂连接所述第二网络分析仪201的B通道;
所述第二定向耦合器203的第二端口2032通过耦和臂连接所述第二网络分析仪201的R2通道;
所述第一定向耦合器203通过所述运动长电缆204连接所述第一扩频模块102的本振电缆端;
所述第二定向耦合器203通过所述运动长电缆连接所述第二扩频模块103的本振电缆端。
第一网络分析仪输出本振信号,经第一定向耦合器的耦和臂与第一扩频模块连接,两个耦合臂分别连接第二网络分析仪的R1通道和A通道,则A/R1反映了LO1电缆移动的变化,同理,B/R2反映了LO2电缆移动的变化。
在一个具体实施例中,将所述被测终端负载与所述扩频模块连接。
在一个具体实施例中,毫米波网络分析仪系统传输参数测量示意图如图2所示,其中,端口1表示第二网络分析仪201的端口1侧的信号流向,端口2表示第二网络分析仪201的端口2侧的信号流向,假设毫米波网络分析仪系统的射频信号RF为第一本振信号LO1为第二本振信号为LO2为其中,fRF为射频信号的频率,为射频信号的相位,fLO为本振信号的频率,和分别为第一本振信号和第二本振信号的相位,射频信号在经过M次倍频后,忽略变频损耗,信号变为第一本振信号LO1和第二本振信号LO2经过N次倍频后,忽略变频损耗,信号分别变为和
传输参数包括4个,分别记为S11、S12、S21和S22,其中,S21为测试中频2与参考中频1的比值,传输参数S12为测试中频1与参考中频2的比值;
根据图5所示的传输参数的信号流图,得到:
根据上述分析可知,S21测量时RF变化量属于共模分量,可以抵消,但是通过LO1和LO2变化量不能抵消,将对毫米波网络分析仪S21测量结果引入误差,S12同理。
因此,本申请第二方面提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正方法,对本振电缆移动产生的误差进行修正,包括:
S1、构建毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统并校准;
在一个具体实施例中,所述S1还包括:
将第一网络分析仪和第二网络分析仪设置为同步工作模式和相同频率点模式;
对所述电缆移动测量系统在定向耦合器的输出端完成单端口校准;
在一个具体实施例中,根据第一本振信号LO1或第二本振信号LO2,分别选择第二网络分析仪的端口1或端口2进行测量校准;
对所述毫米波网络分析仪系统进行参数校准。
S2、通过电缆移动测量系统测量电缆移动后毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量;
在一个具体实施例中,所述S2包括:
将被测终端负载接入所述毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,本振电缆移动产生参数误差;
在一个具体实施例中,本振电缆移动引起的主要误差包括:电缆在运动过程中由于弯曲扭曲的反射变化、源失配和扩频模块连接端口失配。
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的反射参数变化量;
在一个具体实施例中,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后毫米波网络分析仪系统的反射参数变化量包括:
测量从本振电缆端口看入的反射系数;
计算所述反射系数的模值变化量和相位变化量。
在一个具体实施例中,将运动长电缆、扩频模块及被测终端负载看成本振电缆移动模块,电缆移动测量系统信号流图如图3所示,其中网络A表示运动长电缆的传输参数,是变化的,互易的,网络B表示运动长电缆与扩频模块之间的连接,传输参数不变,Zl表示扩频模块后端接的被测终端负载,
在一个具体实施例中,从电缆端口看入的反射参数变化主要由电缆移动、失配等因素引入的,运动长电缆的反射参数测量信号流图简化如图4所示,
从运动长电缆参考面的两个端口a和b,如图1中的a和b端口,看入的反射系数Γ为:
其中,Γl为被测终端负载的反射系数。
公式(2)中第二项为除第一个反射点之外的反射信号,用Γ′表示,Γ′的分子表示从网络B,即LO电缆与扩频模块连接网络的一次反射,用Γ′p表示。网络B的传输参数不随运动长电缆移动而改变,即[S11b(1-S22bΓl)+S21bS12bΓl]模值|B|和相位不变,Γ′的分母用Γ′q表示,则Γ′的模值和相位为:
反射系数Γ′模值变化量和相位变化量为:
Δ|Γ′|dB=Δ|S21a|dB+Δ|S12a|dB-ΔΓ′q(dB)=ΔΓ′p(dB)-ΔΓ′q(dB) (5);
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的传输参数变化量;
在一个具体实施例中,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量包括:
测量本振电缆的传输系数;
计算所述传输系数的模值变化量和相位变化量。
在一个具体实施例中,本振电缆移动后,运动长电缆传输参数测量信号流图可以简化为如图5所示。
从运动长电缆参考面的两个端口a和b,如图1中的a和b端口,看入的传输系数T为:
Δ|T|dB=Δ|S21a|dB-ΔΓ′q(dB) (10);
由网络A,即运动长电缆网络互易,可知:
将上述公式(5)代入公式(12)可得:
同理可得:
在一个具体实施例中,使用本申请提供的一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,采用第二网络分析仪的时域功能对本振电缆移动前后的Γ′和Γ′p进行测量。
在一个具体实施例中,第二网络分析仪工作在A/R1模式,将其转换到时域,选择较宽的时域门,将除去第一个反射峰之外的多个反射峰选取出来,再转换为频域响应,即为Γ′。设置较窄的时域门,在扩频模块与本振电缆连接处进行时域选通并转换到频域,即为Γ′p。
S3、根据所述传输参数变化量对所述毫米波网络分析仪系统的传输参数进行修正。
以传输参数S21为例,S12同理。根据上述公式(1),用dB表示幅度,校准后S21=1:
(ALO1)dB-(ALO2)dB=0;
在一个具体实施例中,以传输参数S21为例,对本申请进行说明。
在一个具体实施例中,如图6所示,第一网络分析仪采用美国keysight公司的网络分析仪N5225B,扩频模块采用美国OML公司3mm扩频模块V10VNA2-T/R-N5260A,组成3mm毫米波网络分析仪系统;第二网络分析仪采用Keysight公司网络分析仪N5225A、定向耦合器为11645B,组建电缆移动测量系统;两台网络分析仪工作在外触发模式,Channel1、点触发、上升沿有效,3mm网络分析仪频率为75GHz~110GHz,点数201,第二网络分析仪N5225A频率为本振信号频率9.375GHz~13.75GHz,点数201。两台网络分析仪共时基。第二网络分析仪N5225A采用A和R接收机比值测量模式,中频带宽大于1MHz,防止出现接收不到或仅接收部分测试信号的情况,信号发生器(Pulse Vedio)功分两路为两台网络分析仪提供外触发信号。
如图6所示连接系统,第二网络分析仪N5225A选择传输参数S11,在定向耦合器输出端完成第一网络分析仪N5225A的单端口校准;连接定向耦合器输出端和扩频模块LO端;执行3mm毫米波网络分析仪系统校准;将被测终端负载于扩频模块连接;采用第二网络分析仪N5225A和3mm毫米波网络分析仪系统分别测量本振电缆移动前后的Γ′、Γ′p和被测S21。
如图7和图8所示,分别为被测终端负载为直通和20dB衰减器的实验结果,LO采用3m稳相电缆连接,本振电缆移动前后,直通S21幅度分别为(-0.02~+0.01)dB和(-0.01~+0.02)dB,20dB衰减器分别为(-21.04~-20.22)dB和(-21.03~-20.21)dB,电缆移动前后幅度变化很小,因此本申请不对S21幅度做修正。LO电缆移动前后,直通S21相位变化量为7.05°~10.42°,20dB衰减器相位变化量为7.53°~11.31°,采用本申请提供的一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法对S21相位进行修正,修正后最大误差约为1°。
本申请提供一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统及方法,基于定向耦合器和网络分析仪组建电缆移动测量系统,对毫米波网络分析仪系统中由于电缆移动产生的参数变化量进行测量,建立测量模型,通过测量和推算,实现了对毫米波网络分析仪系统中电缆移动导致传输幅度误差和传输相位误差的修正,有效提高了毫米波网络分析仪传输参数的测量准确度。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,其特征在于,包括:
毫米波网络分析仪系统,用于测量被测终端负载的传输参数;
电缆移动测量系统,用于测量电缆移动后所述毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述毫米波网络分析仪系统包括:
第一网络分析仪和扩频模块;
以及用于连接所述第一网络分析仪和扩频模块的射频电缆、本振电缆、测试中频电缆、参考中频电缆和供电线。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述电缆移动测试系统包括:
第二网络分析仪和定向耦合器;
以及用于连接所述定向耦合器与扩频模块的运动长电缆。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,
所述定向耦合器包括第一定向耦合器和第二定向耦合器;
所述第一定向耦合器的第一端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的A通道;
所述第一定向耦合器的第二端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的R1通道;
所述第二定向耦合器的第一端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的B通道;
所述第二定向耦合器的第二端口通过耦和臂连接所述第二网络分析仪的R2通道;
所述扩频模块包括第一扩频模块和第二扩频模块;
所述第一定向耦合器通过所述运动长电缆连接所述第一扩频模块的本振电缆端;
所述第二定向耦合器通过所述运动长电缆连接所述第二扩频模块的本振电缆端。
5.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,
将所述被测终端负载与所述扩频模块连接。
6.一种毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正方法,其特征在于,包括:
S1、构建毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统并校准;
S2、通过所述误差修正系统的电缆移动测量系统测量电缆移动后所述误差修正系统的毫米波网络分析仪系统的传输参数变化量;
S3、根据所述传输参数变化量对所述毫米波网络分析仪系统的传输参数进行修正。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述S1还包括:
将所述毫米波网络分析仪系统的第一网络分析仪和所述电缆移动误差修正系统的第二网络分析仪设置为同步工作模式和相同频率点模式;
对所述电缆移动测量系统在定向耦合器的输出端完成单端口校准;
对所述毫米波网络分析仪系统进行参数校准。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述S2包括:
将被测终端负载接入所述毫米波网络分析仪系统的电缆移动误差修正系统,本振电缆移动产生参数误差;
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的反射参数变化量;
通过所述电缆移动测量系统测量本振电缆移动后运动长电缆的传输参数变化量;
通过所述反射参数变化量和传输参数变化量得到本振电缆传输幅度误差和传输相位误差。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后运动长电缆的反射参数变化量包括:
测量从运动长电缆端口看入的反射系数;
计算所述反射系数的模值变化量和相位变化量。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述通过所述本振电缆移动测量系统测量电缆移动后运动长电缆的传输参数变化量包括:
测量运动长电缆的传输系数;
计算所述传输系数的模值变化量和相位变化量。
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CN109194376A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-11 | 重庆邮电大学 | 毫米波大规模mimo信道传播特性测量方法及装置 |
CN113358946A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 扩频模块、在片测试系统及其s参数、噪声系数测试方法 |
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2021
- 2021-12-14 CN CN202111524099.1A patent/CN114465674A/zh active Pending
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