CN115015818A - 一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于相位校准装置定标领域，提供了一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法及装置，针对现有技术对目标波形进行选取时，等效采样示波器将不同周期不同位置点采样信号重构到单个周期范围内完成目标波形的测量与采集，该种信号采集方式对时域信号中的窄脉冲信号采样点数不足，无法完整重构出时域信号波形，进而无法反应出对应频域信号的完整信息的问题，确保单个时窗的采样点数最大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加，对各时窗采集的时域信号进行信号重构，最大程度地保留窄脉冲信号的完整信息，划分时间段的数目越多，信号信息保留越完整。
Description
技术领域
本发明属于相位校准装置定标领域，尤其涉及一种用于矢量参数测试的相 位校准装置定标方法及装置。
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。
由于相位参考的应用背景是为微波信号的精确测量，在定标过程中引入的 系统测量误差不可忽略，需要在定标过程中得到有效的补偿。
现有的解决方法整体上分为时域处理和频域修正两大部分。首先，通过等 效采样示波器进行时域测量，经过时基失真修正、漂移补偿、平均去噪、波形 选取完成时域波形定标，但受限于采样示波器采样点数的限制，窄脉冲信号的 全部有效信息无法被全部保留。其次，再经过Fourier变换、频谱修正等推导 相位信息，完成谐波相位参考源的定标，但此类方法无法对频域信号的相位平 坦度进行有效衡量。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种用于 矢量参数测试的相位校准装置定标方法及系统，其提供了一种全新的谐波相位 参考源时域数据完整采集和频域数据处理的定标方法，该方法可完整保留脉冲 宽度小于设定阈值的窄脉冲时域周期信号的有效信息。同时，可完成对应频域 信号幅度平坦度和相位平坦度的定标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方 法，包括如下步骤：
获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
将脉冲输入信号按照脉冲时域信号的周期分为多个时窗，对各个时窗进行 采样，得到各个时窗采集的时域信号；
将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号；
基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
本发明的第二个方面提供一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标装 置，包括：
输入信号获取模块，被配置为：获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
初级相位谱获取模块，被配置为：时域信号采集将脉冲输入信号按照脉冲 时域信号的周期分为多个时窗，对各个时窗进行采样，得到各个时窗采集的时 域信号；
定标相位谱获取模块，被配置为：将各时窗采集的时域信号进行信号重构， 获得完整的时域信号；
基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行 时实现如上述所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法中的步 骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上 运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种用于矢 量参数测试的相位校准装置定标方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
针对现有技术对目标波形进行选取时，等效采样示波器将不同周期不同位 置点采样信号重构到单个周期范围内完成目标波形的测量与采集，该种信号采 集方式对时域信号中的窄脉冲信号采样点数不足，无法完整重构出时域信号波 形，进而无法反应出对应频域信号的完整信息的问题，确保单个时窗的采样点 数最大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加， 对各时窗采集的时域信号进行信号重构，最大程度地保留窄脉冲信号的完整信 息，划分时间段的数目越多，信号信息保留越完整。
对FFT后的频域信号，对相位信息进行去卷绕、相位归一、相位变换操作， 可实现对相位谱平坦度的表征。
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是现有的相位校准装置定标分析过程示意图；
图2是本发明完整时域脉冲信号采集方法；
图3是本发明设计的相位校准装置定标分析流程示意图；
图4是本发明对应频域间隔为10MHz的完整时域信号采集谱线；
图5是本发明定标完成的最终相位谱结果。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，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，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。
混频/变频器是通信系统中的关键器件之一，在混频/变频器件进行非线性 矢量测试时，需引入表征被测频点的幅度和相位信息的谐波相位参考源，确定 频点间的相对相位关系，完成被测件的非线性矢量表征。对宽带谐波相位参考 的定标，即获得脉冲周期信号对应谐波频谱的准确相位关系，是进行准确非线 性测试的前提。
传统的性能评估一般只关注混频/变频器的端口驻波，隔离度以及变频的幅 度特性等。随着通信容量需求的不断增加，系统带宽和信号复杂度都在逐渐提 升，器件的相位特性对传输质量的影响变得非常重要。因此，混频/变频器的相 位响应测试需求也越来越多，传统的矢量混频/变频测试测量方法需要引入参考 混频器和校准混频器，测试步骤繁琐，而且待测混频器受到参考混频器工作频 段的限制。综合实用性和通用性，外加一个的相位校准装置，替代传统矢量混 频/变频器测量的校准混频器，简化传统矢量混频/变频器的测试步骤，实现宽 带混频/变频器的矢量测试。
实施例一
目前所有相位参考设计均采用谐波方案，即基于磷化铟(InP)工艺的高速 开关和高速比较器的脉冲发生器，可在频域内提供丰富且稳定的谐波幅度谱和 相位谱，可对被测频点的幅度和相位信息进行良好表征，在混频/变频器件的矢 量测试方面得到了广泛应用。
如图1所示，为现有的相位校准装置定标分析过程，对该类谐波相位参考 源进行定标的流程包括：
步骤1：获取窗口时基失真数据、示波器原始测量波形、VNA(矢量网络分 析仪)数据以及EOS(电光采样系统)数据；
步骤2：基于窗口时基失真数据和示波器原始测量波形，采用等效采样示波 器将不同周期不同位置点采样信号重构到单个周期范围内完成目标波形的测量 与采集，得到时域信号；
具体包括：
(1)基于窗口时基失真数据进行时基失真估计，结合示波器原始测量波形 和得到的时基失真估计进行时基失真修正，包括：
对于离散采样时间下射频信号的表达式简写为如下形式：yi＝f(ti)+εi
其中，yi表示第i个采样点的信号幅度值，f(ti)和εi是真实采样时间点ti下函 数f的幅度值和额外噪声。
实际中，采样示波器的系统采样时间点会同时受到系统和随机误差的影响：
ti＝(i-1)Ts+gi+τi
其中，(i-1)Ts是理想的系统采样时间点，Ts表示采样间隔，gi为时基失真， τi为时间抖动引起的随机部分；
(2)基于时基失真修正的结果进行平均去噪，时域信号测量的示波器工作 频带宽度高达75GHz，如此之宽的工作频带对应着较大的噪声分布，为了减少噪 声对于定标结果的影响，对被测时域信号进行多次测量并取平均值，在一定程 度上提高测量通道的信噪比；
(3)采用等效采样示波器将不同周期不同位置点采样信号重构到单个周期 范围内完成目标波形的测量与采集；
步骤3：对时域信号进行时窗偏移补偿或相位校准，基于矢量网络分析仪数 据对时域信号进行失配修正，基于EOS数据对采样示波器响应得到复频相应修 正结果，得到频域信号的幅度和相位信息。
其中，对时域信号进行时窗偏移补偿或相位校准包括：时窗偏移过程不会 改变被测信号的波形结构，因此信号在频域内的幅度测量结果依然可认为是真 实值，而所有谐波频点上会产生正比于谐波阶次的相位偏差。即任意两组时域 测量值计算得到的频域相位序列之间，也存在固定时间偏差引起的谐波相位偏 差，选取任意一组测量数据的频域计算值作为参考相位序列：
其中，fn为第n次谐波成分，N表示最高谐波阶次。对于剩余的样本频域计 算值来讲，结合系统时不变特性对各次谐波进行线性相位搬移，通过最小二乘 法估计两条相位序列的重合度：
在得到最优化解Δφ以后，便能将第m组相位值线性搬移到参考相位序列 定义的时窗基准上，提高测量的准确性。
基于矢量网络分析仪数据对时域信号进行失配修正，得到等效采样示波器 测量电压值vs与实际输出电压值vg之间的转换关系；
复频响应修正：采用EOS光电采样系统纠正采样示波器测量值与进入采样 头的真实信号之间存在的固定系统偏差，消除示波器本身的复频率响应。
步骤4：对频域信号相位信息进行处理，得到相位参考定标结果。
上述现有技术对于相位校准装置定标的过程中，在对目标波形进行选取时， 等效采样示波器将不同周期不同位置点采样信号重构到单个周期范围内完成目 标波形的测量与采集，该种信号采集方式对时域信号中的窄脉冲信号采样点数 不足，无法完整重构出时域信号波形，进而无法反应出对应频域信号的完整信 息；同时在对相位数据进行处理时，得到的相位谱曲线无法表征相位平坦度的 指标要求。
为了确保采集的时域脉冲信号能够完整保留和反应频域信息，同时完整展 现频域信号相位稳定性以及重复性等指标要求，本发明提出了如图3所示的时 域信号采集和频域信号处理流程，保证了时域窄脉冲信号的完整性；并提出全 新的相位数据处理算法，得到了可表征相位平坦度的相位曲线。
如图3所示，本实施例提供了一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标 方法，包括如下步骤：
步骤1：获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
将矢量网络分析仪的参考输出作为梳状波发生器的输入触发，所述梳状波 发生器的输出端接入量值溯源完成的等效采样示波器的输入端口；
步骤2：将脉冲输入信号按照脉冲时域信号的周期分为多个时窗，对各个时 窗进行采样，得到各个时窗采集的时域信号；
步骤3：将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号；
步骤4：基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
步骤5：对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
如图2所示，作为一种或多种实施例，步骤3中，所述将各时窗采集的时 域信号进行信号重构，获得完整的时域信号包括：确保单个时窗的采样点数最 大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加，对 各时窗采集的时域信号进行信号重构，最大程度地保留窄脉冲信号的完整信息， 划分时间段的数目越多，信号信息保留越完整。
作为一种或多种实施例，步骤5中，所述对初级相位谱进行相位谱平坦度 处理包括相位谱去卷绕、相位归一化处理以及相位变换操作。
所述相位谱去卷绕为：Phase(n)＝unwrap(Phase(n))；
所述相位归一化处理为：Phase(n)＝detrend(Phase(n))；
所述相位变换操作为：通过角度变换，将相位变换到±180°附近。
如图4所示为本实施例对应频域间隔为10MHz的完整时域信号采集谱线， 如图5所示，通过本发明定标完成的最终相位谱结果。
上述方案针对现有技术对目标波形进行选取时，等效采样示波器将不同周 期不同位置点采样信号重构到单个周期范围内完成目标波形的测量与采集，该 种信号采集方式对时域信号中的窄脉冲信号采样点数不足，无法完整重构出时 域信号波形，进而无法反应出对应频域信号的完整信息的问题，确保单个时窗 的采样点数最大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据 进行相加，对各时窗采集的时域信号进行信号重构，最大程度地保留窄脉冲信 号的完整信息，划分时间段的数目越多，信号信息保留越完整。
实施例二
本实施例提供一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标装置，包括：
输入信号获取模块，被配置为：获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
初级相位谱获取模块，被配置为：时域信号采集将脉冲输入信号按照脉冲 时域信号的周期分为多个时窗，对各个时窗进行采样，得到各个时窗采集的时 域信号；
定标相位谱获取模块，被配置为：将各时窗采集的时域信号进行信号重构， 获得完整的时域信号；
基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
所述定标相位谱获取模块，被配置为：将各时窗采集的时域信号进行信号 重构，获得完整的时域信号包括：确保单个时窗的采样点数最大的前提下，增 加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加，对各时窗采集的时 域信号进行信号重构。
所述定标相位谱获取模块，被配置为：所述对初级相位谱进行相位谱平坦 度处理包括相位谱去卷绕、相位归一化处理以及相位变换操作。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程 序被处理器执行时实现如上述所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定 标方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上 并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所 述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和 硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算 机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储 器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或 方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的 结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机 或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他 可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多 个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算 机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。 其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
Claims (10)
1.一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法，其特征在于，包括：
获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
将脉冲输入信号按照脉冲时域信号的周期分为多个时窗，对各个时窗进行采样，得到各个时窗采集的时域信号；
将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号；
基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
2.如权利要求1所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法，其特征在于，所述将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号包括：确保单个时窗的采样点数最大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加，对各时窗采集的时域信号进行信号重构。
3.如权利要求1所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法，其特征在于，所述对初级相位谱进行相位谱平坦度处理包括相位谱去卷绕、相位归一化处理以及相位变换操作。
4.如权利要求1所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法，其特征在于，所述相位变换操作为通过角度变换，将相位变换到±180°附近。
5.如权利要求1所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法，其特征在于，所述获取梳状波发生器的脉冲输入信号中，采用矢量网络分析仪后面板的参考输出作为梳状波发生器的输入触发，输出端接入量值溯源完成的等效采样示波器输入端口；
6.一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标装置，其特征在于，包括：
输入信号获取模块，被配置为：获取梳状波发生器的脉冲输入信号；
初级相位谱获取模块，被配置为：时域信号采集将脉冲输入信号按照脉冲时域信号的周期分为多个时窗，对各个时窗进行采样，得到各个时窗采集的时域信号；
定标相位谱获取模块，被配置为：将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号；
基于完整的时域信号进行FFT变换得到初级相位谱；
对初级相位谱进行相位谱平坦度处理，得到定标完成的相位谱曲线。
7.如权利要求6所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标装置，其特征在于，所述定标相位谱获取模块，被配置为：将各时窗采集的时域信号进行信号重构，获得完整的时域信号包括：确保单个时窗的采样点数最大的前提下，增加时域信号采样分段，每段数据对应位置的数据进行相加，对各时窗采集的时域信号进行信号重构。
8.如权利要求6所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标装置，其特征在于，所述定标相位谱获取模块，被配置为：所述对初级相位谱进行相位谱平坦度处理包括相位谱去卷绕、相位归一化处理以及相位变换操作。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的一种用于矢量参数测试的相位校准装置定标方法中的步骤。
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|---|---|---|---|---|
| CN116488743A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-07-25 | 广州赛宝计量检测中心服务有限公司 | 移动终端测试设备校准系统及方法 |
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2022
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| CN116488743B (zh) * | 2023-05-05 | 2023-10-31 | 广州赛宝计量检测中心服务有限公司 | 移动终端测试设备校准系统及方法 |
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