CN115085828B - 相位移相精度测试方法和装置 - Google Patents

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CN115085828B CN202211002376.7A CN202211002376A CN115085828B CN 115085828 B CN115085828 B CN 115085828B CN 202211002376 A CN202211002376 A CN 202211002376A CN 115085828 B CN115085828 B CN 115085828B
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Abstract

本申请提供了一种相位移相精度测试电路及方法，通过向第一通道输入第一信号，对第二通道中的具备移相功能的待测件输入第二信号，第一信号的频率
Figure 651257DEST_PATH_IMAGE002
和第二信号的频率
Figure 99556DEST_PATH_IMAGE004
不同，通过控制器向具备移相功能的待测件依次配置第一初始移相度数、第二初始移相度数，合成器将第一通道的输出信号和第二通道的输出信号进行合成，输出第一合成信号和第二合成信号，通过包络检波器提取第一合成信号、第二合成信号的包络，并根据包络确定待测件的初始移相度数与实际移相度数的差值。该包络检波的方法能够精确的提取出待测通道中移相器件的移相度数，将高频信号的相位测试转换为低频包络信号的测试。具备移相测试精度高、测试链路简便可靠、测试效率提升的优势。

Description

相位移相精度测试方法和装置
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种相位移相精度测试电路及方法。
背景技术
相控阵天线由多个规律布置的天线单元组成，为了改变各天线单元之间的相位关系，每个天线单元上都设置有移相器，各个天线单元在移相器的控制下协调地改变相位。在多天线波束赋形中，需要通过移相器来调整每个天线路径的相位和控制波束。移相精度是移相器的重要考察指标。
相控阵天线设计中的核心是TR组件，在相关技术中，一般采用程控状态控制器、矢量网络分析仪协同的方式来完成对TR组件中的移相器的移相精度测量。在这种测试方法中，程控状态控制器需要和矢量网络分析仪进行频繁通讯，严重降低了测试效率，导致测试时间延长。并且其中的TR组件工作时发热量较大，冗长的测试时间会引起温漂，会对测试精度造成较大影响。
此外，现有技术CN108234037A 公开了一种基于矢量相加的算法来对多通道移相器进行相位校准的方法。其需要一个信号源通过开关向参考通道和目标通道输入相同的射频功率，并利用检波装置将合成信号的功率转化为电压信号。该种方法输出的电压信号为恒包络信号，只能通过合成信号的包络绝对值计算两个合成信号的相位差值，在两个信号的相位差值小的时候，检测灵敏度不高，误差大。此外，参考通道和目标通道之间的幅度不一致也会对检测灵敏度造成很大的影响。
发明内容
本申请提供了一种相位移相精度测试电路及方法，可以对多通道TR装置中移相器的移相度数的精度进行精确的测量，测量时不依赖于通道间增益的一致性，提高了测试效率和测试可靠性。
本申请的第一方面公开了一种基于包络的相位移相精度测试电路，所述电路包括：第一信号源、第二信号源、具备移相功能的待测件、合成器、包络检波器和控制器；所述第一信号源与作为参考通道的第一通道的输入端连接，并用于向所述第一通道输入第一信号；所述第二信号源与第二通道的输入端连接，并用于向位于所述第二通道中的所述具备移相功能的待测件输入第二信号，所述第一信号的频率
Figure 965145DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 882286DEST_PATH_IMAGE002
不同；所述控制器与所述具备移相功能的待测件连接，用于在合成器合成第一通道的输出信号和第二通道的输出信号之前向所述具备移相功能的待测件依次配置第一初始移相度数、第二初始移相度数；所述合成器分别连接所述第一通道的输出端和所述第二通道的输出端，用于将所述第一通道的输出信号和所述第二通道的输出信号进行合成，输出合成信号，所述第一初始移相度数对应第一合成信号、所述第二初始移相度数对应第二合成信号；所述包络检波器与所述合成器的输出端连接，用于提取所述第一合成信号、第二合成信号的包络，并根据所述第一合成信号和第二合成信号的包络确定所述待测件的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 662023DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 57232DEST_PATH_IMAGE002
的差值。
本申请的第二方面公开了一种基于包络的相位移相精度测试方法，应用于TR装置，所述TR装置至少包括第一通道和第二通道，所述第一通道包括第一移相器，所述第二通道包括第二移相器，所述方法包括：在所述第一通道中，接收第一信号，并为所述第一移相器配置参考移相度数；在所述第二通道中，接收第二信号，并为所述第二移相器配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率不同；根据所述第一信号、参考移相度数、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；再次向所述第二移相器配置第二初始移相度数，获得第二合成信号；利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一合成信号的包络和第二合成信号的包络确定初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 58555DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 881018DEST_PATH_IMAGE002
的差值。
本申请的第三方面公开了一种基于包络的相位移相精度测试方法，应用于TR装置，所述TR装置至少包括第一通道和第二通道，所述第一通道具有固定相位，所述第二通道包括第二移相器，所述方法包括：在所述第一通道中，接收第一信号；在所述第二通道中，接收第二信号，并为所述第二移相器配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率不同但是接近；根据所述第一信号、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；再次向所述第二移相器配置第二初始移相度数，获得第二合成信号；利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 148051DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 346951DEST_PATH_IMAGE002
。
本申请的第四方面公开了一种一种相控阵天线电路，包括：至少包括一组通道，每一组通道包括作为参考通道的第一通道、第二通道，与所述第一通道连接的第一信号源、与所述第二通道连接的第二信号源；所述第一通道设置有第一TR组件，所述第二通道中设置有第二TR组件，所述第一TR组件、所述第二TR组件包括衰减器、放大器、移相器；控制器，分别与TR组件中的移相器连接，用于向参考通道中的移相器设置参数移相度数，向第二通道中的移相器设置第一、第二初始移相度数；合成器，与所述第一TR组件、所述第二TR组件连接，合成所述第一TR组件、所述第二TR组件的输出信号，获得第一合成信号、第二合成信号，第一合成信号对应第一初始移相度数，第二合成信号对应第二初始移相度数；包络检波器，与所述合成器的输出端连接，用于提取所述第一合成信号的第一包络、第二合成器的第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为第一信号源输出的第一信号的频率
Figure 15830DEST_PATH_IMAGE001
和第二信号源输出的第二信号的频率
Figure 946877DEST_PATH_IMAGE002
的差值。
本申请提供的相位移相精度测试电路及方法，通过对第一通道、第二通道输入频率不同的信号，并对待测的第二通道分别配置不同的第一初始移相度数、第二初始移相度数，利用合成器合成两个通道的输出信号分别获得第一合成信号和第二合成信号，根据检波器获取合成信号的包络，利用两次包络信号的包络图形的相位差，可以计算得到第二移相器的实际移相度与配置的初始移相度数的差值，以此可以确定待测的第二移相器的移相精度是否满足要求。合成信号为频率为第一信号频率和第二信号频率差值的周期信号，包络为周期信号。整个过程中无需程控波复杂仪器，避免了测试仪器之间的互相通讯，提升了测试效率。另外，因为本申请中合成信号的包络为周期信号，与相关技术中通过恒包络信号的绝对值计算相位差的方法相比，检测灵敏度不受参考通道和目标通道的相位差值的影响，测试精度高。另外，由于包络的频率为输入信号的频率之差，将高频信号的相位测试转换为低频包络信号能够降低功耗。
附图说明
图1为相关技术中的相位测试的电路结构图；
图2为相关技术中的相位测试的示意图；
图3为本申请一个实施例的相位测试电路的电路结构图；
图4为本申请一个实施例的相位测试电路的电路结构图；
图5（a）为本申请一个实施例的合成信号波形图；
图5（b）为本申请一个实施例的合成信号经过包络检波后的包络的波形图；
图6为本申请一个实施例的合成信号的包络经鉴相器转换后的波形图；
图7为本申请一个实施例的相位测试电路的电路结构图；
图8为本申请一个实施例的相位测试的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本申请做进一步说明。可以理解的是，本公开的说明性实施例包括但不限于相位移相精度测试电路及方法，此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本申请，而非对本申请的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部的结构或过程。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
参考图1，图1示出了相关技术中的相位测试的电路结构图。相位测试电路100包括矢量网络分析仪120、控制器110和待测TR组件130。图1中的移相测试的方法为：矢量网络分析仪120输入激励信号到TR组件130，控制器110对TR组件130进行移相操作，矢量网络分析仪120启动扫描，待扫描结束后矢量网络分析仪120获取单态移相量的测试数据，重复以上步骤，完成多态移相测试。
在上述测试过程中，控制器需要和矢量网络分析仪进行频繁通讯，影响了测试效率，导致测试时间较长；并且TR组件在工作时发热量较大，冗长的测试时间会引起温飘，对移相测试精度会造成较大影响。
相关技术CN108234037A 公开了一种基于矢量相加的算法来对多通道移相器进行相位校准的方法。该方法中输出的电压信号为恒包络信号，只能通过合成信号的包络绝对值计算两个合成信号的相位差值。这种方法的不足在于，当参考通道和目标通道的相位差较小时，检测灵敏度不高，误差较大。
为了更详细地说明这一点，图2示出了该矢量相加的算法示意图。在图2中，参考通道信号的幅度和相位不变，目标通道信号的幅度不变，相位改变。当参考通道和目标通道的相位差值为90°时，得到合成信号1；相位差值为20°时，得到合成信号2；相位差值为10°时，得到合成信号3。可以看出，合成信号2和和合成信号3已经较难区分，因为其幅度基本相等。当参考通道和目标通道的相位差值进一步减小时，合成信号的幅度变化更小，因此其检测灵敏度不高，误差大。另外，参考通道和目标通道之间的幅度不一致也会对检测灵敏度造成较大的影响。
另外，CN108234037A公开的方案与本申请完全不同，二者存在诸多差别：
第一，该相关技术中公开的方案为校准不同通道中的相位，确保各个通道中的相位尽可能保持一致；而本申请的方案中，是对通道中的待测的第二移相器设置的初始移相度数与实际移相度数之间的差值进行测试，以便可以确定待测移相器的移相精度是否满足使用需求。
第二，该相关技术中，检波器与处理器连接，处理器在检波器检波之后对移相器进行赋值，以对移相器进行校准；而本申请的方案中，在进行检波之前控制器向移相器进行赋值，检波器并未与控制器连接。
第三，该相关技术中，检波器利用的了合成信号的功率信号，而本申请的方案中检波器利用的是合成器合成信号中的包络信号。
本申请中测试移相器相位移相精度的主要原理为：
要选取两个通道，第一通道为参考通道、第二通道为待测通道，第一通道中设置第一移相器作为参考移相器，第二通道中设置第二移相器作为待测移相器，第一通道连接第一信号源、第二通道连接第二信号源，两个信号源产生的信号频率不同；
对第一移相器设置参考移相度数；第一次对第二移相器设置第一初始移相度数，并获得第一合成信号，获得第一合成信号中的第一包络；
第二次对第二移相器设置第二初始移相度数，并获得第二合成信号，获得第二合成信号中的第二包络；
通过包络检波器测得第一包络和第二包络之间的相位差，该相位差值即为待测的移相器设置的初始移相度数与实际移相度数之间的差异，从而可以确定移相器的移相精度是否可以满足应用需要。
本申请中，第一通道中可以设置第一移相器，也可以不设置第一移相器。由于第一通道中的相位固定，第一包络和第二包络之间的相位差在两次包络的相位进行差值计算时，第一通道中的相位会在差值计算时相互约掉，从而第一通道中可以设第一移相器，也可以不设置第一移相器。
本申请中移相精度的定义：赋予移相器进行移相的移相度数X1与移相器实际移相度数X2之间的差值。本申请中，下文中控制器向第二移相器设置的初始移相度数即为X1，由于电路中各种器件以及信号的干扰，移相器的初始移相度数与实际移相度数之间存在差异，通过检波器可以测得该差异。
下面结合附图以及具体实施例对本申请方案详细介绍。
实施例1
为了解决上述问题，本申请的一个实施例示出了一种相位移相精度测试电路的电路结构图，参见图3。
图3中的相位测试电路的电路结构包括：第一信号源310、第二信号源320、第一移相器330、第二移相器340、控制器350、合成器360、包络检波器370、和鉴相器380。
其中，第一信号源310与第一通道的输入端连接，并用于向位于第一通道中的第一移相器330输入第一信号；第二信号源320与第二通道的输入端连接，并用于向位于第二通道中的第二移相器340输入第二信号，第一信号的频率
Figure 701206DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 438218DEST_PATH_IMAGE002
不同，但两者近似。控制器350向第一移相器330和第二移相器340配置各自的初始移相度数。即控制器350通过移相控制1利用第一移相器330对对通道1的增益和移相度数配置，控制器350通过移相控制2利用第二移相器340对对通道2的增益和移相度数配置。合成器360连接第一通道的输出端和第二通道的输出端，并用于将第一通道的输出信号和第二通道的输出信号进行合成，输出合成信号。包络检波器370与合成器360的输出端连接，并用于提取合成信号360的包络，根据包络的相位计算所述待测件的移相度数测试值。
假定第一信号的表达式为
Figure 961603DEST_PATH_IMAGE003
，第二信号的表达式为B
Figure 843977DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 85603DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 360726DEST_PATH_IMAGE002
不同，但是两者近似。第一移相器的增益为C，移相度数为
Figure 4197DEST_PATH_IMAGE005
，第二移相器的增益为D，移相度数为
Figure 11468DEST_PATH_IMAGE006
。功率合成器的输出信号可以表示为：
Figure 740389DEST_PATH_IMAGE007
（1-1）
由此可以看出，功率合成器的输出信号为幅度不同、相位不同但是频率接近的两个信号组成的周期信号。该周期信号的包络可经包络检波器提取，提取的包络信号的表达式可由以下过程推导出。
该过程对移相器设置了增益，但本申请中也可以对移相器不设置增益，因为本申请中对移相精度的测试与信号的幅度、增益均没有关系，信号的幅度、增益的变化并不会影响测试结果。
包络的推导
假设一个由幅度不同、相位不同但是频率接近的两个信号组成的周期信号的表达式为：
Figure 819204DEST_PATH_IMAGE008
（2-1）
其中，a
Figure 317181DEST_PATH_IMAGE009
b，
Figure 275779DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 226417DEST_PATH_IMAGE011
，并且
Figure 108922DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 461406DEST_PATH_IMAGE013
接近。
公式（2-1）经过简单的变形可以等于公式（2-2）
即
Figure 779572DEST_PATH_IMAGE008
(2-1)
=
Figure 200189DEST_PATH_IMAGE015
(2-2)
再根据三角函数的和差化积公式可以得出，
=
Figure 672759DEST_PATH_IMAGE016
Figure 786209DEST_PATH_IMAGE017
(2-3)
因为
Figure 898390DEST_PATH_IMAGE011
，并且
Figure 122698DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 184195DEST_PATH_IMAGE013
接近，所以公式（2-3）的周期信号可以等效为频率为
Figure 468546DEST_PATH_IMAGE018
的信号，公式（2-3）的包络可提取为：
Figure 881072DEST_PATH_IMAGE019
（2-4）
=
Figure 112334DEST_PATH_IMAGE020
(2-5)
=
Figure 293916DEST_PATH_IMAGE021
(2-6)
=
Figure 483589DEST_PATH_IMAGE022
(2-7)
再根据三角函数的倍角公式，可得，
=
Figure 383412DEST_PATH_IMAGE023
（2-8）
=
Figure 876753DEST_PATH_IMAGE024
（2-9）
由公式（2-9）可知，提取出的包络为一个周期信号，该周期信号的频率为上述两个信号的频率差
Figure 178422DEST_PATH_IMAGE025
，相位为上述两个信号的相位差
Figure 538996DEST_PATH_IMAGE026
。
因此，由公式（2-1）至（2-9）的推导可知，功率合成器的输出信号
Figure 926115DEST_PATH_IMAGE007
（公式（1-1））的包络可以提取为：
Figure 233599DEST_PATH_IMAGE027
（1-2）
由公式（1-2）可知，从功率合成器的输出信号提取出的包络为一个周期信号，该周期信号的频率为两个信号分量的频率差
Figure 124195DEST_PATH_IMAGE028
，包络信号的相位为两个信号分量的相位差
Figure 921250DEST_PATH_IMAGE029
。
根据公式（1-2），可以确定：本申请方案中第一信号和第二信号的频率不能相同，如果相同则合成器合成的信号则不是一个周期信号，无法利用本申请方案进行移相精度确定。
相位测试原理
如上文包络的推导可知，对于图3电路结构中第一信号
Figure 530086DEST_PATH_IMAGE003
，第二信号B
Figure 156108DEST_PATH_IMAGE004
，第一移相器330的增益为C，移相度数为
Figure 166789DEST_PATH_IMAGE005
，第二移相器340的增益为D，移相度数为
Figure 134745DEST_PATH_IMAGE006
的电路结构，因为
Figure 230877DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 614585DEST_PATH_IMAGE002
不同，但是两者近似，可以通过数学转换将合成信号等效为频率为
Figure 479773DEST_PATH_IMAGE018
的周期信号。并且，合成信号的包络可以转换为如公式（1-2）的表达式。
在第一信号、第二信号的参数
Figure 618630DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 202058DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 451774DEST_PATH_IMAGE031
、B、
Figure 889578DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 199336DEST_PATH_IMAGE032
、C和D给定的情况下，可以改变
Figure 270060DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 323467DEST_PATH_IMAGE006
来计算各个通道的移相度数。即通过状态控制器对通道1写入移相控制码
Figure 835351DEST_PATH_IMAGE005
（即参考移相度数）、对通道2写入移相控制码
Figure 316011DEST_PATH_IMAGE006
（即初始移相度数），合成信号的包络的相位
Figure 608452DEST_PATH_IMAGE033
就会发生改变。
本申请中，通过对通道2分配两次初始移相度数即移相控制码，分别为第一初始移相度数
Figure 465549DEST_PATH_IMAGE034
和第二初始移相度数
Figure 159836DEST_PATH_IMAGE035
，通道1的参考移相度数
Figure 998348DEST_PATH_IMAGE005
保持不变，可以获得理想情况下第一包络信号的相位为：
Figure 43664DEST_PATH_IMAGE036
，第二包络信号的相位为：
Figure 438874DEST_PATH_IMAGE037
，两次包络信号的相位差为：
Figure 987667DEST_PATH_IMAGE038
；
而移相器在移相过程中并不会按照理想情况进行移相，两次包络信号实际的相位分别为
Figure 278971DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 546004DEST_PATH_IMAGE040
，利用检波器测得的相位差为：
Figure 744904DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 148204DEST_PATH_IMAGE041
-
Figure 328518DEST_PATH_IMAGE042
=F，F即为第二移相器实际的移相度数与理想移相度数之间的差值，从而可以获得第二移相器的移相精度是否满足要求。
例如，可以将通道1的参考移相度数设为0°、通道2的移相度数设定值
Figure 819859DEST_PATH_IMAGE006
分别为0°、90°，合成信号的波形图参见图5（a）。
图5（b）为图5（a）中的两个合成信号经过包络检波后的包络的波形图。可以根据这两个包络的波形图，得出通道2在移相度数设定值为90°时的移相度数的实际值。
比如，如果在图5（b）中包络1、包络2的相位差=
Figure 493100DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 136571DEST_PATH_IMAGE045
=88.6（其中Δt1为示波器实际测得的包络1和包络2的时延），其中因此可以得出，当通道2的移相度数设定值
Figure 471738DEST_PATH_IMAGE006
为90°时，移相器的移相度数的实际值为88.6°，第二移相器的移相精度即移相差值为1.40。
在一些实施方式中，除了设定通道2的移相度数
Figure 466424DEST_PATH_IMAGE006
分别为0°、90°，还可以设定通道2的移相度数
Figure 964402DEST_PATH_IMAGE006
为其它值，直至完成360度移相，进一步得到通道2在各个移相状态下的对应的实际相位值。
需要说明的是，根据以上对测试电路工作原理的描述，可以明确知道：本申请方案的测试电路以及测试方法与第一信号、第二信号的幅度、增益没有关系。
本实施例中，每一组所述第一通道和所述第二通道具有独立的合成器，其他实施例中，所述测试电路还包括开关电路，不同组的两个通道共用合成器，所述开关电路控制合成器与每一组通道的连接、断开。
实施例2
图4示出了本申请的一个实施例的相位测试电路结构示意图。图4中的电路结构400可以测试第二通道中的具备移相功能的待测件440的移相度数的测试值。和图3中的电路结构300相比，图4中的电路结构中的第一通道未设置移相器，或者在第一通道中设置了移相器，但是将该移相器的移相度数设置为0。
电路结构400包括：第一信号源410、第二信号源420、位于第二通道中的具备移相功能的待测件440、控制器450、合成器460、包络检波器470、和鉴相器480。
其中，第一信号源410与第一通道的输入端连接，并用于向第一通道输入第一信号；第二信号源420与第二通道的输入端连接，并用于向位于第二通道中的具备移相功能的待测件440输入第二信号，第一信号的频率
Figure 470469DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 358791DEST_PATH_IMAGE002
不同，但两者近似。
控制器450向待测件440配置第一初始移相度数、第二初始移相度数。即控制器450通过移相控制利用待测件440对通道2的增益和移相度数配置。合成器360连接第一通道的输出端和第二通道的输出端，并用于将第一通道的输出信号和第二通道的输出信号进行合成，输出合成信号。当待测件440配置了第一初始移相度数时，合成器输出的信号为第一合成信号，当待测件440配置了第二初始移相度数时，合成器输出的信号为第二合成信号。包络检波器470与合成器460的输出端连接，并用于提取合成器460的第一包络信号、第二包络、并检测第一包络信号与第二包络信号的相位变化，并根据两次包络的相位计变化计算所述待测件的移相度精度。
可以假定图4电路结构中第一信号
Figure 241296DEST_PATH_IMAGE003
，第二信号B
Figure 593780DEST_PATH_IMAGE004
，第一通道的增益为C（C=1），第一通道的移相度数为0，待测件440的增益为D，移相度数为
Figure 536328DEST_PATH_IMAGE006
，根据公式（1-2），合成信号的包络的表达式为：
Figure 974263DEST_PATH_IMAGE046
（3-1）
由公式（3-1）可知，可以通过控制器450通过移相控制改变待测件440的移相度数
Figure 847410DEST_PATH_IMAGE006
，根据包络检波器470检测相应的两次包络的相位变化，计算得到待测件440的移相精度测试值。
在一些实施方式中，控制器450通过移相控制将待测件440的设置N个不同的移相状态。
例如，在公式（3-1）中，给定A、B、D、
Figure 319980DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 167850DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 93081DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 989492DEST_PATH_IMAGE032
的情况下，设置N个不同的移相状态可以通过改变
Figure 316569DEST_PATH_IMAGE006
的数值实现。
在一个示例中，第一信号的幅值A设定为1V，频率
Figure 600919DEST_PATH_IMAGE001
为1GHz，相位
Figure 13446DEST_PATH_IMAGE031
为0°，第二信号的幅值B设定为1.2V，频率
Figure 228396DEST_PATH_IMAGE002
为1.01GHz，相位
Figure 409978DEST_PATH_IMAGE032
为40°。并且可以设定通道1的增益为C为1V，通道2的增益D为1V，将以上参数代入到公式（1-2）中，在图2中可得合成信号的包络为
Figure 865230DEST_PATH_IMAGE047
=
Figure 765053DEST_PATH_IMAGE048
（3-2）
由公式（3-2）可知，合成信号的包络的振幅、频率固定，相位角为
Figure 268847DEST_PATH_IMAGE049
，相位角随着移相状态
Figure 304936DEST_PATH_IMAGE006
不同而变化。可以根据不同移相状态下包络的波形得出不同移相状态之间移相角度的实际差值。
例如，根据公式（3-2），可以将通道2的移相度数设定值
Figure 931090DEST_PATH_IMAGE006
分别为
Figure 10000257701755
，合成信号的波形图参见图5（a）。图5（b）为图5（a）中的两个合成信号经过包络检波后的包络的波形图。可以根据这两个包络的波形图，得出通道2在移相度数设定值为
Figure 10000257724290
时的移相度数的实际值。
比如，如果在图5（b）中包络1、包络2的相位差=
Figure 314610DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 923446DEST_PATH_IMAGE045
=88.6°，因此可以得出，当通道2的移相度数设定值
Figure 96938DEST_PATH_IMAGE006
为90°时，移相器的移相度数的实际值为88.6°。在一些实施方式中，除了设定通道2的移相度数
Figure 278838DEST_PATH_IMAGE006
分别为0°、90°，还可以设定通道2的移相度数
Figure 374970DEST_PATH_IMAGE006
为其它值，直至完成360度移相，进一步得到通道2在各个移相状态下的对应的实际相位值。
在一些实施方式中，可将通道2的移相度数设定为6个不同的度数，通过检波器可获得6个移相状态下包络的相位角，由此得出这6个移相状态的实际移相度数。例如，可将通道2的移相度数
Figure 820995DEST_PATH_IMAGE006
设定为0°、60°、120°、180°、240°和300°，通过检波器可获得实测下通道2六个移相状态下包络的相位角（即
Figure 138712DEST_PATH_IMAGE049
）为319.8°、259.7°、199.5°、140.4°、80.1°和19.8°，由此得出通道2 在六个移相状态下的实际移相度数为0.2°、60.3°、120.5°、179.6°、239.9°和300.2°。
图4中的相位测试电路，通过对不同的通道输入频率接近的信号，并对待测通道分别配置不同的移相度数，根据检波器获取合成信号的包络，合成信号为频率为第一信号频率和第二信号频率差值的周期信号，并从合成信号中提取包络，包络为周期信号，可以根据包络的相位得出待测件的实际移相度数。整个过程中无需程控波复杂仪器，避免了测试仪器之间的互相通讯，提升了测试效率。另外，因为本申请中合成信号的包络为周期信号，与相关技术中通过恒包络信号的绝对值计算相位差的方法相比，检测灵敏度不受参考通道和目标通道的相位差值的影响，测试精度高。另外，由于包络的频率为输入信号的频率之差，包络的频率减小能够降低功耗。此外，合成信号中包络频率的减少能够降低对后续电路中的鉴相器的要求。
图3-图4中的鉴相器可以将包络检波器输出的实时包络信号从模拟信号转化为数字信号，以进一步量化实现更简便的相位精度测量。
第一信号的频率
Figure 277570DEST_PATH_IMAGE001
和第二信号的频率
Figure 860998DEST_PATH_IMAGE002
之间的频率差越大，对后续包络检波器及鉴相器的要求越高。频率差的越小，对信号源的要求越高，同时包络采样时间越长，影响测试时间。本申请中，第一信号的频率
Figure 110713DEST_PATH_IMAGE001
和第二信号的频率
Figure 95987DEST_PATH_IMAGE002
之间的关系满足如下公式:
Figure 343429DEST_PATH_IMAGE050
Figure 414153DEST_PATH_IMAGE051
Figure 467560DEST_PATH_IMAGE052
在具体实施方式中可以选择：
在L波段（1~2GHz）的测试场景下，两者的频率差需要小于1.25倍，这样合成器输出的包络信号频率小于1GHz，并且频率差小于主频的1/4。
在S波段（2~4GHz）的测试场景下，两者的频率差需要小于1.25倍，这样合成器输出的包络信号频率小于1GHz。
在C波段（4~8GHz）的测试场景下，两者的频率差需要小于1.125倍，这样合成器输出的包络信号频率小于1GHz。
在X波段（8~12GHz）的测试场景下，两者的频率差需要小于1.083倍，这样合成器输出的包络信号频率小于1GHz。
在Ku波段（12~18GHz）的测试场景下，两者的频率差需要小于1.056倍，这样合成器输出的包络信号频率小于1GHz。
在一个实施方式中，频率差可以设置在几百赫兹到几十兆赫兹之间。
其中，本申请中，第一信号的频率
Figure 307340DEST_PATH_IMAGE001
和第二信号的频率
Figure 974950DEST_PATH_IMAGE002
之间的频率差设置为包络检波器以及鉴相器能够进行检波，并进行鉴相即可，如果为了兼顾效率可以选择合适的频率差，以确保测试时间。
本申请可以适用于射频毫米波频段中，随着应用场景频率的提升，两者的频率差越来越小，这主要受限于（1）包络检波器和鉴相器的实际能力，包络频率越高，对这两个器件的要求越大。（2）此外，即使两者的频率差较小，对包络检波器和鉴相器的性能要求不大，但此时主频（
Figure 267391DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 124489DEST_PATH_IMAGE002
）与两者的频率差接近，甚至相等时，此时包络信号会淹没在主频信号当中。具体的主频
Figure 818775DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 142440DEST_PATH_IMAGE002
可根据应用场景在信号源1和信号源2中手动设置。
在一些实施方式中，当控制器将通道2的移相度数设定为任意值，直至完成360°移相时，通过鉴相器对包络检波器输出的实时包络信号进行进一步量化，可获得不同移相状态下包络相位的量化差值，由此得出不同移相状态下包络相位的实际差值。
现在参考图6，图6示出了在图5（b）的基础上，利用鉴相器对包络信号进行量化处理之后的波形。在本申请中，鉴相器的分辨率能够分辨设置的最小移相差值即可，比如：如果需要分辨的最小移相差值为1°，则可以设置鉴相器的分辨率为A，
Figure 187757DEST_PATH_IMAGE053
。
在一个实施方式中，鉴相器的分辨率为 8比特，256个移相状态，通道2进行90°的移相之后，合成的包络延迟24.6ns（通过示波器实际读出的延迟时间），鉴相器量化包络之后对应63个状态的延迟，且鉴相器一个周期的共有256个状态，即
Figure 582966DEST_PATH_IMAGE054
=
Figure 131759DEST_PATH_IMAGE055
。利用鉴相器对包络信号进行量化处理能够输出0，1数字信号，可便于数据记录。
在一些实施方式中，为了实现<1°的包络相位测试精度，鉴相器需提供的采样率，以及采样比特数由以下分析得出：
此时假设包络信号的频率为
Figure 219801DEST_PATH_IMAGE056
为
Figure 939364DEST_PATH_IMAGE057
鉴相器的采样率为
Figure 872685DEST_PATH_IMAGE058
，鉴相器的分辨率为A比特，
Figure 541564DEST_PATH_IMAGE059
位，鉴相器能够达到满摆幅。针对一个正弦的包络信号，容易推得sin函数在180°处斜率最大，因此在179.5°到180.5°范围内，1°的移相对应的量化值变化最大，也最容易被识别出来。在179.5°到180.5°范围内，1°的移相对应的量化
Figure 800507DEST_PATH_IMAGE060
17.5
Figure 226940DEST_PATH_IMAGE061
。
Figure 229531DEST_PATH_IMAGE062
A=7时，
Figure 752916DEST_PATH_IMAGE063
，即此时鉴相器的分辨率小于1°移相的量化
Figure 917181DEST_PATH_IMAGE064
，满足小于1°的包络相位测试精度。此外，考虑到鉴相器的输入相关噪声和量化噪声以及各种非理想因素对分辨率的影响，需要8比特的鉴相器来满足测试的分辨率需要。如果考虑把鉴相器的采样点落在179.5°到180.5°的范围内，只需要满足
Figure 345758DEST_PATH_IMAGE065
即可。这样就保证在一个包络周期内，有360个采样点，必有一个采样点落在179.5°到180.5°的范围内。因此为了实现<1°的包络相位测试精度，鉴相器的采样率要大于360倍的包络信号的周期频率。同时需要8比特的分辨率。
实施例3
参考图7，本申请还提供了一种带有测试电路的相控阵天线电路，图7示出了将图3中的相位测试电路结构应用于包括多通道TR装置730的相控阵天线电路中，多通道指的是通道的数量大于2。为了测试相控阵天线中移相器的移相精度，可以在现有的相控阵电路的通道的基础上增加第一信号源、第二信号源以及检波器、控制器、鉴相器即可实现对相控阵天线电路中移相器的移相精度测试。
参考图7，该实施例的相控阵天线电路，包括：至少包括一组通道，每一组通道包括作为参考通道的第一通道1、第二通道2，与所述第一通道连接的第一信号源710、与所述第二通道连接的第二信号源720；
所述第一通道设置有第一TR组件，所述第二通道中设置有第二TR组件，所述第一TR组件、所述第二TR组件包括衰减器、放大器、移相器；
控制器，分别与TR组件中的移相器连接，用于依次向参考通道中的移相器设置第一、第二参数移相度数，第二通道中的移相器设置第一、第二初始移相度数；
合成器，与所述第一TR组件、所述第二TR组件连接，合成所述第一TR组件、所述第二TR组件的输出第一合成信号、第二合成信号；
包络检波器，与所述合成器的输出端连接，用于提取所述第一合成信号的第一包络、第二合成器的第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为第一信号源输出的第一信号的频率
Figure 886460DEST_PATH_IMAGE001
和第二信号源输出的第二信号的频率
Figure 264352DEST_PATH_IMAGE002
的差值。
其中，第一信号源、第二信号源、以及合成器、检波器、控制器、鉴相器以及具体测试原理同以上实施例1和实施例2的描述，在此不做赘述。该实施例与实施例1和实施例2不同的内容包括：合成器750接收到的信号为经过TR组件处理的信号。在一些实施方式中，可以从TR组件的多通道中选取其中一条通道作为通道1，另一条通道作为通道2，其余通道可以接一定的匹配负载。在射频微波器件及测试领域中，该匹配负载可以为50欧姆。在利用图8的电路得出通道2的移相度数后，对其余的通道可以利用同样的方法来测试各个通道的移相度数。
图7中的相位测试电路测试链路简便可靠，可以实现多通道TR组件的精确测量，降低了测试时间。
在一些实施方式中，多通道TR装置730为多通道TR芯片。在另一些实施方式中，多通道TR装置730为TR组件。
在一些实施方式中，多通道TR组件730可以包括合成器750。在另一些实施方式中，多通道TR组件730可以不包括合成器750。
实施例4
参考图8，图8示出了一种相位测试方法，应用于TR芯片，所述TR芯片至少包括第一通道和第二通道，所述方法包括：
S810，在所述第一通道中，接收第一信号，并被配置参考移相度数；
S820，在所述第二通道中，接收第二信号，并被配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率接近；
S830，根据所述第一信号、所述参考移相度数、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；
重复步骤S820、S830，对第二移相器配置第二初始移相度数，并获得第二合成信号；
S840，利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一合成信号的包络和第二合成信号的包络确定初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 865098DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 266123DEST_PATH_IMAGE002
的差值。
图8中包络检波的方法能够精确的提取出待测通道中移相器件的移相度数，将高频信号的相位测试转换为低频包络信号的测试。具备移相测试精度高、测试链路简便可靠、测试效率提升的优势。
在一些实施方式中，所述包络的相位用于对第一移相器和第二移相器中的一种或多种进行移相度数的测量，并将所测的第二移相器的移相度数反馈给所述控制器。
在一些实施方式中，图8中的方法还包括设置所述第一初始移相度数为
Figure 610517DEST_PATH_IMAGE066
，并将所述第二初始移相度数设置为N个不同的度数，N为大于等于2的整数。
在一些实施方式中，获取所述包络的相位包括，所述包络被鉴相器量化处理。
在一些实施方式中，所述鉴相器的分辨率为8比特，采样率为大于360倍的所述包络的信号的周期频率。
本申请实施例还提供了对于第一通道不设置移相的情况下，基于包络的相位移相精度测试方法，应用于TR装置，所述TR装置至少包括第一通道和第二通道，所述第一通道具有固定相位，所述第二通道包括第二移相器，所述方法包括：
在所述第一通道中，接收第一信号；
在所述第二通道中，接收第二信号，并为所述第二移相器配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率不同但是接近；
根据所述第一信号、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；
再次向所述第二移相器配置第二初始移相度数，获得第二合成信号；
利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 108494DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 614562DEST_PATH_IMAGE002
。
以上由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
此外，各种操作将以最有助于理解说明性实施例的方式被描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖于顺序。特别是，这些操作不需要按呈现顺序执行。
除非上下文另有规定，否则术语“包含”，“具有”和“包括”是同义词。短语“A/B”表示“A或B”。短语“A和/或B”表示“（A和B）或者（A或B）”。
如这里所使用的，术语“模块”或“单元”可以指代、是或者包括：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的（共享、专用或组）处理器和/或存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的组件。
在一些情况下，所公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。所公开的实施例还可以被实现为由一个或多个暂时或非暂时性机器可读（例如，计算机可读）存储介质承载或存储在其上的指令，其可以由一个或多个处理器读取和执行。例如，指令可以通过网络或通过其他计算机可读介质的途径分发。因此，机器可读介质可以包括用于以机器（例如，计算机）可读的形式存储或传输信息的任何机制、但不限于、软盘、光盘、光盘、只读存储器（CD-ROM）、磁光盘、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、磁卡或光卡、闪存、或用于通过电、光、声或其他形式的传播信号（例如，载波、红外信号、数字信号等）通过因特网传输信息的有形的机器可读存储器。因此，机器可读介质包括适合于以机器（例如，计算机）可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的机器可读介质。
在附图中，以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可以不需要这样的特定布置和/或排序。在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包含结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元或是数据，但是这些单元或数据不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个特征与另一个特征进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一特征可以被称为第二特征，并且类似地第二特征可以被称为第一特征。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种基于包络的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述电路包括：第一信号源、第二信号源、具备移相功能的待测件、合成器、包络检波器和控制器；
所述第一信号源与作为参考通道的第一通道的输入端连接，并用于向所述第一通道输入第一信号；
所述第二信号源与第二通道的输入端连接，并用于向位于所述第二通道中的所述具备移相功能的待测件输入第二信号，所述第一信号的频率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和所述第二信号的频率
Figure 754452DEST_PATH_IMAGE002
不同；
所述控制器与所述具备移相功能的待测件连接，用于在合成器合成第一通道的输出信号和第二通道的输出信号之前向所述具备移相功能的待测件依次配置第一初始移相度数、第二初始移相度数；
所述合成器分别连接所述第一通道的输出端和所述第二通道的输出端，用于将所述第一通道的输出信号和所述第二通道的输出信号进行合成，输出合成信号，所述第一初始移相度数对应第一合成信号、所述第二初始移相度数对应第二合成信号；
所述包络检波器与所述合成器的输出端连接，用于提取所述第一合成信号、第二合成信号的包络，并根据所述第一合成信号和第二合成信号的包络确定所述待测件的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和所述第二信号的频率
Figure 733909DEST_PATH_IMAGE004
的差值。
2.根据权利要求1所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，还包括作为参考移相器的第一移相器，设置于所述第一通道，所述第一移相器具有参考移相度数。
3.根据权利要求2所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述控制器还与所述第一移相器连接，用于向所述第一移相器配置所述参考移相度数。
4.根据权利要求1所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述第一信号源的频率和所述第二信号源的频率不同，频率的差值在几百赫兹到几十兆赫兹之间。
5.根据权利要求1所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述控制器向所述具备移相功能的待测件配置初始移相度数，包括，将所述待测件的移相度数设置为N个不同的度数，N为大于等于2的整数。
6.根据权利要求1所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，还包括：鉴相器，所述鉴相器与所述包络检波器连接，所述鉴相器将所述包络检波器输出的模拟信号转换为数字信号。
7.根据权利要求6所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述鉴相器的分辨率为8比特，采样率为大于360倍的所述包络的信号的周期频率。
8.根据权利要求1所述的相位移相精度测试电路，其特征在于，所述相位移相精度测试电路可应用于多通道芯片，所述多通道芯片至少包括所述第一通道和所述第二通道，其中所述第一通道为参考通道，所述第二通道为测试通道；
每一组所述第一通道和所述第二通道具有独立的合成器，或者，所述测试电路还包括开关电路，不同组的两个通道共用合成器，所述开关电路控制合成器与每一组通道的连接、断开。
9.一种基于包络的相位移相精度测试方法，应用于TR装置，所述TR装置至少包括第一通道和第二通道，所述第一通道包括第一移相器，所述第二通道包括第二移相器，其特征在于，所述方法包括：
在所述第一通道中，接收第一信号，并为所述第一移相器配置参考移相度数；
在所述第二通道中，接收第二信号，并为所述第二移相器配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率不同；
根据所述第一信号、所述参考移相度数、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；
再次向所述第二移相器配置第二初始移相度数，获得第二合成信号；
利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一合成信号的包络和第二合成信号的包络确定初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 326696DEST_PATH_IMAGE003
和所述第二信号的频率
Figure 784222DEST_PATH_IMAGE004
的差值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，配置初始移相度数包括将初始移相度数设置为N个不同的度数，N为大于等于2的整数。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：所述包络被鉴相器量化处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述鉴相器的分辨率为8比特，采样率为大于360倍的所述包络的信号的周期频率。
13.一种基于包络的相位移相精度测试方法，应用于TR装置，所述TR装置至少包括第一通道和第二通道，所述第一通道具有固定相位，所述第二通道包括第二移相器，其特征在于，所述方法包括：
在所述第一通道中，接收第一信号；
在所述第二通道中，接收第二信号，并为所述第二移相器配置第一初始移相度数，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率不同但是接近；
根据所述第一信号、所述第二信号、所述第一初始移相度数获得第一合成信号；
再次向所述第二移相器配置第二初始移相度数，获得第二合成信号；
利用包络检波器从所述第一合成信号、第二合成信号中提取第一包络和第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为所述第一信号的频率
Figure 598594DEST_PATH_IMAGE003
和所述第二信号的频率
Figure 686636DEST_PATH_IMAGE004
。
14.一种相控阵天线电路，其特征在于，包括：至少包括一组通道，每一组通道包括作为参考通道的第一通道、第二通道，与所述第一通道连接的第一信号源、与所述第二通道连接的第二信号源；
所述第一通道设置有第一TR组件，所述第二通道中设置有第二TR组件，所述第一TR组件、所述第二TR组件包括衰减器、放大器、移相器；
控制器，分别与TR组件中的移相器连接，用于向参考通道中的移相器设置参数移相度数，向第二通道中的移相器设置第一、第二初始移相度数；
合成器，与所述第一TR组件、所述第二TR组件连接，合成所述第一TR组件、所述第二TR组件的输出信号，获得第一合成信号、第二合成信号，第一合成信号对应第一初始移相度数，第二合成信号对应第二初始移相度数；
包络检波器，与所述合成器的输出端连接，用于提取所述第一合成信号的第一包络、第二合成器的第二包络，并根据所述第一包络、第二包络确定所述第二通道中的移相器的初始移相度数与实际移相度数的差值，所述包络为周期信号，其中所述包络的频率为第一信号源输出的第一信号的频率
Figure 554667DEST_PATH_IMAGE003
和第二信号源输出的第二信号的频率
Figure 753567DEST_PATH_IMAGE004
的差值。
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