CN115173963A - 面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信号校准技术领域，具体涉及面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法及装置，其中装置包括示波器和网络仪；示波器用于测量波形发生器输出信号的幅度平坦度和矢量幅度误差，网络仪用于测量变频器的幅频特性参数与相频特性参数。本发明中的示波器仅需满足波形发生器的输出频率或变频器输入中频范围即可，降低了对示波器的要求；本发明通过分链路校准的方式，先利用示波器测量波形发生器输出的多音信号的幅度平坦度和矢量幅度误差，再利用网络仪测量上变频器的幅频特性参数与相频特性参数，能够实现超宽频率范围宽带矢量信号的校准。

Description

面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法及装置
技术领域
本发明属于信号校准技术领域，具体而言，涉及面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法及装置。
背景技术
通过频谱仪或者示波器直接对AWG(Arbitrary waveform generator，任意波形发生器)和宽带上变频输出信号进行幅度平坦度及相位非线性失真进行校准。
当使用频谱仪进行校准时，受到频谱仪的带宽限制，因此使用频谱仪直接进行AWG和宽带上变频器校准时只能校准幅度平坦度，无法校准带宽信号的相位非线性失真。
当使用示波器校准时，虽然可以进行幅度平坦度和相位失真校准，但局限于示波器频率范围。目前频率范围最大的示波器为59GHz，不但价格非常昂贵，而且59GHz以上频段无法利用示波器进行校准。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法及装置。
第一方面，本公开提供了面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，包括步骤：
根据波形发生器使用频段，利用所述波形发生器产生多音信号；
利用示波器对所述多音信号进行采集；
对采集的所述多音信号进行处理，计算所述多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据；
设置网络仪为多通道测量模式，并且设置变频器的参数和频率翻转状态；
利用所述网络仪对各通道不同频段的所述射频信号的变频损耗和相位进行测量，得到各组射频频段数据；
根据所述矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据、各组所述射频频段数据以及所述变频器的频率翻转状态，计算所述射频信号的矢量校准数据；
利用所述矢量校准数据对所述波形发生器输出的所述多音信号进行调整。
第二方面，本发明公开了面向矢量信号产生设备的矢量信号校准装置，包括示波器和网络仪；所述示波器用于测量波形发生器输出信号的幅度平坦度数据和矢量幅度误差数据，所述网络仪用于测量变频器的幅频特性参数与相频特性参数；所述波形发生器的输出端与所述变频器的输入端信号连接；所述示波器与所述波形发生器的输出端电信号连接；所述网络仪与所述变频器电信号连接。
本发明的有益效果是：本发明中采用多音信号，使得多音信号的带宽覆盖变频器输入频率范围，示波器仅需满足波形发生器的输出频率或变频器输入中频范围即可，降低了对示波器的要求；本发明通过分链路校准的方式，先利用示波器测量波形发生器输出的信号的幅度平坦度和矢量幅度误差，再利用网络仪测量上变频器的幅频特性参数与相频特性参数，能够实现59GHz以上大范围宽带矢量信号的校准。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，设置网络仪为多通道测量模式，包括设置所述网络仪各个通道射频输出的中心频率。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置网络仪各个通道射频输出的中心频率，便于对各个通道的射频信号进行校准，保证测量的射频信号的准确度。
进一步，利用示波器采集所述多音信号时，采集所述多音信号的信号长度的整数倍。
采用上述进一步方案的有益效果是，有利于保证计算多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据的准确度。
进一步，所述网络仪包括多个参数设置通道；通过对各个所述参数设置通道的所述射频信号的中心频率之间的间隔进行设置，调整各个所述参数设置通道的所述射频信号的频率范围。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置中心频率之间的间隔调整各个参数设置通道的射频信号的频率范围，能够实现输出的射频信号的精度调节。
进一步，所述网络仪得到各组所述射频频段数据后，保存为S2P文件。
采用上述进一步方案的有益效果是，将各组所述射频频段数据后保存为S2P文件，有利于快速保存和读取射频频段数据。
进一步，所述网络仪为毫米波网络仪。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用毫米波网络仪能够满足变频器输出射频频率范围。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法流程图；
图2为本发明实施例1中校准后的1GSPS符号率、QAM信号点的离散分布的实际测试效果图；
图3为本发明实施例1中校准后信号强度的实际测试效果图；
图4为本发明实施例1中中心频率60GHz、带宽3GHz的信号校准后的幅度平坦度的实际测试效果图；
图5为本发明实施例2提供的面向矢量信号产生设备的矢量信号校准装置的原理图。
图标：1-示波器；2-网络仪；3-波形发生器；4-变频器；Z0-矢量宽带信号产生装置；Z1-矢量信号校准装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
作为一个实施例，如附图1所示，为解决上述技术问题，本实施例提供面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，包括步骤：
根据波形发生器使用频段，利用波形发生器产生多音信号；可选的，多音信号的数量根据带宽确定；
利用示波器对多音信号进行采集；
对采集的多音信号进行处理，计算多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据；可选的，采用傅里叶分析的方式计算多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据；
设置网络仪为多通道测量模式，并且设置变频器的参数和频率翻转状态；其中，变频器的参数包括中频参数、射频参数与本振参数；设置变频器的频率翻转状态，例如4GHz带宽的上变频器，输入1GHz至4GHz；在18GHz以下，输入1GHz输出10GHz，输入4GHz输出14GHz；在超过18GHz时候输出频谱反转，输入1GHz输出34GHz，输入4GHz输出30GHz。
利用网络仪对各通道不同频段的射频信号的变频损耗和相位进行测量，得到各组射频频段数据；
根据矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据、各组射频频段数据以及变频器的频率翻转状态，计算射频信号的矢量校准数据；其中，计算射频信号的矢量校准数据时，设AWG为波形发生器输出的宽带信号，Am-AWG为AWG的幅度平坦度数据，PhaseAWG为AWG的相位非线性失真数据，As2p为上变频器幅频特征，Phases2p为上变频器相频特征，则矢量校准数据的幅度为：Am-AWG/As2p，相位为：PhaseAWG-Phases2p，当频率翻转后，幅度为：Am-AWG/As2p，相位为：-PhaseAWG+Phases2p，并将正负频率翻转。
利用矢量校准数据对波形发生器输出的信号进行调整。
本发明的有益效果是：本发明中采用示波器对波形发生器的多音信号进行采集处理，使得多音信号的带宽覆盖变频器输入频率范围，示波器仅需满足波形发生器的输出频率或变频器输入中频范围即可，降低了对示波器的要求；本发明通过分链路校准的方式，先利用示波器测量波形发生器输出的多音信号的幅度平坦度和矢量幅度误差，再利用网络仪测量上变频器的幅频特性参数与相频特性参数，能够实现59GHz以上大范围宽带矢量信号的校准。
可选的，设置网络仪为多通道测量模式，包括设置网络仪各个通道射频输出的中心频率。
在实际应用过程中，通过设置网络仪各个通道射频输出的中心频率，便于对各个通道的射频信号进行校准，保证测量的射频信号的准确度。
可选的，利用示波器采集多音信号时，采集多音信号的信号长度的整数倍。
在实际应用过程中，有利于保证计算多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据的准确度。
可选的，网络仪包括多个参数设置通道；通过对各个参数设置通道的射频信号的中心频率之间的间隔进行设置，调整各个参数设置通道的射频信号的频率范围。
在实际应用过程中，为了校准方便，网络仪设置为多通道校准模式，每个通道的本振及射频输出不同，不同通道间射频输出中心频率间隔根据实际使用带宽和精度要求进行设置，例如设置中心频率间隔为1GHz，则输出频率范围在1-5GHz、2-6GHz、3-7GHz等,每个频率带宽范围(4GHz)设置为一个通道。通过设置中心频率之间的间隔调整各个参数设置通道的射频信号的带宽范围，能够实现输出的射频信号的精度的调节，输出频率范围在越小，输出的射频信号的精度越高，反之精度越低。
可选的，网络仪得到各组射频频段数据后，保存为S2P文件。
在实际应用过程中，将各组射频频段数据后保存为S2P文件，有利于快速保存和读取射频频段数据。
可选的，变频器为宽带上变频器。
和现有校准方法相比，本实施例中矢量信号校准时使用示波器和网络仪结合使用，通过示波器采集波形发生器输出的多音信号，使得多音信号的带宽覆盖变频器输入频率范围，示波器仅需满足波形发生器的输出频率或变频器输入中频范围即可，降低了对示波器频率要求，满足波形发生器输出频率或上变频器输入中频范围即可，比如采样率为12GSa/s的波形发生器，校准所使用示波器频率到6GHz即可。
对于网络仪需要具有变频相位测量能力并且满足上变频器输出射频频率范围。
由于波形发生器的输入为信号数据，输出为基带信号；宽带上变频器输入为中频信号和本振信号，输出为射频信号；因此波形发生器和宽带上变频这种矢量信号产生设备中的误差为波形发生器的幅度平坦度和矢量幅度误差以及上变频器的幅频特性与相频特性。
通过计算波形发生器的矢量校准数据与网络仪的校准数据得到宽带矢量特性校准数据，在使用时将得到的校准数据应用在波形发生器下载的数据中，经过测试和验证，可以确认经过本专利方法获得的校准数据有较好的应用效果。
在现有的校准技术中无法得到频率59GHz以上的相频特性，因此该频段矢量幅度误差根本无法保证，本实施例方案可以获取59GHz以上的频率特性并进行修正。如附图2所示，总共16个信号基准点，信号点离散越严重信号质量越差，1GSPS符号率、QAM(QuadratureAmplitude Modulation,正交幅度调制)16信号的矢量幅度误差指标40-67GHz以下为8％左右。如附图3所示，横轴为频率，纵轴为信号强度，中心频率60GHz，带宽span2GHz，矢量幅度误差为8.79。如附图4所示，横轴为频率，纵轴为信号强度，中心频率60GHz，带宽span3GHz，校准后幅度平坦度在2dB以内。
无校准时矢量幅度误差和幅度平坦度：幅度平坦度在18GHz以下5dB，18-67GHz为10dB。经过本发明校准方法应用后的结果：在67GHz以下，4GHz带宽内输出信号的幅度平坦度大概在2dB以内。
5.4GHz载频、QAM16、1G符号率的信号未经过校准矢量幅度误差为10.6；5.4GHz载频、QAM16、1G符号率的信号经过校准后矢量幅度误差为2.6。
实施例2
基于与本发明的实施例1中所示的方法相同的原理，如附图5所示，本发明的实施例中还提供了面向矢量信号产生设备的矢量信号校准装置Z1，包括示波器1和网络仪2；示波器1用于测量波形发生器3输出信号的幅度平坦度和矢量幅度误差，网络仪2用于测量变频器4的幅频特性参数与相频特性参数；波形发生器3与变频器4组成矢量宽带信号产生装置Z0；波形发生器3的输出端与变频器4的输入端信号连接；示波器1与波形发生器3的输出端电信号连接；网络仪2与变频器4电信号连接。
可选的，网络仪为毫米波网络仪(如67GHz或110GHz毫米波网络仪)。
在实际应用过程中，采用毫米波网络仪能够满足变频器4输出射频频率范围，使用示波器1和毫米波网络仪能够实现59GHz以上毫米波宽带矢量校准。
以上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 (7)

1.面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，其特征在于，包括步骤：
根据波形发生器使用频段，利用所述波形发生器产生多音信号；
利用示波器对所述多音信号进行采集；
对采集的所述多音信号进行处理，计算所述多音信号各个频点的矢量幅度误差数据和幅度平坦度数据；
设置网络仪为多通道测量模式，并且设置变频器的参数和频率翻转状态；
利用所述网络仪对变频器各通道不同频段的射频信号的变频损耗和相位进行测量，得到各组射频频段数据；
根据所述矢量幅度误差数据和所述幅度平坦度数据、各组所述射频频段数据以及所述变频器的频率翻转状态，计算所述射频信号的矢量校准数据；
利用所述矢量校准数据对所述波形发生器输出的信号进行调整。
2.根据权利要求1所述面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，其特征在于，设置网络仪为多通道测量模式，包括设置所述网络仪各个通道射频输出的中心频率。
3.根据权利要求1所述面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，其特征在于，利用示波器采集所述多音信号时，采集所述多音信号的信号长度的整数倍。
4.根据权利要求1所述面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，其特征在于，所述网络仪包括多个参数设置通道；通过对各个所述参数设置通道的所述射频信号的中心频率之间的间隔进行设置，调整各个所述参数设置通道的所述射频信号的频率范围。
5.根据权利要求1所述面向矢量信号产生设备的矢量信号校准方法，其特征在于，所述网络仪得到各组所述射频频段数据后，保存为S2P文件。
6.面向矢量信号产生设备的矢量信号校准装置，其特征在于，包括示波器和网络仪；所述示波器用于测量波形发生器输出信号的所述幅度平坦度数据和矢量幅度误差数据，所述网络仪用于测量变频器的幅频特性参数与相频特性参数；所述波形发生器的输出端与所述变频器的输入端信号连接；所述示波器与所述波形发生器的输出端电信号连接；所述网络仪与所述变频器电信号连接。
7.根据权利要求6所述面向矢量信号产生设备的矢量信号校准装置，其特征在于，所述网络仪为毫米波网络仪。
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