CN115589267A - 一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，包括以下步骤：S1、选取一种射频连接器作为待测无源组件；S2、对步骤S1中的射频连接器进行无源互调测试得到三阶互调产物功率值；S3、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型；S4、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型对射频连接器互调功率频率特征进行分析预测。本发明操作简便，能够利用便捷的测试，有效地建立起射频连接器等效电路模型，进而对无源组件的互调功率频率特征进行分析预测，具有工程实用价值。

Description

一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法

技术领域

本发明涉及无源组件特征分析预测领域，具体涉及一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法。

背景技术

随着通信系统信号频率的日益密集，多制式信号在空间内同时传输，无源互调成为影响通信信号传输质量的一个不可忽视的问题。对通信电路中产生无源互调干扰的无源组件的非线性研究及其产生互调的功率频率特征分析是本领域亟待解决的关键问题。

根据无源射频和微波元器件的互调电平测量标准的第2部分：同轴电缆组件的无源互调测量标准开展的无源组件互调性能评定方法，工程中通常采用两个43dBm的双音信号测量待测器件产生的无源互调产物功率值，并以此作为衡量待测器件无源非线性的指标。然而，在实际应用中，无源组件(传输线、连接器、转接头等)可能工作在不同的通信频段，传输着功率变化的信号。在单一频段和同一功率信号激励下测量出的无源互调产物功率值难以全面评估某个或者某类无源组件的非线性水平，无法对该器件应用于实际的通信电路时的互调性能进行全面分析。因此需要对无源组件在多频段、多功率信号下的特征进行分析和预测。

为了能够提前预估无源组件在实际通信系统中的互调性能表现，一些宽带信号无源互调测试方法相继被研究。这种方法通过选择不同信号制式，测量某一类信号激励下的宽带无源互调产物功率，并与传统的双音信号进行对比。这种方法一定程度上解决了双音信号无法模拟实际通信应用中的互调性能的痛点问题，然而，通过繁杂测试下得到的仅仅也是某一类信号制式下的互调性能。在实际应用中，多种制式的信号的共同存在的，共同影响着器件的互调功率频率特征。因此，基于宽带测试的无源组件互调功率频率特征预测具有局限性。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，解决了现有技术中测试繁杂、评估互调性能片面、互调产物频率功率特征分析不明确等问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，包括以下步骤：

S1、选取一种射频连接器作为待测无源组件；

S2、对步骤S1中的射频连接器进行无源互调测试得到三阶互调产物功率值；

S3、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型；

S4、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型对射频连接器互调功率频率特征进行分析预测。

进一步地，步骤S2包括以下分步骤：

S21、选取两台不同频段的无源互调分析仪作为测试仪器；

S22、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第一功率，得到第一三阶互调产物功率值；

S23、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第二功率，得到第二三阶互调产物功率值；

S24、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第一功率，得到第三三阶互调产物功率值；

S25、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第二功率，得到第四三阶互调产物功率值；

进一步地，步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立初始射频连接器等效电路模型；

S32、测量射频连接器的接触电阻，计算初始射频连接器等效电路模型的线性系数；

S33、通过调节频率和功率的调谐系数对射频连接器等效电路模型中的非线性系数进行优化；

S34、根据分步骤S32中得到的线性系数和分步骤S33中优化后的非线性系数，建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型。

进一步地，所述初始射频连接器等效电路模型在第一频率下的非线性系数的计算式为：

其中：a₃为三阶非线性系数，P₁为第一功率，R为低互调负载阻值，a₅为五阶非线性系数，IM3_1为第一三阶互调产物功率值，P₂为第二功率，IM3_2为第二三阶互调产物功率值。

进一步地，所述初始射频连接器等效电路模型在第二频率下的非线性系数的计算式为：

其中：a₃为三阶非线性系数，P₁为第一功率，R为低互调负载阻值，a₅为五阶非线性系数，IM3_3为第三三阶互调产物功率值，P₂为第二功率，IM3_4为第四三阶互调产物功率值。

进一步地，所述初始射频连接器等效电路模型的线性系数的计算式为：

a₁＝1/R₀

其中：a₁为线性系数，R₀为接触电阻。

进一步地，步骤S33包括以下分步骤：

S331、建立三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式；

S332、通过调节频率和功率的调谐系数，改变三阶项系数值和五阶项系数值；

S333、通过谐波平衡仿真，得到对应的三阶互调产物功率值；

S334、判断分步骤S333中的三阶互调产物功率值与步骤S2中的三阶互调产物功率值是否一致，若是则得到优化后的射频连接器等效电路模型中的非线性系数，否则跳转到分步骤S332。

进一步地，所述三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式为：

a₃＝k₁·P+k₂·f

a₅＝k₃·P+k₄·f

其中：a₃为三阶非线性系数，P为功率，a₅为五阶非线性系数，f为频率，k1、k2、k3、k4为非线性项系数。

进一步地，步骤S4包括以下分步骤：

S41、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用参数扫描仿真方法对宽频、宽功率范围下的射频连接器互调性能进行分析；

S42、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用谐波平衡仿真方法对不同频率和功率信号激励下的射频连接器互调性能进行预测。

进一步地，步骤S41包括以下分步骤：

S411、在一定范围内调节输入信号的功率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号功率变化下，互调功率的变化规律；

S412、在一定范围内调节输入信号的频率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号频率变化下，互调功率的变化规律。

本发明的有益效果为：

(1)本发明操作简便，能够利用便捷的测试，有效地建立起射频连接器等效电路模型；

(2)在本发明建立射频连接器等效电路模型时，考虑到了线性部分的影响，使预测结果更具有现实意义；

(3)本发明进一步优化了射频连接器等效电路模型中的非线性项系数，建立了射频连接器等无源组件的非线性特征与传输信号的功率、频率进的相关性，有利于对射频连接器等无源组件在不同场景下的互调特征进行分析，具有实际应用价值；

(4)本发明利用参数扫描法进行互调功率频率特征分析，不仅可以预测变换组合的输入信号激励下的互调产物功率值，也能够直观分析出输入信号功率、频率变化导致的互调产物性能变化的客观规律，更加全面衡量了无源组件的互调特征。

附图说明

图1为一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法流程图；

图2为包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型图；

图3为设置输入信号功率从33dBm变化到44dBm时互调产物功率值对应变化图；

图4设置输入信号频率从800MHz变化到2000MHz时互调产物功率值对应变化图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本发明的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法包括步骤S1-S4：

S1、选取一种射频连接器作为待测无源组件。

在本发明的一个可选实施例中，选取典型的无源组件——射频连接器为例，进行互调功率频率特征的电路分析预测方法说明。

S2、对步骤S1中的射频连接器进行无源互调测试得到三阶互调产物功率值。

在本发明的一个可选实施例中，通过选取两台不同频段的无源互调分析仪，对所选射频连接器进行无源互调测试，所述射频连接器的一端连接互调分析仪接口，另一端连接低互调负载，测试反射互调产物功率。

步骤S2包括以下分步骤：

S21、选取两台不同频段的无源互调分析仪作为测试仪器。

S22、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第一功率，得到第一三阶互调产物功率值。

在本发明的一个可选实施例中，确定输入双音信号在第一频率f₁，输入功率为第一功率P₁，得到第一三阶互调产物功率值IM3_1。

S23、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第二功率，得到第二三阶互调产物功率值。

在本发明的一个可选实施例中，确定输入双音信号在第一频率f₁，输入功率为第二功率P₂，得到第二三阶互调产物功率值IM3_2。

S24、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第一功率，得到第三三阶互调产物功率值。

在本发明的一个可选实施例中，确定输入双音信号在第二频率f₂，输入功率为第一功率P₁，得到第三三阶互调产物功率值IM3_3。

S25、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第二功率，得到第四三阶互调产物功率值。

在本发明的一个可选实施例中，确定输入双音信号在第二频率f₂，输入功率为第二功率P₂，得到第四三阶互调产物功率值IM3_4。

S3、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型。

步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立初始射频连接器等效电路模型。

在本发明的一个可选实施例中，根据步骤S2中的实验结果，建立适用于电路仿真的初始射频连接器等效电路模型。首先，对比分步骤S22和分步骤S23，能够得到第一频率f₁下，第一功率P₁和第二功率P₂两个不同功率下的三阶互调产物功率值。然后，对比分步骤S24和分步骤S25，能够得到第二频率f₂下，第一功率P₁和第二功率P₂两个不同功率下的三阶互调产物功率值。考虑初始射频连接器等效电路模型是一个只有奇次项的五阶多项式模型，结合双音信号余弦叠加的计算和三角函数约化，多项式中的系数可以根据对应的二元一次方程计算出。

在本发明的一个可选实施例中，所述初始射频连接器等效电路模型在第一频率f₁下的非线性系数的计算方程组为：

其中：a₃为三阶非线性系数，P₁为第一功率，R为，a₅为五阶非线性系数，IM3_1为第一三阶互调产物功率值，P₂为第二功率，IM3_2为第二三阶互调产物功率值。

此时，得到属于第一频率f₁下的三阶非线性系数a₃和五阶非线性系数a₅。

在本发明的一个可选实施例中，所述初始射频连接器等效电路模型在第二频率下f₂的非线性系数的计算方程组为：

其中：IM3_3为第三三阶互调产物功率值，IM3_4为第四三阶互调产物功率值。

此时，得到属于第二频率f₂下的三阶非线性系数a₃和五阶非线性系数a₅。

在本发明的一个可选实施例中，在得到第一频率f₁和第二频率f₂下两组非线性系数后，根据频率和非线性系数进行拟合，得到具有频率相关性的非线性系数表达式，即建立初始射频连接器等效电路模型。

S32、测量射频连接器的接触电阻，计算初始射频连接器等效电路模型的线性系数。

在本发明的一个可选实施例中，建立一个符合实际的射频连接器等效电路模型除了对非线性部分进行建模，也需要考虑线性部分的影响。因此，采用微欧微伏表对射频连接器的接触电阻进行测量，测得接触电阻为R₀，则多项式线性部分的线性系数a₁＝1/R₀。

S33、通过调节频率和功率的调谐系数对射频连接器等效电路模型中的非线性系数进行优化。

在本发明的一个可选实施例中，为了更加精确模拟射频连接器的非线性特征，还需要进一步优化非线性系数。

步骤S33包括以下分步骤：

S331、建立三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式。

在本发明的一个可选实施例中，由步骤S3可知，非线性系数具有功率和频率依赖性，在不同输入功率和输入频率下，非线性系数可能产生变化，导致射频连接器的非线性特征改变。因此，需建立三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式。

所述三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式为：

a₃＝k₁·P+k₂·f

a₅＝k₃·P+k₄·f

其中：P为功率，f为频率，k1、k2、k3、k4为非线性项系数。

S332、通过调节频率和功率的调谐系数，改变三阶项系数值和五阶项系数值。

S333、通过谐波平衡仿真，得到对应的三阶互调产物功率值。

S334、判断分步骤S333中的三阶互调产物功率值与步骤S2中的三阶互调产物功率值是否一致，若是则得到优化后的射频连接器等效电路模型中的非线性系数，否则跳转到分步骤S332。

在本发明的一个可选实施例中，将仿真结果按照步骤S2中的频率和功率设置，分别设置以下情况：输入频率为第一频率f₁，输入功率为第一功率P₁；输入频率为第一频率f₁，输入功率为第二功率P₂；输入频率为第二频率f₂，输入功率为第一功率P₁；输入频率为第二频率f₂，输入功率为第二功率P₂。将仿真结果与测试结果进行对比。若对比结果显示仿真结果与测试结果误差在1dB以内，则得到了优化后的射频连接器等效电路模型中的非线性系数；否则调整系数，继续优化。

S34、根据分步骤S32中得到的线性系数和分步骤S33中优化后的非线性系数，建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型，如图2所示。

S4、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型对射频连接器互调功率频率特征进行分析预测。

步骤S4包括以下分步骤：

S41、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用参数扫描仿真方法对宽频、宽功率范围下的射频连接器互调性能进行分析。

在本发明的一个可选实施例中，在对射频连接器等效电路模型仿真中将输入信号的功率、频率分别设置成可扫描参数，利用参数扫描仿真方法，可以在一个宽的范围内，改变激励信号的频率或功率，从而获取不同的信号传输过程下对器件无源互调产物的影响。

步骤S41包括以下分步骤：

S411、在一定范围内调节输入信号的功率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号功率变化下，互调功率的变化规律。

在本发明的一个可选实施例中，设置输入信号的功率从33dBm变化到44dBm，分析射频连接器等效电路模型在输入信号功率变化下，互调功率的变化规律。

如图3所示，设置输入信号的功率从33dBm变化到44dBm，得到连接器的互调产物在输入信号功率变化下，互调功率呈现线性增长的规律。

S412、在一定范围内调节输入信号的频率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号频率变化下，互调功率的变化规律。

在本发明的一个可选实施例中，设置输入信号频率从800MHz变化到2000MHz，分析射频连接器等效电路模型在输入信号频率变化下，互调功率的变化规律。

如图4所示，设置输入信号频率从800MHz变化到2000MHz，得到连接器的互调产物在输入信号频率变化下，互调功率呈递减的规律。

S42、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用谐波平衡仿真方法对不同频率和功率信号激励下的射频连接器互调性能进行预测。

在本发明的一个可选实施例中，连接器通过测量900MHz以及1800MHz两个频段下，43dbm和40dbm信号激励的三阶互调产物功率值，通过四组数据建立了射频连接器等效电路模型。将模型导入电路仿真软件，改变激励信号的参数，通过谐波平衡仿真，就可以得到其他频率和功率信号激励下，该连接器的无源非线性等效电路模型产生的互调功率。在电路仿真软件中，参数设置可以是连续的，并且不受测试设备的限制，因此，可以仿真出如本案例提到的800MHz至2000MHz频率范围内，33dBm到44dBm功率范围内的三阶互调产物功率值，可以预测到不同频率和功率下的互调功率值。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取一种射频连接器作为待测无源组件；

S2、对步骤S1中的射频连接器进行无源互调测试得到三阶互调产物功率值；

S3、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型；

S4、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型对射频连接器互调功率频率特征进行分析预测。

2.根据权利要求1所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，步骤S2包括以下分步骤：

S21、选取两台不同频段的无源互调分析仪作为测试仪器；

S22、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第一功率，得到第一三阶互调产物功率值；

S23、确定输入双音信号在第一频率，输入功率为第二功率，得到第二三阶互调产物功率值；

S24、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第一功率，得到第三三阶互调产物功率值；

S25、确定输入双音信号在第二频率，输入功率为第二功率，得到第四三阶互调产物功率值。

3.根据权利要求1所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，步骤S3包括以下分步骤：

S31、根据步骤S2中的三阶互调产物功率值建立初始射频连接器等效电路模型；

S32、测量射频连接器的接触电阻，计算初始射频连接器等效电路模型的线性系数；

S33、通过调节频率和功率的调谐系数对射频连接器等效电路模型中的非线性系数进行优化；

S34、根据分步骤S32中得到的线性系数和分步骤S33中优化后的非线性系数，建立包括线性部分和非线性部分的射频连接器等效电路模型。

4.根据权利要求3所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，所述初始射频连接器等效电路模型在第一频率下的非线性系数的计算式为：

其中：a₃为三阶非线性系数，P₁为第一功率，R为低互调负载阻值，a₅为五阶非线性系数，IM3_1为第一三阶互调产物功率值，P₂为第二功率，IM3_2为第二三阶互调产物功率值。

5.根据权利要求3所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，所述初始射频连接器等效电路模型在第二频率下的非线性系数的计算式为：

其中：a₃为三阶非线性系数，P₁为第一功率，R为低互调负载阻值，a₅为五阶非线性系数，IM3_3为第三三阶互调产物功率值，P₂为第二功率，IM3_4为第四三阶互调产物功率值。

6.根据权利要求3所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，所述初始射频连接器等效电路模型的线性系数的计算式为：

a₁＝1/R₀

其中：a₁为线性系数，R₀为接触电阻。

7.根据权利要求3所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，步骤S33包括以下分步骤：

S331、建立三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式；

S332、通过调节频率和功率的调谐系数，改变三阶项系数值和五阶项系数值；

S333、通过谐波平衡仿真，得到对应的三阶互调产物功率值；

S334、判断分步骤S333中的三阶互调产物功率值与步骤S2中的三阶互调产物功率值是否一致，若是则得到优化后的射频连接器等效电路模型中的非线性系数，否则跳转到分步骤S332。

8.根据权利要求7所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，所述三阶非线性系数与频率和功率的函数关系式以及五阶非线性系数与频率和功率的函数关系式为：

a₃＝k₁·P+k₂·f

a₅＝k₃·P+k₄·f

其中：a₃为三阶非线性系数，P为功率，a₅为五阶非线性系数，f为频率，k1、k2、k3、k4为非线性项系数。

9.根据权利要求1所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，步骤S4包括以下分步骤：

S41、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用参数扫描仿真方法对宽频、宽功率范围下的射频连接器互调性能进行分析；

S42、根据步骤S3中的射频连接器等效电路模型，利用谐波平衡仿真方法对不同频率和功率信号激励下的射频连接器互调性能进行预测。

10.根据权利要求9所述的一种无源组件互调功率频率特征的电路分析预测方法，其特征在于，步骤S41包括以下分步骤：

S411、在一定范围内调节输入信号的功率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号功率变化下，互调功率的变化规律；

S412、在一定范围内调节输入信号的频率，分析射频连接器等效电路模型在输入信号频率变化下，互调功率的变化规律。

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