CN115963317A - 一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法，包括双频激励信号源、放大器和频谱分析仪，所述双频激励信号源为双通道双频激励信号源，双频激励信号源的第一通道输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端的与双频激励信号源的第二通道输出端串联后连接至频谱分析仪的测量端；本发明通过采用双通道串联抵消的方式，使频谱分析仪测量到放大器输出端不包含双频激励的残余非线性失真分量；并且，抵消方式有效地减小了进入频谱分析仪的信号幅度，从而使得频谱分析仪产生的非线性失真可以忽略。
Description
技术领域
本发明涉及一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法。
背景技术
放大器在双频激励下的非线性失真是放大器的重要特性。通常，采用商用信号源产生包含两个频率分量的激励信号输入放大器，放大器产生非线性失真信号后，再由频谱分析仪对其失真信号测量。然而，现有测量方式是频谱分析仪直接测量放大器的输出端口，当放大器输出端口的信号幅度较大时，信号经过频谱分析仪采集后，频谱分析仪会使信号进一步失真。放大器的失真与频谱分析仪的失真相互叠加，导致在最终的测量结果中无法将两者分离；另外，由于商用的激励信号源不纯净，它除了包含两个期望的主要频率分量外，还包含其他不需要的频率分量，这些不需要的频率分量经过放大器之后，可能让测试人员无法辨识放大器输出端口的频率分量是源于放大器还是测试信号源本身。
发明内容
本发明的目的是提出一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法，采用双通道串联抵消的方式，使频谱分析仪测量到放大器不包含双频激励的残余非线性失真分量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法，包括双频激励信号源、放大器和频谱分析仪，其中：所述双频激励信号源为双通道双频激励信号源，双通道双频激励信号源的第一通道输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端的与双通道双频激励信号源的第二通道输出端串联后连接至频谱分析仪测量端；放大器的输入端接收到的双频激励输入信号表达式是：
VIN＝E1sin ω1t+E2sinω2t
其中：
E1和E2为两个频率分量的幅度；
ω1和ω2为两个频率分量的频率；
双频激励信号经过放大器后产生的双频激励输出信号表达式是：
VOUT＝K0+K1(VIN)+K2(VIN)2+K3(VIN)3+…
其中，
K0、K1、K2、K3为非线性系数；
频谱分析仪测量放大器不包含双频激励的非线性失真分量的过程是：
a，在双频激励信号源的第一通道输出双频激励信号的状态下，首先将双频激励信号源的第二通道工作在短路状态，不产生任何信号；
b，调节双频激励信号源的第二通道产生包含频率分量为ω1和ω2、幅度分别为E1和E2的双频信号；
c，调节第二通道与第一通道的相对相位，使放大器输出端的ω1、ω2频率分量与第二通道产生的ω1、ω2频率分量相互抵消、幅度E1和E2相互抵消，则频谱分析仪测量到的是不包含ω1、ω2、E1和E2的残余非线性失真分量。
方案进一步是：所述双通道双频激励信号源是双通道约瑟夫森任意波形合成器，双通道约瑟夫森任意波形合成器的每一个通道包括顺序串接的脉冲源、微波放大器、直流阻断器、约瑟夫森结阵和终端电阻，约瑟夫森结阵的输出是通道的激励信号输出端。
方案进一步是：所述脉冲源是型号为M8195A的任意波形发生器。
方案进一步是：所述直流阻断器是高通滤波器。
方案进一步是：所述约瑟夫森结阵和终端电阻工作在4.0K至5.0K的低温环境中。
方案进一步是：所述约瑟夫森结阵将驱动脉冲转化为磁通量子形成激励信号。
本发明的有益效果是：
1，通过采用双通道串联抵消的方式，使频谱分析仪测量到放大器不包含双频激励的残余非线性失真分量；并且，抵消方式有效减小了进入频谱分析仪的信号幅度，从而使得频谱分析仪产生的非线性失真可以忽略。
2，采用约瑟夫森任意波形合成器合成的激励信号极其纯净，不包含额外的谐波分量，解决了商用激励信号源不纯净的问题。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明测量方法设备连接示意图；
图2是本发明通道1产生的双频激励信号示意图；
图3是放大器输出端的非线性失真信号示意图；
图4是通道2产生的双频激励信号示意图；
图5是频谱分析仪测量到的不包含ω1、ω2的残余非线性失真分量示意图；
图6是本发明双通道约瑟夫森任意波形合成器结构示意图。
具体实施方式
一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法，是一种测量放大器不包含双频激励的残余非线性失真分量的方法，如图1所示，所述测量方法包括双频激励信号源1、放大器2和频谱分析仪3，所述双频激励信号源为双通道双频激励信号源，双通道双频激励信号源的第一通道101输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端的与双通道双频激励信号源的第二通道102输出端串联后连接至频谱分析仪测量端；放大器的输入端接收到如图2所示的双频激励输入信号表达式是：
VIN＝E1sin ω1t+E2sinω2t 公式1
其中：
E1和E2为两个频率分量的幅度；
ω1和ω2为两个频率分量的频率；
双频激励信号经过放大器后产生的双频激励输出信号表达式是：
VOUT＝K0+K1(VIN)+K2(VIN)2+K3(VIN)3+…公式2
其中，
K0、K1、K2、K3为非线性系数；
将公式1代入公式2可得放大器的二阶非线性失真为：
相应的，三阶非线性失真为：
非线性失真示意图如图3所示；
频谱分析仪测量放大器不包含双频激励的非线性失真分量的过程是：
a，在双频激励信号源的第一通道输出双频激励信号的状态下，首先将双频激励信号源的第二通道工作在短路状态，不产生任何信号；
b，调节双频激励信号源的第二通道产生包含频率分量为ω1和ω2、幅度分别为E1和E2的双频信号，如图4所示；
c，调节第二通道与第一通道的相对相位，使放大器输出端的ω1、ω2频率分量与第二通道产生的ω1、ω2频率分量相互抵消、幅度E1和E2相互抵消，则频谱分析仪测量到的是不包含ω1、ω2、E1和E2的残余非线性失真分量，如图5所示。
本实施例的双通道双频激励信号源采用具有高纯净频谱信号合成能力的双通道脉冲驱动型宽频交流量子电压系统——约瑟夫森任意波形合成器(Josephson arbitrarywaveform synthesizer，JAWS)合成双频激励信号；如图6所示，所述双通道双频激励信号源是双通道约瑟夫森任意波形合成器，双通道约瑟夫森任意波形合成器的每一个通道包括顺序串接的脉冲源4、微波放大器5、直流阻断器6、约瑟夫森结阵7和终端电阻8，约瑟夫森结阵的输出是通道的激励信号输出端。
所述脉冲源是型号为M8195A的任意波形发生器；由于约瑟夫森结阵和终端电阻都是已知技术的超导材料器件，因此，所述约瑟夫森结阵和终端电阻工作在4.2K的液氦低温环境中。所述直流阻断器是由电容、电阻或电感组合形成的隔直电路，本实施例直流阻断器是高通滤波器。
其中：为了便于控制，可以将两个M8195A任意波形发生器通过接口连接一个上位控制服务器9，由上位控制服务器9协调控制两个M8195A任意波形发生器。其中所述的约瑟夫森结阵将脉冲源产生的驱动脉冲转化为磁通量子形成激励信号，可以保证合成波的激励信号量子准确。M8195A任意波形发生器将所述驱动脉冲采用Delta-sigma调制算法将调制代码中的量化噪声推到GHz的高频带，从而保证了低频区域合成激励信号的高信噪比。相比于常规的波形合成器，该方法的激励信号具有准确度高、谐波失真低的优点。
该方式相比于传统的测量方法具有两方面的优点：(1)激励信号极其纯净，不包含额外的谐波分量；(2)通过抵消的方式，有效减小了进入频谱分析仪的信号幅度，从而使得频谱分析仪产生的非线性失真可以忽略。
Claims (6)
1.一种放大器双频激励非线性失真分量的测量方法，包括双频激励信号源、放大器和频谱分析仪，其特征在于，所述双频激励信号源为双通道双频激励信号源，双通道双频激励信号源的第一通道输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端的与双通道双频激励信号源的第二通道输出端串联后连接至频谱分析仪测量端；放大器的输入端接收到的双频激励输入信号表达式是：
VIN＝E1sinω1t+E2sinω2t
其中：
E1和E2为两个频率分量的幅度；
ω1和ω2为两个频率分量的频率；
双频激励信号经过放大器后产生的双频激励输出信号表达式是：
VOUT＝K0+K1(VIN)+K2(VIN)2+K3(VIN)3+…
其中，
K0、K1、K2、K3为非线性系数；
频谱分析仪测量放大器不包含双频激励的非线性失真分量的过程是：
a，在双频激励信号源的第一通道输出双频激励信号的状态下，首先将双频激励信号源的第二通道工作在短路状态，不产生任何信号；
b，调节双频激励信号源的第二通道产生包含频率分量为ω1和ω2、幅度分别为E1和E2的双频信号；
c，调节第二通道与第一通道的相对相位，使放大器输出端的ω1、ω2频率分量与第二通道产生的ω1、ω2频率分量相互抵消、幅度E1和E2相互抵消，则频谱分析仪测量到的是不包含ω1、ω2、E1和E2的残余非线性失真分量。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述双通道双频激励信号源是双通道约瑟夫森任意波形合成器，双通道约瑟夫森任意波形合成器的每一个通道包括顺序串接的脉冲源、微波放大器、直流阻断器、约瑟夫森结阵和终端电阻，约瑟夫森结阵的输出是通道的激励信号输出端。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述脉冲源是型号为M8195A的任意波形发生器。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述直流阻断器是高通滤波器。
5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述约瑟夫森结阵和终端电阻工作在4.0K至5.0K的低温环境中。
6.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述约瑟夫森结阵将驱动脉冲转化为磁通量子形成激励信号。
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