本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀利用電子校準(zhǔn)件測(cè)量混頻器變頻損耗的校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

混頻器和變頻器件在軍工、科研、生產(chǎn)、測(cè)試等方面占有舉足輕重的地位，是雷達(dá)、衛(wèi)星和無線電通信系統(tǒng)的核心部件。隨著信號(hào)制式多樣化和復(fù)雜調(diào)制方式的飛速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)于變頻器件的頻率相位和相位線性的要求越來越高，兩個(gè)重要指標(biāo)就是變頻損耗平坦度和群時(shí)延平坦度。

由于變頻器件，其輸入、輸出端的頻率特性不一致，無法用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀傳統(tǒng)S參數(shù)實(shí)現(xiàn)其特性測(cè)量。對(duì)于變頻器件的變頻損耗，常用的兩種方法是頻譜儀及信號(hào)源方案與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀源和接收機(jī)功率校準(zhǔn)技術(shù)。前者需要兩臺(tái)信號(hào)源提供源和本振激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)需要一臺(tái)頻譜儀接收中頻信號(hào)，變頻損耗即通過頻譜儀的接收信號(hào)與信號(hào)源源激勵(lì)信號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算獲??；后者分別由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀提供源信號(hào)并接收混頻器變頻后的信號(hào)，如果矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀雙源，則可直接提供混頻器本振激勵(lì)信號(hào)，否則需外加一臺(tái)信號(hào)源。

目前混頻器變頻損耗的兩種測(cè)試方案，其共同點(diǎn)在于沒有消除掉端口匹配誤差所引起的變頻損耗測(cè)量結(jié)果的起伏波動(dòng)。由于沒有考慮輸入端駐波，因此輸入信號(hào)測(cè)量值偏大；輸出端沒有考慮駐波，接收信號(hào)測(cè)量值偏小，從而整體測(cè)量結(jié)果可比實(shí)際值有甚至5dB左右的出入，有時(shí)需要通過在測(cè)試端口添加衰減器來改善匹配。

另外，同時(shí)研究的利用電子校準(zhǔn)件和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行混頻器群時(shí)延測(cè)試技術(shù)雖然可以同時(shí)獲取被測(cè)件的變頻損耗，但是對(duì)于大多數(shù)只關(guān)心變頻損耗的用戶而言，校準(zhǔn)需要利用額外的混頻器，相對(duì)繁瑣且主要獲取到的群時(shí)延不是他們的關(guān)心分量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀利用電子校準(zhǔn)件測(cè)量混頻器變頻損耗的校準(zhǔn)方法，利用電子校準(zhǔn)件和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)了混頻器變頻損耗測(cè)試。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀利用電子校準(zhǔn)件測(cè)量混頻器變頻損耗的校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

第一步，通過功率計(jì)對(duì)混頻器對(duì)應(yīng)連接的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入端口進(jìn)行源功率校準(zhǔn)，確保測(cè)試電纜將精確功率傳遞給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；

第二步，在被測(cè)混頻器對(duì)應(yīng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)輸入、輸出端口之間連接雙端口電子校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)，分別獲取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入、輸出端口的方向性誤差、源匹配誤差、反射跟蹤誤差及負(fù)載匹配誤差項(xiàng)；同時(shí)，利用第一步的源功率校準(zhǔn)進(jìn)行接收機(jī)校準(zhǔn)；最后，結(jié)合功率計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果與獲取的誤差項(xiàng)，計(jì)算獲取輸入輸出端口的傳輸跟蹤誤差，完善負(fù)載匹配。

可選地，選取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1做被測(cè)混頻器的輸入端、端口2做輸出端，端口3做本振信號(hào)輸入端，具體校準(zhǔn)過程如下：

首先，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1進(jìn)行功率計(jì)校準(zhǔn)，包括：

步驟(a)，在輸入頻率范圍內(nèi)，在端口1連接功率傳感器，測(cè)量傳感器的反射系數(shù)S11、功率計(jì)的讀數(shù)、以及端口1源信號(hào)；

步驟(b)，在輸出頻率范圍內(nèi)，在端口1連接功率傳感器，測(cè)量傳感器的反射系數(shù)S11，功率計(jì)的讀數(shù)，以及端口1源信號(hào)；

功率計(jì)反射系數(shù)為Γ_C，傳感器的反射系數(shù)S11測(cè)量值為Γ_m，a₀為端口1源信號(hào)，a₁為功率計(jì)入射信號(hào)，e₀₀為方向性誤差，e₁₁為源匹配誤差，e₀₁e₁₀為反射跟蹤誤差，p_meter為功率計(jì)讀數(shù)，計(jì)算得到：

Δe＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

通過于單端口修正公式得到：

經(jīng)過簡(jiǎn)化得到：

又由于：

所以輸入頻率上的e_10輸入：

同理得到輸出頻率上的e_10輸出；

單端口校準(zhǔn)分別得到輸入、輸出頻段：e_10輸入*e_01輸入、e_10輸出*e_01輸出，對(duì)于連接變頻器件，根據(jù)上述計(jì)算過程獲取變頻測(cè)試的反射跟蹤誤差項(xiàng)e_10輸入*e_01輸出；

然后，在端口1、端口2之間連接電子校準(zhǔn)件，分別設(shè)置為被測(cè)混頻器輸入頻率范圍和輸出頻率范圍進(jìn)行校準(zhǔn)；假設(shè)T₁...T_2n為電子校準(zhǔn)件諸多反射標(biāo)準(zhǔn)的特性值，M₁...M_2n是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，通過下面公式獲取包括輸入頻段內(nèi)正向方向性誤差、正向源匹配誤差、正向反射跟蹤誤差：

反向求解公式如下：

同理，通過輸出頻段內(nèi)T_2n+1...T_4n電子校準(zhǔn)件諸多反射標(biāo)準(zhǔn)的特性值和M_2n+1...M_4n矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，得到輸出頻段內(nèi)的正向和反向方向性誤差、正向和反向源匹配誤差、正向和反向反射跟蹤誤差、正向和反向負(fù)載匹配誤差；同時(shí)，得到輸入、輸出頻段內(nèi)的正向和反向傳輸跟蹤誤差，即e_32輸入*e_10輸入與e_32輸出*e_10輸出，由于是變頻器件，需要把傳輸跟蹤分解為正向e_32輸出*e_10輸入；由于功率計(jì)校準(zhǔn)獲取了e_10輸入與e_10輸出，所以得到正向輸出跟蹤誤差，反向傳輸跟蹤誤差也同理獲??；

至此，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1和端口2輸入、輸出頻段的全部正反向誤差均以得到。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)利用傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及電子校準(zhǔn)件和功率計(jì)，只需要兩步簡(jiǎn)單操作，即可完成復(fù)雜的校準(zhǔn)連接與測(cè)量；

(2)人為操作少，引入的連接重復(fù)性誤差比較少，且充分考慮了混頻器輸入、輸出兩部分的特性，連接簡(jiǎn)單，精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的校準(zhǔn)方法第一步連接功率計(jì)后的信號(hào)流圖；

圖2為本發(fā)明的校準(zhǔn)方法第二步中電子校準(zhǔn)件連接關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

混頻器變頻損耗平坦度的測(cè)試一直倍受業(yè)界關(guān)注。由于信號(hào)源與頻譜儀需要兩臺(tái)儀器搭建，同時(shí)忽略了信號(hào)源與頻譜儀端口失配對(duì)測(cè)量的影響，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀源和接收機(jī)方案也存在該問題，并且沒有去除矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部誤差對(duì)測(cè)量的影響，因此上述兩種方法的精度都比較低。

本發(fā)明提出一種矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀利用電子校準(zhǔn)件測(cè)量混頻器變頻損耗的校準(zhǔn)方法，只需要進(jìn)行兩步操作：第一步，通過功率計(jì)對(duì)混頻器對(duì)應(yīng)連接的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入端口進(jìn)行源功率校準(zhǔn)，確保測(cè)試電纜將精確功率傳遞給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；第二步，在被測(cè)混頻器對(duì)應(yīng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)輸入、輸出端口之間連接雙端口電子校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)，分別獲取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入、輸出端的方向性誤差項(xiàng)、源匹配誤差項(xiàng)、反射跟蹤誤差項(xiàng)及負(fù)載匹配誤差項(xiàng)；同時(shí)，利用第一步的源功率校準(zhǔn)進(jìn)行接收機(jī)校準(zhǔn)；最后，結(jié)合功率計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果與獲取的誤差項(xiàng)，計(jì)算獲取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入輸出端口的傳輸跟蹤，完善負(fù)載匹配。

完成校準(zhǔn)之后，直接連接被測(cè)混頻器進(jìn)行測(cè)量。

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，假設(shè)選取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1做被測(cè)混頻器的輸入端、端口2做輸出端，端口3做本振信號(hào)輸入端，則詳細(xì)校準(zhǔn)過程如下：

首先，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1進(jìn)行功率計(jì)校準(zhǔn)，保證混頻器源輸入的準(zhǔn)確性及平坦度。具體測(cè)試及內(nèi)部操作為：

步驟(a)，在輸入頻率范圍內(nèi)，在端口1連接功率傳感器，測(cè)量傳感器的反射系數(shù)S11、功率計(jì)的讀數(shù)、以及端口1源信號(hào)。

步驟(b)，在輸出頻率范圍內(nèi)，在端口1連接功率傳感器，測(cè)量傳感器的反射系數(shù)S11，功率計(jì)的讀數(shù)，以及端口1源信號(hào)。

假設(shè)Γ_C為功率計(jì)反射系數(shù)；傳感器的反射系數(shù)S11測(cè)量值為Γ_m；a₀為端口1源信號(hào)；a₁為功率計(jì)入射信號(hào)；e₀₀為方向性誤差；e₁₁為源匹配誤差；e₀₁e₁₀為反射跟蹤誤差；p_meter為功率計(jì)讀數(shù)；根據(jù)圖1信號(hào)流圖可以計(jì)算得到：

假設(shè)：Δe＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

則：

通過于單端口修正公式可得：

經(jīng)過簡(jiǎn)化可得：

又由于：

所以輸入頻率上的e₁₀：

同理也可以得到輸出頻率上的e₁₀。

由于單端口校準(zhǔn)可以分別得到輸入、輸出頻段：e_10輸入*e_01輸入、e_10輸出*e_01輸出，但是連接變頻器件，需要獲取的是e_10輸入*e_01輸出，即變頻測(cè)試的反射跟蹤誤差項(xiàng)，由前面的計(jì)算則可獲取需要的誤差項(xiàng)。

然后，如圖2所示，在端口1、2之間連接電子校準(zhǔn)件，分別設(shè)置為被測(cè)混頻器輸入頻率范圍和輸出頻率范圍進(jìn)行校準(zhǔn)。假設(shè)T₁...T_2n為電子校準(zhǔn)件諸多反射標(biāo)準(zhǔn)的特性值，M₁...M_2n是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，通過下面公式可以公式獲取包括輸入頻段內(nèi)正向方向性誤差、正向源匹配誤差、正向反射跟蹤誤差。

反向求解公式如下：

同理可以通過輸出頻段內(nèi)T_2n+1...T_4n電子校準(zhǔn)件諸多反射標(biāo)準(zhǔn)的特性值和M_2n+1...M_4n矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，得到輸出頻段內(nèi)的正向和反向方向性誤差、正向和反向源匹配誤差、正向和反向反射跟蹤誤差、正向和反向負(fù)載匹配誤差。同時(shí)，可以得到輸入、輸出頻段內(nèi)的正向和反向傳輸跟蹤誤差，即e_32輸入*e_10輸入與e_32輸出*e_10輸出，但是由于是變頻器件，所以需要把傳輸跟蹤誤差分解為正向e_32輸出*e_10輸入。由于第一步的功率計(jì)校準(zhǔn)獲取了e_10輸入與e_10輸出，所以可以得到正向輸出跟蹤誤差，反向傳輸跟蹤誤差也可同理獲取。

至此，所需的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1和端口2輸入、輸出頻段的全部正反向誤差均以得到。

例如，通過本發(fā)明的方法對(duì)電子校準(zhǔn)件其中的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，也就是n＝8。但是為了保證測(cè)量精度，本發(fā)明會(huì)對(duì)這八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，擇優(yōu)選取6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。然后利用最小二乘法對(duì)超定方程組求解，從而獲取包括輸入輸出頻段內(nèi)所需誤差項(xiàng)。

本發(fā)明使用了電子校準(zhǔn)件，雖然進(jìn)行了38次掃描，獲取了46組測(cè)量數(shù)據(jù)，求解了輸入、輸出頻段的兩個(gè)端口的正反向誤差，但是由于電子校準(zhǔn)件依托于內(nèi)部的電子標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，雖然測(cè)試、計(jì)算都非常復(fù)雜，但用戶的操作卻非常簡(jiǎn)單，體現(xiàn)了該校準(zhǔn)方式自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)，從而也保證了不會(huì)由用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的再連接而引入連接重復(fù)性誤差，所以最大程度地保證了該技術(shù)的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度。

本發(fā)明利用傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及電子校準(zhǔn)件和功率計(jì)，只需要兩步簡(jiǎn)單操作，即可完成復(fù)雜的校準(zhǔn)連接與測(cè)量。由于人為操作少，引入的連接重復(fù)性誤差比較少，且充分考慮了混頻器輸入、輸出兩部分的特性。因此，該技術(shù)是目前混頻器群時(shí)延測(cè)試中，連接最為簡(jiǎn)單且精度最高的校準(zhǔn)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，將具備非常好的應(yīng)用前景。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。