一種寬溫條件下信號(hào)接收通道頻率響應(yīng)的補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬溫條件下信號(hào)接收通道頻率響應(yīng)的補(bǔ) 償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高性能寬帶信號(hào)分析儀器通過(guò)補(bǔ)償技術(shù)將常溫環(huán)境下儀器的信號(hào)接收通道的頻 率響應(yīng)補(bǔ)償?shù)檬制教?，從而保證儀器具有很高的幅度測(cè)量精度。但是，隨著環(huán)境溫度向高 溫或低溫區(qū)域變化，儀器的信號(hào)接收通道的頻率響應(yīng)將持續(xù)惡化，幅度測(cè)量精度將降低，這 是由于現(xiàn)有補(bǔ)償方法通常在常溫環(huán)境下對(duì)儀器進(jìn)行頻率響應(yīng)補(bǔ)償，獲取基準(zhǔn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì) 環(huán)境溫度向高溫或低溫變化，只做簡(jiǎn)單的方向性修正，而無(wú)法精確補(bǔ)償。
[0003] 目前，在寬溫環(huán)境下應(yīng)用的寬帶信號(hào)分析儀器主要有兩種頻率響應(yīng)補(bǔ)償方法。
[0004] 補(bǔ)償方法一:將儀器的整個(gè)工作溫度范圍分成若干段，在每段溫度區(qū)間的中值溫 度為儀器校準(zhǔn)一組頻率響應(yīng)補(bǔ)償值。儀器在寬溫環(huán)境下工作時(shí)，儀器根據(jù)環(huán)境溫度，選擇最 接近的溫度區(qū)間補(bǔ)償值補(bǔ)償頻率響應(yīng)。
[0005] 補(bǔ)償方法二:在儀器的信號(hào)接收通道設(shè)計(jì)一個(gè)具有高溫度穩(wěn)定性的校準(zhǔn)源。首先， 在常溫環(huán)境下，對(duì)儀器進(jìn)行頻率響應(yīng)的補(bǔ)償校準(zhǔn)，獲得基準(zhǔn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)。儀器在寬溫環(huán)境下工 作時(shí)，儀器通過(guò)校準(zhǔn)源獲得該頻率點(diǎn)處頻率響應(yīng)的變化量，并將該變化量作為儀器在整個(gè) 工作頻段的頻率響應(yīng)修正量對(duì)基準(zhǔn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，再使用修正后的數(shù)據(jù)對(duì)信號(hào)接收通 道的頻率響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0006] 現(xiàn)有的兩種補(bǔ)償方法都有明顯的缺點(diǎn)。
[0007] 補(bǔ)償方法一的缺點(diǎn)是:采用該補(bǔ)償方法的儀器若工作溫度范圍較小，則選取的校 準(zhǔn)溫度數(shù)量有限，還在可接受的范圍，但隨著工作溫度范圍的擴(kuò)大，校準(zhǔn)量將不斷加大，甚 至不可忍受。
[0008] 更重要的是，補(bǔ)償后的儀器在工作時(shí)，環(huán)境溫度與選取的校準(zhǔn)溫度在絕大部分情 況下是不相同的，且溫度偏移量也是隨機(jī)的，這就造成儀器的頻率響應(yīng)誤差在最大誤差和 零誤差之間不確定，因此，只能用最大誤差來(lái)評(píng)估測(cè)量結(jié)果的不確定度，幅度測(cè)量精度較 差。
[0009] 補(bǔ)償方法二的缺點(diǎn)是:該補(bǔ)償方法是一種準(zhǔn)實(shí)時(shí)的校準(zhǔn)補(bǔ)償方法。相較補(bǔ)償方法 一，該方法對(duì)于工作頻帶較小的儀器，在寬溫條件下的頻率響應(yīng)補(bǔ)償效果提升明顯，但當(dāng)儀 器的工作頻帶繼續(xù)擴(kuò)大，則遠(yuǎn)離校準(zhǔn)源頻率的頻段處的頻率響應(yīng)補(bǔ)償效果將不再理想，且 惡化的量值是不確定的。
[0010] 而且，該補(bǔ)償方法對(duì)信號(hào)接收通道自身的頻率響應(yīng)平坦度設(shè)計(jì)要求很高，因此，儀 器從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都需要增加不小的成本代價(jià)。
[0011] 再者，高溫度穩(wěn)定性的校準(zhǔn)源成本也很高。
[0012] 此外，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，采用該補(bǔ)償方法的儀器需要中斷當(dāng)前的測(cè)試，啟動(dòng) 實(shí)時(shí)校準(zhǔn)流程，從而對(duì)當(dāng)前測(cè)試造成干擾，在某些測(cè)試應(yīng)用中，這種情況是不可接受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 高性能寬帶信號(hào)分析儀器的信號(hào)接收通道的頻率響應(yīng)是決定儀器幅度測(cè)量精度 的關(guān)鍵因素之一。本發(fā)明提出一種新的頻率響應(yīng)補(bǔ)償方法，解決儀器在高溫極限和低溫極 限環(huán)境下，儀器的頻率響應(yīng)惡化，幅度測(cè)量精度降低的問(wèn)題，能夠使儀器在整個(gè)寬溫環(huán)境 下，始終保持常溫環(huán)境下的頻率響應(yīng)和幅度測(cè)量精度，并能夠極大減小儀器的開機(jī)預(yù)熱時(shí) 間，提高儀器測(cè)試性能。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0015] -種寬溫條件下信號(hào)接收通道頻率響應(yīng)的補(bǔ)償方法，通過(guò)在儀器的信號(hào)接收通道 溫度敏感部位布設(shè)溫度傳感器，獲得在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)通道各部位的實(shí)時(shí)溫度變化情 況，同時(shí)構(gòu)建由所述敏感部位所決定的信號(hào)接收通道的頻率響應(yīng)補(bǔ)償模型，通過(guò)校準(zhǔn)獲得 校準(zhǔn)參數(shù)，再利用校準(zhǔn)參數(shù)和補(bǔ)償模型根據(jù)通道各部位的實(shí)時(shí)溫度對(duì)各敏感部位進(jìn)行頻響 補(bǔ)償。
[0016] 上述寬溫條件下信號(hào)接收通道頻率響應(yīng)的補(bǔ)償方法，實(shí)施步驟如下：
[0017] (Al)構(gòu)建信號(hào)接收通道的二維補(bǔ)償模型；
[0018] (A2)通過(guò)模擬儀器的工作環(huán)境，校準(zhǔn)獲得所述補(bǔ)償模型的所有補(bǔ)償參數(shù)，并將補(bǔ) 償參數(shù)存儲(chǔ)在儀器的存儲(chǔ)器中；
[0019] (A3)調(diào)用補(bǔ)償參數(shù)，利用補(bǔ)償模型計(jì)算當(dāng)前的補(bǔ)償值，并完成通道的頻率響應(yīng)補(bǔ) 償。
[0020] 可選地，儀器的工作溫度范圍為[1'1^，1'1^+]，工作頻帶范圍為[?^咖^_ [)]信號(hào)接 收通道由一個(gè)或數(shù)個(gè)濾波器、射頻開關(guān)、放大器、衰減器、混頻器構(gòu)成，共η個(gè)元件；
[0021] 所述步驟(Al)具體包括：
[0022] (AlOl)構(gòu)建信號(hào)接收通道的頻率響應(yīng)補(bǔ)償基本模型:濾波器、射頻開關(guān)、放大器、 衰減器、混頻器的增益是頻率和溫度的函數(shù)，分別SG 1(f，T)、G2(f，T)、-_、Gn(f，T)，通道的 增益函數(shù)為：
[0023] G(f，T)=Gi(f，T)XG2(f，T)X."XGn(f，T) (公式 1)
[0024] 對(duì)公式1取反，得到信號(hào)接收通道頻率響應(yīng)的補(bǔ)償值函數(shù)：
[0025] P(f，T)=Pi(f，T)XP2(f，T)X."XPn(f，T) (公式 2)
[0026] 式中，P1(^T)、P2(f，T)、…、Pn(f，T)分別是信號(hào)接收通道各元件的補(bǔ)償值函數(shù)，P n (f，T)=_Gn(f，T);
[0027] (A102)沿信號(hào)接收通道均勻的布設(shè)一組溫度傳感器，將儀器分別置于常溫、低溫 極限和高溫極限環(huán)境中，并使儀器處于正常測(cè)試狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下，獲取各個(gè)溫度傳感 器的溫度變化情況及溫度變化速率，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)將溫度變化一致的區(qū)域劃分為一個(gè)溫度 分區(qū)；
[0028] (A103)確定校準(zhǔn)補(bǔ)償參數(shù)，構(gòu)建實(shí)施的二維補(bǔ)償模型：
[0029] 同一分區(qū)的元件作為一個(gè)整體元件看待，它們的頻率響應(yīng)補(bǔ)償值模型函數(shù)合并成 一個(gè)函數(shù)，共有i個(gè)分區(qū)，則補(bǔ)償值函數(shù)為：
[0030] P(f,T)=Pai(f,T)XPa2(f,T)X---XPai(f,T) (公式 3)
[0031] 信號(hào)接收通道在第m個(gè)頻率點(diǎn)處，頻率響應(yīng)的補(bǔ)償值函數(shù)描述為：
[0033]式中，fm為第m個(gè)頻率點(diǎn)的頻率，
[0034] To為選定的一個(gè)基準(zhǔn)溫度，
[0035] Δ T為環(huán)境溫度的變化量，
[0036] Δ Tn為各分區(qū)元件的溫度變化量，
[0037 ] kmn為第m個(gè)頻率點(diǎn)、第η個(gè)分區(qū)元件的補(bǔ)償值變化率，
[0038] P(fm，To+A Τ)為信號(hào)接收通道在頻率fm、溫度Το+Δ T的頻率響應(yīng)補(bǔ)償值。
[0039]信號(hào)接收通道在全溫度范圍、全頻段的補(bǔ)償值函數(shù)用矩陣描述：
[0041] 式中，等號(hào)右側(cè)矩陣依次為參考補(bǔ)償值矩陣Pref、補(bǔ)償值變化率矩陣Κ、溫度變化矩 陣 ΔΤη〇
[0042] 可選地，所述步驟(Α2)具體包括：
[0043] (Α201)獲取補(bǔ)償值變化率矩陣Κ:
[0044]取溫度步進(jìn)Δ T能被Tiim+與Tiim-的差值整除;設(shè)置溫度試驗(yàn)箱分別運(yùn)行在Tiim-- Δ T，Tiim-，Tiim-+ Δ T，…，Tiim+- Δ T，Tiim+，Tiim++ Δ T η個(gè)試驗(yàn)溫度;在每個(gè)溫度，待儀器充分預(yù)熱 后，對(duì)儀器按頻率步進(jìn)A f進(jìn)行全頻段頻響補(bǔ)償，共有m個(gè)補(bǔ)償頻率點(diǎn)，獲得一個(gè)n Xm的頻響 補(bǔ)償值矩陣：
[0046] 矩陣中，Pnm表示在第η個(gè)溫度、第m個(gè)頻率點(diǎn)的頻響補(bǔ)償值；
[0047] 令矩陣第η行減去第n_l行，計(jì)算得到各補(bǔ)償頻率點(diǎn)在溫度范圍[Tiim-- Δ T，Tiim++ Δ T]內(nèi)，溫度變化△ T時(shí)的頻響補(bǔ)償值增量矩陣，矩陣大小(n-1) Xm:
[0049] 矩陣中，Δ Pnm=Pnm-P(n_1)m，為第m個(gè)頻率點(diǎn)在第 n個(gè)溫度的頻響補(bǔ)償值相較第n-1 個(gè)溫度的頻響補(bǔ)償值增量；
[0050] 計(jì)算每個(gè)頻率點(diǎn)在線性溫度區(qū)間的頻響補(bǔ)償值增量平均值，對(duì)于第m個(gè)頻率點(diǎn)，頻 響補(bǔ)償值增量平均值為：
[0052]計(jì)算每個(gè)頻率點(diǎn)在各試驗(yàn)溫度的頻響補(bǔ)償值增量相較平均值的偏差，對(duì)于第m個(gè) 頻率點(diǎn)，第η個(gè)溫度的偏差為：
[0054] 在靠近溫度Tiim-- Δ T端，若 Δ P〇ffset-(n-i)m2 10%且 Δ P〇ffset-nm<l〇%，則第n_l個(gè)溫 度為該頻響補(bǔ)償頻率點(diǎn)的低溫拐點(diǎn)A溫度TA-m;在靠近溫度Τηω++Δ?^^ΔΡ^κ η-1)η< 10%且A 10%，則第η-1個(gè)溫度為該校準(zhǔn)補(bǔ)償頻率點(diǎn)的高溫拐點(diǎn)B溫度IVm;
[0055] 依據(jù)上述判據(jù)，獲取所有頻響補(bǔ)償頻率點(diǎn)的低溫拐點(diǎn)A溫度IV1，ΤΑ-2，…，T A-m，取它 們中的最大值作為儀器在整個(gè)工作頻段的低溫拐點(diǎn)A溫度TA，即
[0056] TA=max(TA-ι，Τα-2，···，Τα-m) (公式 10)
[0057] 依據(jù)上述判據(jù)，獲取所有頻響補(bǔ)償頻率點(diǎn)的高溫拐點(diǎn)B溫度IV1，IV2，…，IVm，取它 們中的最小值作為儀器在整個(gè)工作頻段的高溫拐點(diǎn)B溫度TbAP
[0058] TB=min(TB-lTb-2,…，TB- m) (公式 11)
[0059] 使用Ta、Tb將儀器的工作溫度范圍劃分成3個(gè)工作溫度區(qū)域：[Tiim-，TA]為低溫壓縮 區(qū)，[Ta，Tb]為線性工作溫度區(qū)，[T B，Tiim+]為高溫壓縮區(qū)；
[0060] (A202)獲取參考補(bǔ)償值矩陣Pref和溫度變化矩陣Δ Tn:
[0061 ]參考補(bǔ)償值Pref是一個(gè)絕對(duì)補(bǔ)償量，將儀器置于溫度箱內(nèi)，設(shè)置溫度試驗(yàn)箱分別運(yùn) 行在拐點(diǎn)溫度Ta和Tb，在每個(gè)溫