专利名称：一种毫米波功率放大器的参数自动测试方法与测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于测试与测量技术领域，涉及一种针对固态电子学的测试与测量系统， 具体涉及一种毫米波功率放大器的参数自动测试方法与测试系统。
背景技术：
毫米波功率放大器近年来在测试与测量、通信、探测(制导、雷达、成像、遥感、引信)等领域得到了越来越广泛的应用，毫米波功率放大器通常需要测试其功率放大器的 PAE(功率附加效率)、ldB压缩点、增益、输出功率、输出频谱特性等性能指标，然后对其测试数据进行分析。目前国内毫米波自动测试手段比较缺乏；一方面，毫米波测试与测量仪器价格昂贵，有些还涉及到国外设置的技术壁垒，对用户来说购置成本很高，购置周期长，且有些毫米波频段缺乏现成的测试与测量仪器；另一方面，目前毫米波测试通常是手工测试，即运用多次连接实现多个参数分步测量，通过操作面板按键进行测试，人工记录测试结果。针对各个测试项目分别连接相应的仪器与被测设备，这种手工测试对于待测功率放大器数量较大时不适用，例如综合孔径辐射计，有数十套毫米波接收机，如果没有实现测试自动化，测试会相当繁琐、费时费力且影响测量精度，也无法自动进行测试数据分析。现有的关于毫米波测试的技术有1、一种用于微波功率放大器芯片在片测试的方法(CN101216528)，其用晶体管的开关特性，加载大电流的直流电平来调制脉冲信号发生器发出的脉冲信号使之达到功率放大器的直流工作要求；脉冲信号发生器发出的脉冲信号作为晶体管的栅极控制信号，控制沟道开启和关闭的速度，以调制最后得到的大电流脉冲信号的占空比和频率。其缺陷在于， 只可以测试脉冲体制的微波功率放大器，不能测试连续波体制的毫米波功率放大器。2、一种毫米波接收机测试方法(CN101738604A)，其是一种通过频率扫描的方式实现毫米波接收机噪声系数、幅频特性、多通道相位一致性指标的毫米波接收机自动测试系统。其不能测试毫米波段(例如沈.5GHz 300GHz)的传输特性，尤其是毫米波功率放大器的PAE (功率附加效率)、ldB压缩点、增益、输出功率以及输出频谱特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种毫米波功率放大器的参数自动测试方法，该方法运用单次连接实现了多个参数同时测量，能够全面实现毫米波功率参数的自动测试；此外，本发明还提供一种毫米波功率放大器的参数自动测试系统，该系统克服了目前国内毫米波测试手段与测试设备缺乏的困难。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。一种毫米波功率放大器的参数自动测试系统，包括待测件毫米波激励信号发生单元、待测件毫米波激励信号功率控制单元、待测件毫米波激励信号检测单元、待测件、待测件输出信号检测单元、待测件直流信号供给单元、以及测试系统控制单元；所述待测件毫米波激励信号发生单元用以生成毫米波激励信号；所述待测件毫米波激励信号功率控制单元与待测件毫米波激励信号发生单元相连，用以控制毫米波激励信号的功率；所述待测件毫米波激励信号检测单元与待测件毫米波激励信号功率控制单元相连，用以检测毫米波激励信号的功率；所述待测件的输入端与待测件毫米波激励信号检测单元相连，输出端与待测件输出信号检测单元相连；所述待测件输出信号检测单元用以检测待测件的输出信号；所述待测件直流信号供给单元与待测件相连，用以为待测件供电；所述测试系统控制单元分别与待测件毫米波激励信号发生单元、待测件毫米波激励信号检测单元、待测件直流信号供给单元、和待测件输出信号检测单元控制相连。作为本发明的一种优选方案，所述待测件毫米波激励信号发生单元包括微波信号源、有源倍频链、隔离器；所述微波信号源产生用于驱动有源倍频链的信号频率与信号功率；有源倍频链与微波信号源相连，用于将微波信号源的信号频率通过XN有源倍频链技术得到所需毫米波段的信号频率与信号功率；隔离器与有源倍频链相连，用于隔离有源倍频链的输出阻抗的不稳定变化。作为本发明的另一种优选方案，所述待测件毫米波激励信号功率控制单元包括与所述隔离器相连的精密可变衰减器，所述精密可变衰减器用于调节衰减量，保持有源倍频链输出的激励信号在小信号激励状态。作为本发明的再一种优选方案，所述待测件毫米波激励信号检测单元包括定向耦合器(31)、功率传感器(3 与双通道功率计；所述定向耦合器(31)与所述精密可变衰减器相连，用于将精密可变衰减器输出的激励信号分流成2路信号，其中一路输出给功率传感器(32)，另一路输出给待测件输出信号检测单元；所述功率传感器(3 与定向耦合器 (31)相连，双通道功率计与功率传感器(32)相连，功率传感器(32)和双通道功率计用于对完成对功率传感器(32)的输入信号进行功率检测。作为本发明的再一种优选方案，所述待测件输出信号检测单元包括可变衰减器、 定向耦合器(42)、谐波混频器、功率传感器04)与微波频谱分析仪；所述可变衰减器与待测件相连，用于完成对待测件输出信号的适当衰减；定向耦合器0 分别与功率传感器 (44)、可变衰减器和谐波混频器相连，用于将可变衰减器输出的信号分流成2路信号，一路传输给功率传感器(44)，另一路传输给谐波混频器；功率传感器04)与所述双通道功率计相连，用于完成对待测件输出信号的功率检测；谐波混频器与微波频谱分析仪相连，用于完成对待测件输出信号的频谱搬移，即从毫米波段搬移至微波段。作为本发明的再一种优选方案，所述待测件直流信号供给单元包括程控直流稳压电源，程控直流稳压电源与待测件相连，用于完成对待测件直流偏置的稳定供给。作为本发明的再一种优选方案，所述测试系统控制单元包括GPIB总线、GPIB-USB 控制卡、主控计算机；所述GPIB总线用于连接和控制微波信号源、双通道功率计、微波频谱分析仪和程控直流稳压电源；所述GPIB-USB控制卡通过GPIB总线与微波信号源和双通道功率计相连，用于将任何带USB端口的计算机作为全功能、即插即用的GPIB总线控制器使用；主控计算机与GPIB-USB控制卡相连。一种毫米波功率放大器的参数自动测试方法，包括以下步骤步骤A10，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将微波信号源输出频率设置为当前频率，将输出功率设置为驱动有源倍频链正常工作时的微波信号源输出功率；步骤Al 1，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线设置双通道功率计的平均次数、通道选择、校准表、显示精度、显示单位、触发方式；步骤A12，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线设置微波频谱分析仪的VBW参数RBW参数以及Span参数，同时设置微波频谱分析仪中外置谐波混频器选项，并且选择对应于谐波混频器的毫米波波段，同时设置谐波混频器从Signal ID off状态转换至Signal ID on状态，以及设置谐波混频器的Marker为Peak Search]；步骤A13，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将当前待测件测试频率写入双通道功率计的寄存器内，随后单步触发双通道功率计，分别读取通道A与通道B中的功率值；步骤A14，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线触发程控直流稳压电源， 读取其输出的电压值与电流值；步骤A15，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将当前待测件测试频率写入微波频谱分析仪的寄存器内，随后单步触发微波频谱分析仪，开始读取通过谐波混频器完成变频变换后输出的信号幅度峰值与频率值，并且读取Span内所有点的Trace Level]；步骤A16，主控计算机根据下列公式获得当前频率信息下的增益信息kin (dB)、 输出频谱(经谐波混频器下变频之后，直接从微波频谱分析仪中得出)、输出功率P。ut、PAE fn息
权利要求
1.一种毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于包括待测件毫米波激励信号发生单元、待测件毫米波激励信号功率控制单元、待测件毫米波激励信号检测单元、待测件、待测件输出信号检测单元、待测件直流信号供给单元、以及测试系统控制单元；所述待测件毫米波激励信号发生单元用以生成毫米波激励信号；所述待测件毫米波激励信号功率控制单元与待测件毫米波激励信号发生单元相连，用以控制毫米波激励信号的功率；所述待测件毫米波激励信号检测单元与待测件毫米波激励信号功率控制单元相连，用以检测毫米波激励信号的功率；所述待测件的输入端与待测件毫米波激励信号检测单元相连，输出端与待测件输出信号检测单元相连；所述待测件输出信号检测单元用以检测待测件的输出信号；所述待测件直流信号供给单元与待测件相连，用以为待测件供电；所述测试系统控制单元分别与待测件毫米波激励信号发生单元、待测件毫米波激励信号检测单元、待测件直流信号供给单元、和待测件输出信号检测单元控制相连。
2.根据权利要求1所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述待测件毫米波激励信号发生单元包括微波信号源、有源倍频链、隔离器；所述微波信号源产生用于驱动有源倍频链的信号频率与信号功率；有源倍频链与微波信号源相连，用于将微波信号源的信号频率通过XN有源倍频链技术得到所需毫米波段的信号频率与信号功率； 隔离器与有源倍频链相连，用于隔离有源倍频链的输出阻抗的不稳定变化。
3.根据权利要求2所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述待测件毫米波激励信号功率控制单元包括与所述隔离器相连的精密可变衰减器，所述精密可变衰减器用于调节衰减量，保持有源倍频链输出的激励信号在小信号激励状态。
4.根据权利要求3所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述待测件毫米波激励信号检测单元包括定向耦合器(31)、功率传感器(3 与双通道功率计； 所述定向耦合器(31)与所述精密可变衰减器相连，用于将精密可变衰减器输出的激励信号分流成2路信号，其中一路输出给功率传感器(3 ，另一路输出给待测件输出信号检测单元；所述功率传感器(3 与定向耦合器(31)相连，双通道功率计与功率传感器(32)相连，功率传感器(32)和双通道功率计用于对完成对功率传感器(32)的输入信号进行功率检测。
5.根据权利要求4所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述待测件输出信号检测单元包括可变衰减器、定向耦合器(42)、谐波混频器、功率传感器 (44)与微波频谱分析仪；所述可变衰减器与待测件相连，用于完成对待测件输出信号的适当衰减；定向耦合器0 分别与功率传感器(44)、可变衰减器和谐波混频器相连，用于将可变衰减器输出的信号分流成2路信号，一路传输给功率传感器G4)，另一路传输给谐波混频器；功率传感器G4)与所述双通道功率计相连，用于完成对待测件输出信号的功率检测；谐波混频器与微波频谱分析仪相连，用于完成对待测件输出信号的频谱搬移，即从毫米波段搬移至微波段。
6.根据权利要求5所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述待测件直流信号供给单元包括程控直流稳压电源，程控直流稳压电源与待测件相连，用于完成对待测件直流偏置的稳定供给。
7.根据权利要求6所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统，其特征在于所述测试系统控制单元包括GPIB总线、GPIB-USB控制卡、主控计算机；所述GPIB总线用于连接和控制微波信号源、双通道功率计、微波频谱分析仪和程控直流稳压电源；所述GPIB-USB 控制卡通过GPIB总线与微波信号源和双通道功率计相连，用于将任何带USB端口的计算机作为全功能、即插即用的GPIB总线控制器使用；主控计算机与GPIB-USB控制卡相连。
8. —种权利要求1至7任意一项所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤步骤A10，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将微波信号源输出频率设置为当前频率，将输出功率设置为驱动有源倍频链正常工作时的微波信号源输出功率；步骤All，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线设置双通道功率计的平均次数、通道选择、校准表、显示精度、显示单位、触发方式；步骤A12，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线设置微波频谱分析仪的VBW
参数RBW参数以及Span参数，同时设置微波频谱分析仪中外置谐波混频器选项，并且选择对应于谐波混频器的毫米波波段，同时设置谐波混频器从Signal ID off状态转换至Signal ID on状态，以及设置谐波混频器的Marker为Peak Search]；步骤A13，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将当前待测件测试频率写入双通道功率计的寄存器内，随后单步触发双通道功率计，分别读取通道A与通道B中的功率值；步骤A14，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线触发程控直流稳压电源，读取其输出的电压值与电流值；步骤A15，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将当前待测件测试频率写入微波频谱分析仪的寄存器内，随后单步触发微波频谱分析仪，开始读取通过谐波混频器完成变频变换后输出的信号幅度峰值与频率值，并且读取Span内所有点的Trace Level]； 步骤A16，主控计算机根据下列公式获得当前频率信息下的增益信息kin (dB)、输出频谱、输出功率P。ut、PAE信息
9.根据权利要求8所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，还包括以下准备步骤步骤Al，设置测试仪器参数与辅助测试模块参数；所述测试仪器参数包括微波信号源倍频次数、功率传感器型号参数；所述辅助测试模块参数包括可变衰减器型号参数、精密可变衰减器型号参数以及定向耦合器型号参数；步骤A2，根据待测件的输出功率以及功率传感器最大可承受的输入功率，确定可变衰减器的衰减量，并将可变衰减器置于该衰减档位；步骤A3，根据待测件小信号工作状态时的输入功率以及有源倍频链输出功率，确定精密可变衰减器起始衰减量，并将精密可变衰减器置于该起始衰减档位；同时根据待测件输入端最大可承受功率以及有源倍频链输出功率来确定精密可变衰减器终止衰减量，其中衰减步进由精密可变衰减器自身决定；步骤A4，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线初始化微波信号源、双通道功率计、微波频谱分析仪以及程控直流稳压电源；步骤A5，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线清空微波信号源、双通道功率计、微波频谱分析仪以及程控直流稳压电源的SCPI指令集寄存器；步骤A6，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线完成对微波信号源起始频率、终止频率以及步进频率的设置，并将当前频率设置为起始频率；步骤A7，主控计算机通过人机交互界面提示用户选择数据保存格式、位置以及名称； 步骤A8，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线设置输出通道、限制电流、触发方式，同时将程控直流稳压电源状态从Output OFF状态转换至Output ON状态；步骤A9，主控计算机通过GPIB-USB控制卡与GPIB总线将微波信号源状态从RF OFF] 转换至RF ON状态。
10.根据权利要求8所述的毫米波功率放大器的参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，在步骤Al之前还包括以下校准步骤步骤Y1，初始化双通道功率计，并设置显示单位、显示精度；步骤Y2，根据待测件测试频带选择合适的功率传感器；步骤Y3，将待测件输入端功率传感器与待测件输出端功率传感器分别连接到双通道功率计的通道A与通道B；步骤W，在双通道功率计中分别选择通道A与通道B中功率传感器对应的校准表； 步骤TO，将通道A中的功率传感器连接至双通道功率计的Ref 50MHz端口 ； 步骤Y6，在双通道功率计的校准菜单中分别完成对通道A中的功率传感器的校准， 包括Zero与Cal；步骤Y7，将power reference转换为power on，若面板显示结果为0. OOdBm，表示通道A中的功率传感器的校准可信；步骤Y8，将通道A中的功率传感器从双通道功率计的Ref 50MHz端口断开； 步骤Y9，将通道B中的功率传感器连接至双通道功率计的Ref 50MHz端口 ； 步骤Y10，在双通道功率计的校准菜单中分别完成对通道B中的功率传感器的校准， 包括Zero与Cal；步骤Y11，将power reference转换为power on，若面板显示结果为0. OOdBm，表示通道B中的功率传感器的校准可信；步骤Y12，将通道B中的功率传感器从双通道功率计的Ref 50MHz端口断开； 至此，已完成对双通道功率计通道A与通道B中功率传感器的校准。
全文摘要
本发明公开了一种毫米波功率放大器的参数自动测试方法与测试系统，该系统包括待测件毫米波激励信号功率控制单元与待测件毫米波激励信号发生单元相连，待测件毫米波激励信号检测单元与待测件毫米波激励信号功率控制单元相连，待测件的输入端与待测件毫米波激励信号检测单元相连，输出端与待测件输出信号检测单元相连；待测件直流信号供给单元与待测件相连，测试系统控制单元分别与待测件毫米波激励信号发生单元、待测件毫米波激励信号检测单元、待测件直流信号供给单元、和待测件输出信号检测单元控制相连。本发明实现了多个毫米波功率参数自动测试，克服了测试设备缺乏的困难，避免了手工测试效率低、精确度低、不确定因素多等缺点。
文档编号G01R31/28GK102323531SQ20111013953
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者佟瑞, 吴亮, 孙晓玮, 李江夏, 楼丹, 沈玮, 秦然, 钱蓉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所