用于对电缆网络中的故障进行定位的系统和设备的制作方法
【专利摘要】讨论了一种对电缆网络中的故障定位的系统中使用的故障距离定位（RTF）模块（100）。该模块包括用于将该模块耦接到PIM分析器的输入端口（101）。该模块（100）还包括用于连接被测试装置（DUT）的输出端口（102）。除了输入端口（101）和输出端口（102），该模块还具有用于接收来自PIM分析器的PIM信号的监控端口（103）。在本实例中，该模块还包括两个USB端口（104a）、（104b），其使得能够在PIM分析器与模块（100）之间建立串行连接。
【专利说明】用于对电缆网络中的故障进行定位的系统和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对通信网络中的故障进行检测的装置。本发明特别(尽管不仅是)涉及用于对同轴电缆网络中的无源互调故障进行定位的装置。
【背景技术】
[0002]无源互调失真(PM)为电磁干扰的一种形式，这种电磁干扰经常在诸如蜂窝移动电话网之类的无线电通信系统中遇到。它可以出现在任何存在具有非线性传输特性的装置或组件中。实例包括氧化的金属与金属连接点(oxidised metal-on-metal junctions)、包含铁氧体的组件(如RF环行器)、具有尖锐金属边缘的组件、松脱的连接器，以及大量的其它缺陷，如不良的电镀、污垢及其它形式的污染。
[0003]PM尤其普遍存在于全双工系统中，其中的传送和接收的无线电信号在同一馈电电缆上是双重通信的。在这种环境中，大功率传送信号经过缺陷组件时产生了 PM，随后PIM信号在两个方向传播:[0004].在与传送信号相同的方向上向天线传播；以及
[0005].反向向着基站传播(反射PIM)
[0006]对于这两种情况，通常反射PM是更大的忧虑。这是因为在很多情形中PM信号的频率落在基站接收者的通频带内，导致敏感度损失和掉话率增加。
[0007]蜂窝站中的PIM故障的诊断和修复是困难和消耗时间的。这是由于基站收发信台(BTS)与天线之间的互连会由多个组件组成，组件包括馈电电缆、同向双工器、滤波器、组合器、跨接电缆、报头放大器、偏置三通。此外，无线电收发信机和天线本身是潜在的PM源。
[0008]传统的测量PIM的方法是所谓的双音测试的方法。这是行业标准测试，其需要对电缆网络的输入施加一对不同频率的大功率载波(通常每个+43dBm)，并测量落入蜂窝站的接收频带中的反射PIM产物。理论上，双音测试生成的PIM产物位于无限数量的离散频率处。但是，在许多(但决不是指所有)蜂窝站中感兴趣的PIM产物只是载波频率F1和F2以下的奇次阶产物，因为这些产物通常是造成实践中遇到的大部分PM问题的原因。下面是一个计算这些产物的频率的简单等式:
[0009]Fimx=F1-1ii(F2-F1)Iii=I, 2, 3,...[0010]其中Fimx=位于频率F1和F2以下的X阶PIM产物的频率
[0011]X=2m+1
[0012]F1, F2=大功率载波的频率
[0013]必须要强调的是，除了载波频率匕和&以下的奇次阶产物外的其它产物也能够引起蜂窝站中的问题，这取决于网络中使用的特定的频谱分配。例如，一些蜂窝式网络易受位于传送频带以上而不是传送频带以下的的奇次阶PIM产物的攻击。
[0014]同样，在某些情况下，偶阶PIM产物会成为问题。例如，来自落入PCS接收频带中的900MHz发送器的二阶PM产物可对具有GSM900和PCS系统共站的蜂窝站产生潜在的影响。[0015]为了解释的清晰，下面的讨论将集中在用于测量载波频率Fl和F2以下的奇次阶PIM产物的测试设备。但是，应当理解，相同的技术可用于大功率载波频率以上或以下的频率处的奇次阶或偶次阶的任何可测量的PM产物。
[0016]当前，商业上唯一可用于排除蜂窝站中的PM故障的仪器是标量PM分析器。这仅仅是一个便于携带的双音测试仪器，它将所有需要的硬件都包含在一个箱子中，包括频率合成器、大功率放大器、三工器、低噪音接收器、结果显示器。由本 申请人:的未审结的标题为“Passive Intermodulation Test Apparatus”的美国申请 US11/936, 968 和 US11/941, 712中讨论了两种这样的标量PM分析器，在此将它们公开的内容以引用的方式并入本文。
[0017]不幸的是， 申请人:先前的申请中所讨论的标量PIM分析器只能够测量电缆网络中的总体PIM电平。它们不能提供任何关于单独PIM故障位置的信息。利用标量PIM分析器只有两种方式隔离PIM故障:
[0018].敲击测试:其包括使用小的橡胶槌或螺丝刀手柄对网络中的每个组件和电缆接头进行敲打，同时持续地监视PIM电平。在这种方式的干扰下，缺陷组件通常(但不总是)会导致PIM电平大幅波动；或者
[0019].渐进地组装或拆卸电缆网络，同时在每个阶段对部分组装的网络实施PM测试。
[0020]上面两种方法都不是最佳的。第一种方法通常需要两个人工作，并且可能需要其中一个测试人员爬到天线桅杆上去从而找出PIM故障源的位置。同样，第二种方法可能非常耗费劳动力并耗费时间，特别是在具有大捆的馈电电缆同时捆在同一桅杆上的拥挤的蜂窝站。
[0021]显然，提供一种具有高度可靠性和准确性的对通信网络中的PM源的位置和大小进行检测的系统和方法是有益的。
【发明内容】
[0022]本发明公开
[0023]相应地，在本发明的一个方面，提供了一种在用于故障定位的系统中使用的测试模块，所述测试模块包括:
[0024]输入端口，其用于接收一个或多个测试信号；
[0025]输出端口，其用于将所述一个或多个测试信号施加到测试介质；
[0026]监控端口，其用于接收多个无源互调信号，所述无源互调信号是所述测试介质响应于所述测试信号而生成的；
[0027]定向耦合器模块，其耦接在所述输入端口和所述输出端口之间；
[0028]主接收器，其耦接到所述监控端口和所述定向耦合器模块，用于接收多个主返回信号，所述主返回信号是所述测试介质响应于所述一个或多个测试信号而生成的；
[0029]基准接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于根据所述一个或多个测试信号生成多个基准信号；
[0030]相位检测器模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器，所述相位检测器测量所述多个主返回信号与基准信号之间的相位偏移；
[0031]控制模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器以及所述相位检测器，所述控制模块适用于:[0032]将来自所述主接收器的所述多个主返回信号中的每个信号转换为一组主功率电平;
[0033]将来自所述基准接收器的所述多个基准信号中的每个信号转换为一组基准功率电平；
[0034]将来自所述相位检测器的所述多个信号中的每个信号转换为一组单位为度的相位偏移；并
[0035]对转换后的主返回信号的功率电平和基准信号的功率电平以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移进行存储，用于进行进一步处理。
[0036]在本发明的另一个方面，提供了用于对故障进行定位的系统，所述系统包括:
[0037]测试模块，所述测试模块具有:
[0038]输入端口，其用于接收一个或多个测试信号；
[0039]输出端口，其用于将所述一个或多个测试信号施加到测试介质；
[0040]监控端口，用于接收多个无源互调信号，所述无源互调信号是所述测试介质响应于所述测试信号而生成的；
[0041]定向耦合器模块，其耦接在所述输入端口和所述输出端口之间；
[0042]主接收器，其耦接到所述监控端口和所述定向耦合器模块，用于接收多个主返回信号，所述主返回信号是所述测试介质响应于所述一个或多个测试信号而生成的；
[0043]基准接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于根据所述一个或多个测试信号生成多个基准信号；
[0044]相位检测器模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器，所述相位检测器用于针对所述多个主返回信号与所述多个基准返回信号中的每一对信号，测量相对应的各对主返回信号和基准返回信号之间的相位偏移，从而生成一组相位偏移；
[0045]控制模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器以及所述相位检测器，所述控制模块适用于:
[0046]将来自所述主接收器的所述多个主返回信号中的每个信号转换为一组主功率电平;
[0047]将来自所述基准接收器的所述多个基准信号中的每个信号转换为一组基准功率电平；
[0048]将来自所述相位检测器的所述多个信号中的每个信号转换为一组单位为度的相位偏移；并且
[0049]对转换后的主返回信号的功率电平和基准信号的功率电平以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移进行存储用于进一步处理；
[0050]测试单元，其耦接到所述测试模块的所述输入端口，所述测试单元提供所述一个或多个测试信号，并且其中所述测试单元适用于:
[0051]接收来自所述控制模块的转换后的主返回信号和基准信号的功率电平，以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移，并将它们组合为单个矢量；
[0052]根据所述单个矢量估计所述测试介质中的无源互调源的数量；
[0053]确定所述测试介质中的每个无源互调源的大小和位置；以及
[0054]显示所述测试介质中的每个无源互调源的大小和位置。[0055]适当地，所述定向耦合器包含一个前向耦合器和两个反向耦合器。优选地，所述前向耦合器的耦合损耗为大约37dB，所述反向耦合器的耦合损耗为大约30dB。所有三个耦合器的方向性被调到测试信号频带上的至少20dB。
[0056]优选地，所述测试模块的输入端口为7-16的阳性共轴连接器。优选地，所述测试模块的输出端口为7-16的阴性共轴连接器。优选地，监控端口为N型阴性共轴连接器。优选地，USB连接器为USB2.0Min1-B插座。
[0057]优选地,所述相位检测器模块包括来自ON Semiconductor的相位频率检测器IC,以及有源低通差分滤波器。
[0058]测试模块可包括耦接到所述定向耦合器模块的合成器模块。适当地，所述合成器模块包括VSWR源、第一频率合成器和第二频率合成器。优选地，所述VSWR源的宽带PLL合成器可调到Tx和Rx测试频带范围内的任何频率，调节的增量为5kHz。所述VSWR源也可在远远超出这些频带的频率上运行。所述VSWR源的输出电平可设定为若干离散的电平，例如-4dBm、-ldBm、+2dBm、+5dBm。所述VSWR源的输出可连接到RF放大器模块，其能够将来自VSWR源的信号电平提高到大约+15dBm。
[0059]适当地，所述基准接收器模块包括窄带外差接收器，其前端具有固态开关网络和SAff滤波器。基准接收器还可包括第一降频变频器、带通滤波器和第二降频变频器。
[0060]优选地，所述主接收器包括窄带外差接收器，其前端具有一对RF开关。适当地，所述主接收器包括两级降频变频器，其第一 IF级别和第二 IF级别中都进行放大和过滤。所述接收器的第二 IF带宽为4kHz。标称背景噪声小于_130dBm。
[0061]当运行于PM故障定位(Range-to-PM)模式时，可调节主接收器从而检测任何阶次的PM产品。这不仅包括頂3，还包括任何偶然落在接收频带的更高阶的PM产物，如IM5, IM7,頂9等，当然条件是这些信号高于系统的背景噪声。这使得该设备能够利用各种PM产物或者甚至是不同阶次的产物的组合对PIM故障定位并对结果复核。
[0062]施加到测试介质的测试信号位于下面的通信频率中的一个或多个中:450-460MHz、470-500MHZ、800-830MHZ、850_870MHz、820-850MHZ、860-900MHz、875-880MHZ、870-900MHZ、890-910MHZ、920-925MHZ、930-940MHz、930-960MHz、1850-1910MHz、1930-1990MHz、1430-1440MHz、1710-1755MHz、2110-2155MHz、2110-2170MHz、2500-2690MHz,例如位于 450、700、800、850、900、950、1700、1800、1900、2100、2500、450-460MHz、470-500MHz、800-960MHz、1710-2025MHz、2110-2200MHz 和 2500_2690MHz 通信频带中。可通过步进所选择的通信频带中的其中一个测试信号的频率，同时其余频带的频率保持固定，来对测试信号的频率进行递增地扫描。优选地，步进的增量为0.25MHz。
[0063]测试模块可包括用于测量矢量反射系数的反射计。
[0064]优选地，将幅度测量和相位测量组合为每个频率点一个的单个复值矢量。适当地，无源互调源数量的估计包括:基于矢量构建线性预测方程组，从而生成线性预测数据矩阵；对线性预测数据矩阵执行奇异值分解，从而生成一组奇异值；对这组奇异值进行分析，从而识别该组中的从一个奇异值到下一奇异值出现大小下降6dB的点；将所述奇异值组内的位于左后的所述转变之后的所有奇异值置为零，从而生成一组修正后的奇异值。
[0065]对每个无源互调源的位置和大小的计算包括利用修正后的奇异值组重新构建一组修改后的线性预测数据矩阵；利用总体最小二乘法确定修改后的线性预测数据矩阵的特征多项式系数；利用所述系数计算特征多项式的根；根据所述根计算每个无源互调源的位置；通过最小二乘Prony法，根据所述系数和根计算每个无源互调源的大小。
[0066]测试介质可以是同轴电缆网络、蜂窝式移动电话基站、远程无线电前端等。
【专利附图】
【附图说明】
[0067]为了更好地了解本发明并获得实践效果，现将参照附图对本发明的优选实施例进行阐述，其中:
[0068]图1为描绘了根据本发明的一个实施例的故障距离定位模块的一个可能配置的机械绘图。
[0069]图2为描绘了根据本发明的一个实施例的故障距离定位模块的一种配置的电路图。
[0070]图3为描绘了根据本发明的一个实施例的故障距离定位模块的一个选择性配置的电路图。
[0071]图4为描绘了根据本发明的一个实施例的故障距离定位模块中使用的基准接收器模块的一种可能的配置的电路图。
[0072]图5为描绘了图1的模块与PM分析器的互连的机械绘图。
[0073]图6为描绘了图1的模块与PM分析器的互连的电路图。
[0074]图7为描绘了根据本发明的一个实施例的系统故障计算算法的操作的流程图。
[0075]图8A至图8C为根据本发明的一个实施例的系统可能实施的各种故障距离定位测试的结果的绘图。
[0076]图9为根据本发明的一个实施例的使用一个选择性故障计算算法的故障距离定位测试结果的绘图。
[0077]图10为描绘了将测试模块与PIM分析器连接的一种可能的布置的示意性框图。
[0078]图11为描绘了根据本发明的一个实施例的用于故障距离定位模块的基准接收器模块的一个选择性配置的电路图。
[0079]图12为描绘了根据本发明的一个实施例的一个选择性故障计算算法的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0080]参照图1，其中示出了一种在用于对电缆网络中的故障定位的系统中使用的故障距离定位(RTF)模块100的一种可能的布置。如图所示，该模块包括输入端口 101，其用于将该模块耦接到PIM分析器。在这个实例中PIM分析器大体上是 申请人:未审结的标题为“Passive Intermodulation Test Apparatus”的美国申请 US11/936, 968 和 US11/941, 712中公开的类型，在此将它们公开的内容以引用的方式并入本文，并进行了一些修改，这将在下面进行更详细的讨论。
[0081]模块100还包括输出端口 102，用于连接到被测试装置(DUT)。在多数情况中，DUT将是蜂窝式移动电话基站中建立的类型的同轴电缆网络。这些电缆网络通常由若干级联连接在一起的装置组成，装置包括低损耗馈电电缆、同向双工器、滤波器、组合器、跨接电缆、报头放大器、偏置三通。这些组件中的任何一个都可能是PM源。电缆网络终止于一个或多个安装在较高位置(如桅杆或屋顶)处的天线。与系统中的每个其它组件一样，天线同样是潜在的PIM源。当然，本领域内的技术人员将会理解，本发明的RTF模块的应用可以用于定位其它形式的电缆网络中P頂故障，而不是严格地局限于应用于同轴电缆网络中的PM故障检测。
[0082]除了输入端口 101和输出端口 102外，该模块设有监控端口 103，其用于接收来自PIM分析器的PM信号。在本实例中，该模块还包括两个USB端口 104a、104b,它们能够使PIM分析器与模块100之间建立串行连接。
[0083]图2为用于构造根据本发明的RTF模块的电路图。如图所示，输入端口 101、输出端口 102、监控端口 103、USB端口 104a、104b之间耦接了许多电子模块。即，定向耦合器模块205、基准接收器模块206、主接收器模块207、合成器模块208、控制模块209、相位检测器210、偏置三通211、RF限幅器212以及DC电源供应213。
[0084]定向I禹合器模块205包括一个前向f禹合器205b和两个反向f禹合器205a、205c。在本实例中，前向耦合器205b具有大约37dB的耦合损耗，两个反向耦合器具有大约30dB的耦合损耗。在PM分析器的Tx和Rx频带，全部三个耦合器的方向性都调到至少20dB。如图所示，第一反向耦合器205a耦接到容纳在合成器模块208中的VSWR合成器。在该实例中，VSWR合成器包括VSWR源208b和放大器208a。在该实例中，第一反向耦合器205a所起到的作用是，当RTF模块处于VSWR故障定位(Range-To-VSWR)模式时，向输出端口 102上注入VSWR激励信号。
[0085]在该实例中，前向耦合器205b耦接到基准接收器模块206的前端，该基准接收器模块将在下面进行更详细的讨论。在该实例中，该前向耦合器205b担当双重作用，这取决于该仪器运行于哪种模式。在PIM故障定位(Range-To-PIM)模式下,前向稱合器205b从PIM分析器中采样两个大功率载波，从而使得该模块生成基准PIM信号。在VSWR故障定位(Range-To-VSffR)模式中，前向耦合器采样向前传播的VSWR激励信号，从而使得该设备能够测量矢量反射系数。
[0086]第二反向耦合器205c的输出连接到主接收器模块207的VSWR反向端口。当RTF模块100在VSWR模式下运行时,第二反向稱合器米样来自DUT的反射信号。
[0087]显然，本领域内的技术人员应当了解，在制造定向耦合器模块205的过程中需要格外注意，以确保它的残留PM电平极低(最大为-120bBm)。这对设备的基线PM电平的最小化从而总体上使仪器的敏感度最大化很关键。
[0088]如图所示，合成器模块208包含三个信号源:上述的VSWR源208b、第一频率合成器208c、第二频率合成器208d。在该实例中，VSWR源208b是宽带PLL合成器。它可以以5kHz的增量调到PM分析器的Tx和Rx频带中的任何频率。它还能够在远远超出这些频带的频率下运行，尽管这在预期的应用中通常可能是不需要的。VSWR源的输出功率电平可设计为四个等级:-4dBm、-ldBm、+2dBm、+5dBm。正常的运行条件下的等级设置为+5dBm。VSWR源的输出连接到RF放大器模块208a，RF放大器模块208a将信号等级提高到大约+15dBm。RF放大器的输出连接到第一反向I禹合器205a的I禹合端口，第一反向I禹合器205a在设备的RF输出端口 202的方向上将信号注入到主RF路径上。
[0089]频率合成器208c是与VSWR源合成器同类型的宽带PLL合成器。它为主接收器模块207和基准接收器模块206中的第一降频变频器级提供了本机振荡器信号。这确保了两个接收器中的第一 IF信号彼此锁相。
[0090]频率合成器208d为70MHz固定频率的晶体振荡器。它为主接收器模块207和基准接收器模块206中的第二降频变频器级提供了本机振荡器信号。这确保了两个接收器中的第二 IF信号彼此锁相。
[0091]本领域内的技术人员应当了解，不需要RTF模块中的任何频率源都彼此共享或者甚至与P頂分析器内的两个Tx合成器共享共同的IOMHz的基准。主接收器和基准接收器共享来自频率合成器208c、208d的共同供给，这是足够的。
[0092]在该实例中，主接收模块207包括前端具有一对RF开关207a、207c的窄带外差接收器。这些开关可在两个RF输入端口之间切换，这取决于仪器运行在PM故障定位(Range-to-PIM)模式还是VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式。如果输入的PIM信号的振幅超出一定电平，它们同样允许40dB的固定衰减器207b切换到RF路径中。当设备处于P頂故障定位(Range-to-PM)模式时，开关207a、207c置于PM输入端口，如果需要则同时使衰减器207b在电路中。该配置使得主接收器能够对来自RTF模块的监控端口 110、203的输入PM信号进行检测。当设备处于VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式时，输入开关207c置于VSWR REV输入端口。这使得主接收器能够对来自反向耦合器205c的输出进行检测。
[0093]在该实例中，主接收器的体系结构包括两级降频变频器，在第一 IF级和第二 IF级中都进行放大和过滤。第一本机振荡器信号和第二本机振荡器信号是从第一频率合成器208c和第二频率合成器208d获得的。接收器的第二 IF带宽为4kHz。标称背景噪声小于-130dBm。当运行于PM故障定位(Range-to-PM)模式时，可调节主接收器以检测任何阶次的PM产物。这不仅包括頂3，还包括任何偶然落在接收频带内的更高阶PM产物，如IM5, IM7,頂9等，当然条件是这些信号在系统的背景噪声之上。这使得该设备能够利用各种PM产物或者甚至是不同阶次的产物的组合来查明PM故障并对结果复核。
[0094]主接收器产生两个输出:RSSI信号，它是与PM或VSWR REV信号中的功率(dBm)成比例的DC电压；以及450kHz方波，它只是降频的PM或VSWR信号的限幅形式。该450kHz方波由接收器的第二 IF级中的限幅放大器产生，并且包含了未削波的信号中的所有相位Ih息，但是去除了幅度内容。
[0095]在RTF模块100的控制模块209中将RSSI信号数字化，并使用存储在控制模块的EEPROM中的一组校准常数将其转化成单位为dBm的功率电平。产生的值通过USB链接510报告给PM分析器。450kHz方波用于测量PM信号或VSWR REV信号的相位。这是在相位检测器模块210中实现的，将在下面对其进行更详细的讨论。
[0096]在该实例中，基准接收器模块206包括窄带外差接收器，其具有位于其前端、耦接到前向耦合器205b的固态开关206a、206c网络和SAW滤波器206b。基准接收器模块206执行两个不同的功能，这取决于该仪器运行于P頂故障定位(Range-to-PM)模式还是VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式。当该装置处于PM故障定位(Range-to-PM)模式时，基准接收器模块的主要功能是生成基准PM信号，测量的PIM信号的相位可以与该基准PM信号进行对比。
[0097]该过程中的第一步是，在基准接收器模块的输入处将Tx频带SAW滤波器206b切换到RF路径中。该SAW滤波器允许来自PIM分析器的采样Tx1和Tx1载波通过降频变频器链，同时防止下游电路元件中产生的任何P頂信号通过前向耦合器205b反向传播到PM分析器中。在某些情况中，单个SAW滤波器无法为该目的提供足够的抑制，在这些情况中，可将两个或更多个SAW滤波器级联连接，从而实现期望的性能。
[0098]采样Tx1和Tx1载波随后进入第一降频变频器级206d。在本实例中，第一降频变频器为Renesas UPC2758TB有源混频器，并特意使其在其压缩区附近运行。其效果是创建一组可用作基准音调的互调产物。作为额外的益处，UPC2758TB设备还将这些互调产物降频至第一 IF频带。该方法避免了对单独的基准音调生成器电路的需求。随后将第一降频变频器的输出通过带通滤波器206e从而去除残留的Tx载波和不需要的互调产物。随后，剩余信号进入第二降频变频器级206g、206f，在其中将其混合降至450kHz，从而完成基准PM生成过程。
[0099]主PM信号和基准PM信号都来自同一对大功率载波，这一事实为整个系统带来了很多性能优势。首先，UPC2758TB中生成的基准PM信号与DUT中生成的主PM信号锁相。这在任何相干测距系统中都是必不可少的。
[0100]其次，两个大功率载波的绝对相位的任何变化都同样被主PIM信号和基准PIM信号追踪。这是尤其重要的，因为PIM分析器中的HPA模块在延长的工作期内会变热，因而导致其相位响应随时间而变化。通过使用同一对载波来生成主PM信号和基准PM信号，HPA的相位响应中的任何变化都会被自动抵消。一个额外的益处是RTF模块使用的相位检测算法不必进行温度补偿。
[0101]在VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式中，基准接收模块206将Tx频带SAW滤波器206b切换出RF路径，从而采样的VSWR的激励信号可直接传送到降频变频器链。这将允许在PM分析器的Tx频带和Rx频带这两个频带内进行VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测量。原则上，如果参与测试的装置的回波损耗小于大约3dB，则还可以在PIM分析器的Tx频带和Rx频带范围外进行VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测量。选择性地，RTF模块可从PM分析器的测试端口卸下，并在RTF模块的输入端口 101附加一个50ohm的负载。这会使得该装置能够进行高精度宽带VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测量，而不依赖DUT的回波损耗。
[0102]无论仪器在哪种模式下运行，基准接收器都会产生两个输出:RSSI信号，其是与PM或VSWR FWD信号中的功率(dBm)成比例的DC电压；以及450kHz方波，它仅是降频的PM或VSWR信号的限幅形式。该450kHz方波由接收器的第二 IF级中的限幅放大器产生，并且包含了未削波的信号中的所有相位信息，但是去除了幅度内容。
[0103]在RTF模块的控制模块209中将RSSI信号数字化，并使用存储在控制模块的EEPROM中的一组校准常数将RSSI信号转化成单位为dBm的功率电平。产生的值通过USB链接510报告给PM分析器。450kHz方波用作相位基准，比照其来测量PM或VSWR FffD信号的相位。这是在相位检测器模块210中实现的。
[0104]如图所示，来自主接收器模块207和基准接收器模块206的450kHz方波输出提供至相位检测器模块210。在本实例中，相位检测器模块210包括来自ON Semiconductor的MCK12140相位-频率检测器1C，以及有源低通差分滤波器。该电路的输出为DC电压Vphase,它与主方波和基准方波之间的相位偏移成比例。该电路为四象限探测器，即它能够准确地测量从-180°至+180°的相位偏移。[0105]控制模块209中的微控制器对来自相位检测器模块210的输出电压Vphase数字化，并使用存储在控制模块的EEPROM中的一组校准常数将其转化以角度为单位的相位偏移。产生的值通过USB链接510报告给PM分析器。
[0106]在一个选择性实施例中，上述相位检测器可被数字相位检测器代替，如本 申请人:早先提交的标题为 “Method and Apparatus for Locating Faults in CommunicationsNetworks”的澳大利亚临时申请AU2010903266所述，在此通过引用将其并入本文。[0107]在该实例中，控制模块209协调RTF模块中的各种模块的功能。它还管理与PM分析器的通信链接，从而确保测量是以同步方式进行的。控制模块主要由Microchip制造的微控制器PIC24HJ256GP206A组成。该微控制器包括256kb的板载EEPR0M，其中可存储RTF模块的出厂校准数据。这避免了该单元与包含该单元独有的校准数据的单独的安装光盘一起运送。
[0108]微控制器执行下面的功能:
[0109].根据需要打开或关闭RTF模块中的装置的偏置电压。
[0110].对合成器模块208中的PLL编程。
[0111].根据仪器的运行模式(即Range-to-PM或Range-to-VSWR)设置RTF模块中的RF 开关 206a、206c、207a、207c 的状态。
[0112].将来自主接收器207、基准接收器206和相位检测器模块210的输出电压数字化。
[0113].利用存储在EEPROM中的校准常数将来自主接收器和基准接收器的测量输出转化为以dBm为单位的功率电平。
[0114]?利用存储在EEPROM中的校准常数将来自相位检测器模块210的测量输出转化为以度为单位的相位偏移。
[0115].将测量到的来自RTF模块的功率电平和相位偏移报告给PIM分析器。
[0116]与PM分析器的通信是利用FTDI制造的FT232RL USB转串行接口模块(USB-to-Serial interface module)实现的。该IC的一侧连接到微控制器的UART,另一侧连接到RTF模块外部上的USB2.0Min1-B连接器。FT232RL还从PM分析器的USB端口提供5V供电。该5V轨用于为微控制器供电。RTF的其它模块从PIM分析器的监控端口 502获取电源。
[0117]当RTF模块100首先连接到PIM分析器时，微控制器对PM分析器执行信号交换和设备验证程序。在该阶段中，PM分析器的监控端口上的12V供电无效。当与PIM分析器的通信链接已经建立时，P頂分析器启动12V供电。RTF模块中的微控制器随后根据需要的运行模式将来自DC电源的偏置电压打开。
[0118]偏置三通(bias tee)211为紧接在监控端口连接器103后面的内部模块。在该实例中，偏置三通从监控端口的中心引脚提取12V DC供电电压，并将该供电电压提供至DC电源213。该DC电源包含一堆稳压器和电源滤波器，它们将12V供电转化为一组更小的电压，用于RTF模块中的各个模块。RF限幅器212用于防止在强RF信号源意外地连接到RTF模块的监控端口时，主接收器模块207受到毁坏。
[0119]图3描绘了一个选择性RTF模块100的布置。如图所示，在该实例中，RTF模块的结构与上面相对于图2所讨论的模块的结构类似。即，该RTF模块包括定向耦合器模块205、基准接收器模块206、主接收器模块207、合成器模块208、控制模块209、相位检测器210、偏置三通211、RF限幅器212以及DC电源213。基准接收器模块206、主接收器模块207、合成器模块208、控制模块209、相位检测器210、偏置三通211、RF限幅器212和DC电源供应213之间的互连关系基本上与上面相对于图2描述的相同。图2与图3的RTF模块的结构体系之间的主要区别点在于，图3包含了一个六端口的反射计213，其耦接到定向耦合器模块205与基准接收器模块206之间。
[0120]如图所示，反射计213具有标示为“FWD IN”和“REV IN”的两个RF输入端口。FWDIN端口通过位于基准接收器206的输入处的RF切换网络206a连接到前向耦合器205b的输出。REV IN端口连接到反向耦合器205c的输出。
[0121]FffD IN和REV IN端口处的信号施加到六端口接头213a，接头213a生成这两个输入信号的四个不同的线性组合。这四个输出信号通过单刀四掷RF开关213b和单刀双掷RF开关206c连接到基准接收器206的降频变频器的输入。与四个输出信号相对应的RSSI电压依次在RTF模块的控制模块209中数字化，并使用一组存储在控制模块的EEPROM中的校准常数将它们转化为以dBm为单位的功率电平。将产生的功率电平通过USB链接报告给PM分析器，其中利用存储在PM分析器硬盘驱动器上的一组六端口校准常数将它们转化为矢量反射系数。
[0122]本领域内的技术人员显然能够理解，当使用六端口反射计时，主接收器207是不需要的。因此可以将主接收器中的有源元件断电，从而降低RTF模块的电源消耗。
[0123]图2和图3的布置都与PM分析器使用了 USB连接以及板载DC模块，该模块从PM分析器的监控端口获取12V的供电。本领域内的技术人员显然能够理解，通过在监视器连接上执行通信，可删除PM分析器与RTF模块100之间的USB连接。这可以通过将PM分析器的触摸屏PC上的备用RS-232端口连接到调制解调器实现，该调制解调器将数字数据流调制到2.176MHz载波上，类似于AISG通信链接。调制后的波形将会被注入到PM分析器监控端口上。RTF模块内部也需要一个类似的调制解调器。它将连接到RTF模块的偏置三通211的DC端口。调制解调器收到/发出的数据流将连接到控制模块209上的微控制器的UART。
[0124]在另一个实施例中，RTF模块114将会完全由PM分析器前面板的两个USB端口供电。这将消除在RTF模块中安装偏置三通211的需求。但是，PIM分析器与RTF模块之间的这种形式的互连是不够理想的，因为这需要在使用时将PM分析器的两个USB端口都连接到RTF模块。这是因为单个USB端口无法提供足够的电源来驱动RTF模块。因而，当使用RTF模块时，用户不能将鼠标、记忆棒、文件传输线缆连接到PM分析器。
[0125]参考上面的图2和图3讨论的RTF模块实例是单频带设备，其被设计为在仅一个蜂窝式频带中运行。但是，RTF模块100可以轻易地配置为用于多频带运行。这通过使用图4中所示的类型的基准接收器模块206实现。在该基准接收器模块206的布置中，位于基准接收器模块206输入处的SAW滤波器206b被一堆SAW滤波器406b代替，每个目标Tx频带一个SAW滤波器，并可根据需要转换到RF路径中。
[0126]选择这些SAW滤波器以覆盖每个需要的蜂窝标准的Tx频带，如AWS、PCS1900、DCS1800、GSM900、CDMA850等。唯一的要求是每个Tx SAff滤波器必须在该标准的对应Rx频带内具有高衰减(即大于SOdB)。在某些实例中，为了该目的，单个SAW滤波器可能无法提供足够的抑制，在该情况下，可将两个或更多个SAW滤波器级联连接来实现期望的性能。[0127]为了在这些SAW滤波器之间切换，还将原来的单刀双掷开关206a和206c替换为一对单刀六掷开关406a、406c。这六个开关设置中的一个是没有任何SAW滤波器的直通连接。该设置在仪器运行于VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式时使用。
[0128]一种配置多频带运行的RTF模块的方式是使用图11中示出的类型的基准接收器模块206。在该基准接收器模块206的布置中，位于基准接收器206的输入处的SAW滤波器206b被宽带单片放大器1101代替。当RTF模块处于PM故障定位(Range-to-PM)模式时，该放大器允许采样的Tx1和Tx2载波通过降频变频器链，同时阻止在下游电路元件中产生的任何PM信号通过前向耦合器205b反向传播到iQA的测试端口中。单片放大器具有DC至3GHz的工作频率范围，这将允许基准接收器模块能够使用于所有现存的蜂窝式频带。
[0129]RTF模块中限制其多频带功用的其它设备只有定向耦合器205a、205b、205c，以及多个功率分配器，功率分配器将第一频率合成器208c和第二频率合成器208d分别在两个接收模块之间分配。此外，在上面相对于图3讨论的六端口反射计的实施例的情况下，六端口接头的性能依赖于频率。因此，为了优化RTF模块在多个蜂窝式频带上的性能，可能需要将上述组件升级为跨越带宽的倍频程或更多的装置。选择性地，多频带选择可以通过两个变形来实施:覆盖例如700MHz、CDMA850和GSM900的“低频带”变形，以及覆盖例如AWS、DCS1800.PCS1900的“高频带”变变形。
[0130]如上面所述，RTF通常是连同 申请人:早先提交的美国申请US11/936，968和USl 1/941，712中讨论的类型的PM分析器500 —起使用。如图所示，RTF模块100通过其输入端口 101直接耦接到PIM分析器的测试端口。尽管RTF模块被示为直接连接到分析器500的测试端口 501，但是本领域内的技术人员显然可以理解，可以通过使用适当的RF跨接电缆将该模块耦接到测试端口 501。在该实例中，RTF模块100的监控端口 103通过电缆503耦接到PM分析器的的监控端口 502，同时USB端口 104a、104b中的至少一个通过USB电缆510耦接到USB端口 509a、509b中的一个。
[0131]如上面所述，在USl 1/936，968和USl 1/941，721中讨论的类型的PM分析器需要稍作修改(例如，增加监控端口)，从而允许分析器500使用RTF模块100来对进行测试的装置中的PM和VSWR故障进行检测监控端口。此外，还需要更新应用软件，以与访问RTF模块相关的新特性。
[0132]图6描绘了利用修改的PM分析器500和RTF模块100对电缆网络中的故障进行检测的系统的一种可能的配置。如上所述，PM分析器500被修改为在前面板上包括监控端口 502，通过该端口将PM信号的放大形式传送到RTF模块100。修改后的分析器还需要内部偏置三通504用于将DC电压插入到监控端口 502上，从而可通过分析器的电源507对RTF模块100供电。还需要RF限幅电路505，用于防止分析器由于强信号源被错误地连接到监控端口而毁坏。除了这些修改，该分析器可以具有新的应用软件、图形用户界面、装置驱动器，从而使用户能够使用P頂故障定位(Range-to-PM)和VSWR故障定位(Range-to-VSWR)功能。还可以将该分析器的固件升级为新的版本，从而提供额外的测试选项。
[0133]为了便于对电缆网络中的故障定位，将RTF模块100连接到分析器500与进行测试的装置508之间，使得RTF模块的输入端口 101直接或通过RF跨接电缆耦接到分析器的测试端口 501，同时RTF模块的监控端口 103通过跨接电缆503耦接到分析器的监控端口502。随后将进行测试的装置连接到模块100的RF输出端口 102。同样，来自RTF模块100的USB端口 104a、104b中的至少一个通过USB电缆耦接到分析器500的USB端口 509a、509b中的一个。[0134]上面的对于PM分析器的修改为系统提供了许多额外的功能，这些功能是先前的未修改版本的P頂分析器不具备的，如:
[0135]?用于 PIM 故障定位(Range-to-PIM)和 VSWR 故障定位(Range-to_VSWR)分析的扫描设置屏幕。
[0136].屏幕上的PM与距离的曲线图、回波损耗与距离的曲线图、或者二者的覆盖图
[0137].屏幕上的显示为幅度曲线或史密斯圆图的回波损耗与频率的曲线图。
[0138].高级标记功能，其使得用户能够比较PM和VAWR域之间的结果。
[0139]有利地，该系统运行操作员在PM故障定位(Range-to-PM)测试与VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测试之间交替，而不需要改变任何测试端口连接。甚至如果需要，仪器能够同时执行两种类型的测量。系统在各种可用的测试模式下的运行将在下面进行更详细的描述。
[0140]在PM故障定位(Range-to-PM)模式下，系统需要PM分析器500和RTF模块100在多个离散的频率点的范围内进行一连串的同步测量。在扫描的每个频率点处，PM分析器500首先通过两个仪器之间的USB链接510将当前PM频率发送至RTF模块100。这使得RTF模块能够将它的两个接收器206、207调到与PIM分析器500中的接收器相同的频率。
[0141]随后PIM分析器从它的测试端口发出一对大功率CW载波，如 申请人:早先提交的标题为“Method and Apparatus for Locating Faults in Communications Networks，，的澳大利亚临时申请AU2010903266中所讨论，在此通过引用将其并入本文。这些载波通过RTF模块100的输入端口 101进入RTF模块100。当载波传播通过RTF模块100时，定向耦合器模块205中的前向耦合器205b对这些载波进行采样。采样的载波然后被馈送至RTF模块100内部的基准接收器模块206，基准接收器模块206生成PIM产物的频谱，该频谱的作用是为系统提供相位基准。将期望的PIM产物降频到450kHz并实施到相位检测器模块210的基准端口。
[0142]原来的两个大功率载波继续通过RTF模块100，并从输出端口 102发出。随后它们传播到DUT中，在DUT中通过其中的故障组件生成PM信号。该PM信号离开DUT并反向传播，通过RTF模块100并进入PM分析器500的测试端口 501。
[0143]PM信号进入PM分析器500时，PM分析器的单纤三重波分复用器(triplexer)将PIM信号从两个大功率载波中分离，如 申请人:早先提交的澳大利亚临时申请AU2010903266中所讨论的。随后通过PM分析器的接收器模块前端的低噪音放大器将PM信号放大。经放大后，3dB功率分配器将PIM信号拆分为两个相等的部分。PIM信号的一半进入PIM分析器的降频变频器链，这在 申请人:早先提交的澳大利亚临时申请AU2010903266中进行了讨论。PM信号的另一半经过进一级的放大，并通过面板式QMA连接器从PM分析器的收发器栈发出。随后PM信号通过长度较短的同轴电缆，从PIM分析器的监控端口502发出，随后传播到RTF监控端口 103中。
[0144]进入RTF模块时，PIM信号被路由到主接收器模块207，主接收器模块207将PM信号降频至450kHz。随后相对于上文描述的基准PM信号对降频后的PM信号的相位进行测量。这是通过RTF模块的相位检测器模块210实现的。测量出的相位偏移由RTF模块的控制模块209记录。同时记录主PM信号和基准PM信号的幅度。尽管测量过程并不严格地要求这些数据，但是它们仍然为RTF模块是否正确运转提供了有用的指示。
[0145]RTF模块的控制模块209通过两个仪器之间的USB链接510将测量的相位偏移和信号幅度报告给P頂分析器。P頂分析器将这些数值连同通过它自身的接收器测量到的PM电平存档。随后PM分析器将它的其中一个大功率载波设置为下一个扫描频率，并重复上述的过程。
[0146]一旦完成频率扫描，PIM分析器内部的触摸屏PC对测量数据进行后处理，从而计算出DUT中的PM故障的位置和严重程度。结果以图像形式显示在屏幕上，并且如果需要可将其保存为PC硬盘驱动器上的报告。
[0147]除了 PM故障定位(Range-to-PM)模式，系统还具有低功率的VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式。在多数情况中，低功率VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式将会是定位VSWR故障的优选的方法。顾名思义，这是一种低功率测试，它可在PIM分析器的传送和接收频带这两个频带内执行。它需要RTF模块在多个离散的频率点的范围内进行一连串的矢量反射系数测量，随后在PM分析器中进行后处理操作。当设备在该模式下运行时，PIM分析器的两个大功率载波是不需要的，并通常会在测试期间将其关闭。
[0148]在扫描中的每个频率点处，PIM分析器500首先将期望的测量频率通过两个仪器之间的USB链接510发送至RTF模块100。RTF模块将其VSWR源合成器模块208b设定为该频率。随后通过VSWR驱动器放大器208将合成器的输出提升到大约+15dBm的功率电平。
[0149]放大的VSWR激励信号通过定向耦合器205a注入主RF路径上。主RF路径上的耦合信号的功率电平大约为-15dBm。这对于在PIM分析器的Tx频带和Rx频带这两个频带中执行测试是足够低的，而不会导致仪器或DUT中的任何有源设备的毁坏。
[0150]激励信号在DUT的方向上传播通过RTF模块100。这样，前向耦合器205b对信号进行采样，用于提供基准信号，反射信号的幅度和相位可与该基准信号对比。所采样的激励信号馈送至RTF模块内部的基准接收器模块206，基准接收器模块206将该信号降频至450kHz并将其实施到相位检测器模块210的基准端口。
[0151 ] 原始的VSWR激励信号继续通过RTF模块，并从输出端口 102发出。随后它传播到DUT中，DUT中的故障组件将信号反向散射。激励信号的反射部分反向传播离开DUT并进入RTF模块100的输出端口 102。
[0152]当反射的激励信号传播通过RTF模块100时，反向耦合器205c对其进行采集。采样的信号进入主接收器模块207，主接收器模块207将信号降频至450kHz。
[0153]随后，相对于上述的基准信号的相位对降频后的反射信号的相位进行测量。这是通过RTF模块的相位检测器模块210实现的。测量的相位偏移被RTF模块的控制模块209记录。同样还记录基准信号和反射信号的幅度。
[0154]RTF模块的控制模块通过两个仪器之间的USB链接510将测量的相位偏移和信号幅度报告给P頂分析器。PM分析器将这些数值存档。随后PM分析器将下一个扫描频率发送给RTF模块，并重复上述的过程。
[0155]一旦频率扫描完成，PIM分析器内部的触摸屏PC对测量到的数据进行后处理，从而计算出DUT中的VSWR故障的位置和严重程度。将结果以图像形式显示在屏幕上，如果需要可将其保存为PC硬盘驱动器上的报告。
[0156]最后需要注意的是，在原理上，本发明可在非常宽的频率范围内执行低功率VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测量，频率范围包括PM分析器的Tx频带和Rx频带以外的频率。但是，通常这是不推荐的，因为无法对所有的负载阻抗保证准确的结果，特别是对高反射率终端设备，除非将RTF模块从PIM分析器的测试端口 501断开，并且对RTF模块的输入端口 101附接50ohm的负载。
[0157]该系统还具有大功率的VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式。该模式与低功率的情况非常类似，除了激励信号是由PM分析器提供的。这样，可在在+33至+43dBm范围内的功率电平处执行测试。这对用户希望在更能代表正常运行条件的功率电平下的DUT进行测试的情况是有利的。这同样对于系统中存在外部干扰信号的情况是有利的；而当设备处于低功率VSWR模式时，典型的干扰信号电平预计将会导致测量到的回波损耗的较大误差，当设备处于高功率VSWR模式时典型的干扰信号电平的影响通常将会是微不足道的。
[0158]大功率VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测试只能在PM分析器的Tx频带内的频率上执行。在扫描中的每个频率点处，PIM分析器500首先通过两个仪器之间的USB链接510将期望的测量频率发送给RTF模块100。这使得RTF模块能够将它的两个接收器206、207调到正确的频率，从而检测激励信号。当设备运行于该模式时，RTF模块的VSWR源合成器208b和驱动器放大器208a是不需要的，并且通常在测试期间将其关闭。
[0159]随后PIM分析器打开它的大功率载波中的一个。该载波从PIM分析器的测试端口501发出，并通过输入端口 101进入RTF模块101。从此处之前的测量过程与上述的低功率VSffR故障定位(Range-to-VSWR)模式相同，除了必须在RTF模块100中的主接收器207和基准接收器206的输出端处的一对较大的衰减器必须切换到RF路径中。这是为了确保采样的前向激励信号和反射激励信号保持在两个接收器的动态范围范围内。
[0160]在一个选择性实施例中，代替使用上述的可切换的衰减器，可以将两个接收器的输入处的RF开关206a、206c、207c设置为获得相同的输出。例如，可将基准接收器中的第一开关206a置于进行VSWR测试的正常位置，而可将第二开关206c置于PM故障定位(Range-to-PM)模式中使用的位置。在该配置中，RF开关206c的隔离充当衰减器，将降频变频器输入处的信号的强度降至更合适的电平。同样，可将主接收器中的开关207c置于来自监控端口的PIM输入中的一个，从而将VSWR REV信号衰减掉与开关的隔离相等的量。
[0161]利用本发明的系统，可以几乎同时执行PIM故障定位(Range-to-PIM)和VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测试。这既适用于低功率VSWR测试也适用大功率VSWR测试。为了同时执行PIM故障定位(Range-to-PIM)和低功率VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测试，将PM分析器的一对大功率载波和RTF模块的VSWR源208b、208a同时打开。随后，PM故障定位(Range-to-PIM)和VSWR故障定位(Range-to-VSWR)测量可在两个任意且独立的频带处进行。
[0162]系统每次从PM测量切换至VSWR测量时，必须对RTF模块进行相应的配置。这需要将主接收器和基准接收器中的RF开关206a、206c、207a、207c设置到正确位置，并将第一本机震荡器208c设置到适合当前测量的适当频率。对运行模式的唯一限制是，VSWR源的频率必须不能设置为与来自PIM分析器的两个载波的频率或当前进行测量的PM产物的频率中的任一个相同。[0163]为了同时执行PM测试和大功率VSWR测试，将PM分析器的两个载波打开，同时必须将RTF模块的VSWR源208b、208a关闭。随后进行上述的PM故障定位(Range-to-PM)扫描。该测量程序中的唯一变化是，在指定频率点进行PM测量后，必须配置RTF模块100中的RF开关206a、206c、207a、207c和第一本机震荡器208c，用于在扫描的载波的频率处的VSWR测量。在该过程中不必关闭第二载波。在测量反射系数后，将RTF模块返回到PIM模式，系统进入下一个频率点。
[0164]该运行模式的唯一限制是，VSWR扫描必须要在与PM扫描中扫描到的载波覆盖的频率相同频率上执行。
[0165]对于PIM故障定位(Range-to-PIM)和VSWR故障定位(Range-to-VSWR)运行都必须对RTF模块进行校准。每个校准由两部分程序组成。第一部分在工厂中在制造过程中执行的。第二部分为现场校准程序，这必须由用户周期性地实施，通常为每天一次。这些校准程序的细节将会在下面呈现。
[0166]针对主接收器模块207的功率校准程序主要描述的是接收器的输入处的RF信号电平与接收器的输出处的RSSI电压之间的关系。RTF模块首先从PIM分析器断开。RTF模块100的输入端口 101和输出102端口在50 Ω的匹配负载终止，将一个外部偏置三通连接到监控端口 103从而为该设备提供DC电源。将一个外部信号发生器连接到偏置三通的RF信号输入端口，并且将接收器前端的RF开关207c切换到PM输入端口。随后信号发生器向监控端口注入已知频率和功率的频调(tone)，并且将主接收器207输出处的RSSI信号记录。在电路中存在RF衰减器207b和不存在RF衰减器207b这两种情况下，在仪器的全部运行范围内的许多频率和功率电平上重复该过程。将结果存储在控制模块的EEPROM的查找表格中。
[0167]针对基准接收器模块206的功率校准程序主要描述的是接收器的输入处的RF信号电平与接收器的输出处的RSSI电压之间的关系。RTF模块100从PIM分析器500断开。RTF模块100的输出端口 102在50 Ω的匹配负载终止，将一个外部信号发生器连接到RF IN端口。将一个外部偏置三通连接到监控端口 103从而为RTF模块提供DC电源。随后将接收器前端的RF开关网络206a、206c置于VSWR模式。该信号发生器向RF IN端口注入已知频率和功率的频调，并对基准接收器206的输出处的RSSI信号进行记录。在仪器的全部运行范围内的许多频率和功率电平上重复该过程。将结果存储在控制模块的EEPROM的查找表格中。
[0168]随后必须在PM分析器的Tx频带上重复上述进程，同时将RF开关网络置于PM模式。这将SAW滤波器206b切换到RF路径中，从而使系统能够表现滤波器的通带波纹的特点(或者如果使用的是图11的实施例，则为单片放大器的增益溢出)。将这些结果存储在EEPROM的单独查找表格中。
[0169]相位检测器校准主要描述的是相位检测器210的输入处的两个450kHz方波与相位检测器的输出处的电压Vphase之间的关系。RFT模块首先从PIM分析器500断开，输出端口 102在50 Ω的匹配负载终止。将一个外部偏置三通连接到监控端口 103从而为RTF模块提供DC电源。将一个可变相位移相器连接到偏置三通的RF输入端。将主接收器输入处的RF开关网络转换到PM输入端口，同时将基准接收器输入处的RF开关网络转换到VSWRFffD 端 口。[0170]利用输出端口上具有功率分配器的外部信号发生器，将-15dBmRF频调(频率设在PIM分析器的Rx频带的中间)同时施加到RFT模块的RF IN端口和附接在监控端口上的可变移相器的输入端口。随后以5至10°的增量将移相器步进通过完整的360°相位旋转。在每个相位设置处，对输出电压Vphase进行记录。完成该过程后，将这些结果存储在控制模块的EEPROM的查找表格中。
[0171]在一个选择性方法中，相位检测器校准可利用一对锁相信号发生器实现，其中一个锁相信号发生器具有可调输出相位功能。仍然，将一个外部偏置三通连接到监控端口 103从而为RTF模块提供DC电源。将固定相位信号发生器连接到偏置三通的RF输入端口，同时将可变相位信号发生器连接到监控端口。随后，两个信号发生器设置为相同的频率，优选的是接近RTF模块的运行频率范围的中间。随后，将信号发生器在监控端口上的输出相位以5至10°的增量步进通过完整的360°相位旋转。在每个相位设置处，对输出电压Vphase进行记录。完成该过程后，将这些结果存储在控制模块的EEPROM的查找表格中。如果需要，上述程序可在计算机控制下执行。
[0172]当运行于PIM故障定位(Range-to-PIM)模式时,PIM故障定位(Range-to-PIM)校准程序为RTF模块创建了基准平面。该程序必须由用户定期执行，如果仪器频繁使用，优选的是每天一次。校准过程的第一步是直接向RTF模块的测试端口附接强而稳定的PIM源。在优选的实施例中，出于该目的，推荐Kaelus PIS0Q02F1V1PIM源，因为它是标准PM分析器配件包的一部分。Kaelus PM源产生接近_77dBm的頂3，以及两个+43dBm载波。接下来，在需要的频带上执行扫描PM测量，并且在每个频率点处记录主PM信号和基准PM信号之间的相位偏移。最后，将测量的相位偏移存储到PM分析器的硬盘驱动器上的文件中。当执行后面的P頂故障定位(Range-to-PIM)测量时，将这些相位偏移从测量的PIM信号的相位中减去，从而将PM故障定位(Range-to-PM)提供给RTF模块的RF输出连接器。
[0173]低功率VSWR故障定位(Range-to-VSWR)校准为矢量误差修正程序，其使得来自主接收器和基准接收器的原始幅度和相位测量可以被转换为DUT的矢量反射系数的精确测量。理想地，该校准应该由用户定期执行，如果仪器频繁使用，则优选的是每天一次。但是，如果不需要精确定位测量的精确度，则较低频率的校准是允许的。
[0174]优选的校准方法为开路-短路-负载(Open-Short-Load(OSL))程序，该程序类似于与矢量网络分析器一起使用来执行Sll校准的方法。顾名思义，OSL方法需要三个校准标准一两个反射终端设备和一个匹配负载，其在对设备进行校准的每个频率处的复的反射系数是已知的。在该标准程序的开始，主接收器和基准接收器中的RF开关分别切换到VSWRREV 和 VSWR FffD 位置。
[0175]随后将校准标准逐个连接到RTF模块的RF OUT端口，并将VSWR源208b打开，并且以适当的小频率增量在整个目标频带内对VSWR源208b进行扫描。在每个频率处，对主接收器、基准接收器和相位检测器模块的输出进行测量，并计算出一组复的校准系数。一旦完成校准进程，将VSWR故障定位(Range-to-VSWR)校准常数存储在PIM分析器硬盘驱动器上的文件中。
[0176]大功率VSWR故障定位(Range-to_VSWR)校准程序与低功率的程序相同，除了 VSWR激励信号是PM分析器提供的+43dBm载波，并且该校准只能在PM分析器的Tx频带内执行。在其它所有方面，校准程序是相同的。[0177]上述的PIM测量进程的输出为一列幅度和相位，扫描中的每个频率点有一对数值。无论装置运行于P頂故障定位(Range-to-PIM)模式还是VSWR故障定位(Range-to-VSWR)模式都是这样的情况。可将这些测量到的参数存储在PM分析器500的内部硬盘驱动器上或者其它适合的存储介质上。为了计算出DUT中的PM故障或VSWR故障的位置，必须使用PIM分析器的应用软件对该原始数据进行分析。
[0178]图7中示出了流程图700，其描绘了根据所选择的测试模式来确定PIM故障或VSffR故障的位置和幅度的PIM分析器的应用软件算法的基本操作。如图所示，首先在701，该算法对幅度和相位列表进行检索。随后在702，该算法将幅度和相位测量组合为每频率点一个的单个矢量复值。该矢量中的每个数值是根据下面的等式计算的:
[0179]
【权利要求】
1.一种在用于故障定位的系统中使用的测试模块，所述测试模块包括: 输入端口，其用于接收一个或多个测试信号； 输出端口，其用于将所述一个或多个测试信号施加到测试介质； 监控端口，其用于接收多个无源互调信号，所述无源互调信号是所述测试介质响应于所述测试信号而生成的； 定向耦合器模块，其耦接在所述输入端口和所述输出端口之间； 主接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于接收多个主返回信号，所述主返回信号是所述测试介质响应于所述一个或多个测试信号而生成的； 基准接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于根据所述一个或多个测试信号生成多个基准信号； 相位检测器模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器，所述相位检测器测量所述多个主返回信号与基准信号之间的相位偏移； 控制模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器以及所述相位检测器，所述控制模块适用于: 将来自所述主接收器的所述多个主返回信号中的每个信号转换为一组主功率电平； 将来自所述基准接收器的所述多个基准信号中的每个信号转换为一组基准功率电平； 将来自所述相位检测器的所述多个信号中的每个信号转换为一组单位为度的相位偏移；并· 对转换后的主返回信号的功率电平和基准信号的功率电平以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移进行存储，用于进行进一步处理。
2.如权利要求1所述的测试模块，其中所述定向耦合器包括至少一个前向耦合器和至少两个反向耦合器。
3.如权利要求2所述的测试模块，其中所述前向耦合器的耦合损耗为37dB，所述反向耦合器的耦合损耗为30dB。
4.如权利要求2或3所述的测试模块，其中所述至少一个前向耦合器和所述至少两个反向耦合器的方向性被调到整个测试信号频带上的至少20dB。
5.如权利要求1至4中任一项所述的测试模块，其中所述测试模块还包括耦接到所述定向I禹合器模块的合成器模块。
6.如权利要求5所述的测试模块，其中所述合成器模块包括VSWR源、第一频率合成器、第二频率合成器。
7.如权利要求6所述的测试模块，其中宽带PLL合成器能够调到所述测试信号频带内的频率范围。
8.如权利要求7所述的测试模块，其中所述VSWR源是以5kHz的增量调节的。
9.如权利要求5至8中任一项所述的测试模块，其中所述VSWR源能够编程为若干离散的功率电平。
10.如权利要求9所述的测试模块，其中所述VSWR源被设为下面的离散的功率电平中的至少一个:-4dBm、-ldBm、+2dBm 和 / 或 +5dBm。
11.如权利要求5至10中任一项所述的测试模块，其中所述VSWR源连接到RF放大器模块，所述RF放大器模块用于将所述VSWR源提高到大约+15dBm。
12.如权利要求1至11中任一项所述的测试模块，其中所述主接收器包括窄带外差接收器，其前端具有一对RF开关。
13.如权利要求1至12中任一项所述的测试模块，其中所述主接收器包括两级降频变频器，第一 IF级和第二 IF级中都进行放大和滤波。
14.如权利要求13所述的测试模块，其中所述主接收器的第二IF带宽为4kHz，标称背景噪声小于-130dBm。
15.如权利要求1至14中任一项所述的测试模块，其中所述基准接收器模块包括窄带外差接收器，其前端具有固态开关网络和SAW滤波器。
16.如权利要求15所述的测试模块，其中所述基准接收器包括第一降频变频器、带通滤波器和第二降频变频器。
17.如权利要求1至16中任一项所述的测试模块，其中所述测试模块还包括耦接在所述定向耦合器与所述基准接收器之间的反射计，其用于测量矢量反射系数。
18.一种用于对故障进行定位的系统，所述系统包括: 测试模块，所述测试模块具有: 输入端口，其用于接收一个或多个测试信号； 输出端口，其用于将所述一个或多个测试信号施加到测试介质； 监控端口，用于接收多个无源互调信号，所述无源互调信号是所述测试介质响应于所述测试信号而生成的； 定向耦合器模块，其耦接在所述输入端口和所述输出端口之间； 主接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于接收多个主返回信号，所述主返回信号是所述测试介质响应于所述一个或多个测试信号而生成的； 基准接收器，其耦接到所述定向耦合器模块，用于根据所述一个或多个测试信号生成多个基准信号； 相位检测器模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器，所述相位检测器用于针对所述多个主返回信号与所述多个基准返回信号内的每一对信号，测量相对应的各对主返回信号和基准返回信号之间的相位偏移，从而生成一组相位偏移； 控制模块，其耦接到所述主接收器和所述基准接收器以及所述相位检测器，所述控制模块适用于: 将来自所述主接收器的所述多个主返回信号中的每个信号转换为一组主功率电平； 将来自所述基准接收器的所述多个基准信号中的每个信号转换为一组基准功率电平； 将来自所述相位检测器的所述多个信号中的每个信号转换为一组单位为度的相位偏移；并且 对转换后的主返回信号的功率电平和基准信号的功率电平以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移进行存储以用于进一步处理； 测试单元，其耦接到所述测试模块的所述输入端口，所述测试单元提供所述一个或多个测试信号，并且其中所述测试单元适用于: 接收来自所述控制模块的转换后的主返回信号和基准信号的功率电平，以及转换后的主返回信号和基准信号之间的一组相位偏移，并将它们组合为单个矢量； 根据所述单个矢量估计所述测试介质中的无源互调源的数量； 确定所述测试介质中的每个无源互调源的大小和位置；以及 显示所述测试介质中的每个无源互调源的大小和位置。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述定向耦合器包括至少一个前向耦合器和至少两个反向耦合器。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述前向耦合器的耦合损耗为37dB，所述反向耦合器的稱合损耗为30dB。
21.如权利要求19或20所述的系统，其中所述至少一个前向耦合器和所述至少两个反向耦合器的方向性被调到所述测试信号频带上的至少20dB。
22.如权利要求18至21中任一项所述的系统，其中所述测试模块还包括耦接到所述定向率禹合器模块的合成器模块。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述合成器模块包括VSWR源、第一频率合成器和第二频率合成器。
24.如权利要求23所述的系统，其中宽带PLL合成器能够调到所述测试信号频带内的频率范围。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述VSWR源是以5kHz的增量调节的。·
26.如权利要求22至25中任一项所述的系统，其中所述VSWR源能够编程为若干离散的功率电平。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述VSWR源被设置为下面的离散功率电平中的至少一个:_4dBm、-ldBm、+2dBm 和 / 或 +5dBm。
28.如权利要求22至27中任一项所述的系统，其中所述VSWR源连接到RF放大器模块，所述RF放大器模块用于将所述VSWR源提高到大约+15dBm。
29.如权利要求18至28中任一项所述的系统，其中所述主接收器包括窄带外差接收器，其前端具有一对RF开关。
30.如权利要求18至29中任一项所述的系统，其中所述主接收器包括两级降频变频器，第一 IF级别和第二 IF级中都进行放大和滤波。
31.如权利要求30所述的系统，其中所述主接收器的第二IF带宽为4kHz，标称背景噪声小于_130dBm。
32.如权利要求18至31中任一项所述的系统，其中所述基准接收器模块包括窄带外差接收器，其前端具有固态开关网络和SAW滤波器。
33.如权利要求32所述的系统，其中所述基准接收器包括第一降频变频器、带通滤波器和第二降频变频器。
34.如权利要求18至33中任一项所述的系统，其中所述测试模块还包括耦接在所述定向耦合器与所述基准接收器之间的反射计，其用于测量矢量反射系数。
35.如权利要求18至34中任一项所述的系统，其中无源互调源的数量的估计包括: 基于所述矢量构建线性预测方程组，从而生成线性预测数据矩阵； 对线性预测数据矩阵执行奇异值分解，从而生成一组奇异值； 对这组奇异值进行分析，从而识别该组中的从一个奇异值到下一奇异值出现大小下降6dB的点；以及 将所述一组奇异值内的位于最后一个这种转变后的所有奇异值置为零，从而生成一组修正后的奇异值。
36.如权利要求35所述的系统，其中对每个无源互调源的位置和大小的计算包括: 利用修正后的奇异值组重新构建修改后的线性预测数据矩阵； 利用总体最小二乘法确定修正后的线性预测数据矩阵的特征多项式系数； 利用所述系数计算所述特征多项式的根； 根据所述根计算每个无源互调源的位置； 通过最小二乘Prony法，利用所述特征多项式的所述系数和根计算每个无源互调源的大小。
37.如权利要求18至34中任一项所述的系统，其中对每个无源互调源的位置和大小的计算包括: 基于所述矢量构建前向和反向线性预测方程组； 确定前向和反向线性预测方程组的特征多项式的系数； 利用所述系数通过计算所述特征多项式的根构建线性预测滤波器； 通过所述线性预测滤波器外推转换后的主返回信号的功率电平和基准信号的功率电平，以及转换后的主返 回信号与基准信号之间的相位的一组相位偏移，从而获得外推数据组；以及 计算外推数据组的快速傅里叶逆变换，从而获得用于描绘每个无源互调源的位置和大小的增强距离像。
38.如权利要求37所述的系统，其中对每个无源互调源的位置和大小的计算包括: 使用总体最小二乘法确定所述特征多项式的系数。
39.如权利要求37或38所述的系统，其中通过所述线性预测滤波器进行的外推是自回归地进行的。
【文档编号】G01R31/08GK103547933SQ201280024592
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年3月21日 优先权日:2011年3月21日
【发明者】弗兰克·斯特罗恩, 布伦丹·豪斯菲尔德, 格雷·戴尔佛斯, 伊恩·戴维斯 申请人:凯镭思有限公司