一种基于TRL校准的优化方法与流程

一种基于trl校准的优化方法
技术领域
1.本发明涉及射频电路领域，特别是涉及一种基于trl校准的优化方法。


背景技术：

2.trl校准是微波毫米波器件测试中最常用和最重要的一种校准方法，通过使用矢量网络分析仪(vna)对直通(thru)、反射(reflect)和传输线(line)三种标准校准件进行s参数量测，由算法处理得到误差系数，进而将实测数据转化成校准后的真实数据。另一方面，在大信号非线性射频器件的测试中，为了获取待测器件(dut)输出端的最佳性能，需要不断地改变负载条件，找出最大输出功率或功率附加效率对应的负载阻抗点，即为最佳阻抗点。有源负载牵引是专门用于寻找dut的最佳阻抗点的一项技术，其核心是在负载端使用信号源输入对应基波或谐波频率的信号来模拟不同的阻抗值，通过算法迭代的方式找出最佳阻抗点。
3.历经多年的发展，trl校准法已经日趋成熟，具有对校准标准依赖性低和校准面确定的优势，但同时也不可避免地存在一些缺陷，比如在低频测试条件下，line的长度过长；测试的频率范围较宽时，需要用多条line来进行校准；line的阻抗精度要求高，必须和系统阻抗一致等等。由于trl算法的缺陷，在对大功率非线性器件进行有源负载牵引测试时，易出现误差系数相位跳变的问题，进而导致最佳阻抗点的相位偏移。综上所述，一种用于判别和修正误差系数相位跳变点的trl算法改进具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于trl校准的优化方法。
5.为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于trl校准的优化方法，包括如下步骤：
7.步骤1：将所有频点根据总频点数，均分为若干个组，求得每组频点的斜率的方差；
8.步骤2：将求得的依次与设定的阈值进行比较；若存在任意一组频点的大于设定的阈值，则说明该组频点中存在相位不连续的点，进入下一步骤；否则，所有频点组的均小于阈值，所有组内的频点连续，结束步骤；
9.步骤3：获取所有方差大于设定阈值的频点组，并对这些频点组内的频点进行傅里叶变换，获得对应的频谱图；
10.步骤4：根据频谱图中的分量情况筛选相位跳变点，判断频谱图中是否存在相位跳变点；若存在相位跳变点，则进入下一步骤；否则，结束步骤；
11.步骤5：频谱图中存在相位跳变点，根据相位跳变点的相位变化对其他频点的相位进行修正。
12.进一步的，所述步骤4中，筛选相位跳变点的步骤包括：
13.步骤41：获取频谱图中相位相差360
°
的相邻频点，并标记为翻转点；
14.步骤42：根据夹具装置的电长度，获得仿真相位曲线；
15.步骤43：通过最小误差逼近法，对仿真相位曲线进行调整；
16.步骤44：将频谱图与调整后的仿真相位曲线进行比较，获取相位跳变点，结束步骤。
17.进一步的，所述步骤44中，将频谱图中与仿真相位曲线对应位置的相位相差超过设定值的频点，认为是相位跳变点；其中相位跳变点不包括谐振点和翻转点，谐振点表示频谱图中出现连续的多个高频分量的频点部分。
18.进一步的，所述相位跳变点为频谱图中与仿真相位曲线对应位置的相位相差超过10
°
的频点。
19.进一步的，所述步骤5中，修正其他频点的相位的时候，采用的修正方法为：相位跳变点及该相位跳变点之后频点的相位都加上该相位跳变点及之前的相位跳变点的跳变幅度。
20.进一步的，所述步骤5之后还会对修正后的频谱图与仿真结果进行对比。
21.本发明的有益效果为：
22.通过对trl校准得到的误差系数e23和e32的相位跳变进行识别和修正，并且在识别相位跳变点的过程中排除了谐振点的干扰，使得根据相位跳变优化后的曲线恢复连续，与接近仿真曲线。
附图说明
23.图1为本发明实施例一的优化算法的流程图；
24.图2为本发明实施例一的实测和仿真的误差系数的相位-频率曲线；
25.图3为本发明实施例一的测试夹具示意图；
26.图4为本发明实施例一的图3实测曲线修正前后的误差系数相位-频率曲线；
27.图5为本发明实施例一的含噪声点的实测曲线修正前后的误差系数相位-频率曲线；
28.图6为本发明实施例一的有源负载牵引测试系统；
29.图7为本发明实施例一的误差网络信号流图；
30.图8为本发明实施例一的算法优化前后的最优阻抗点位置。
具体实施方式
31.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
33.实施例一：
34.如图1所示，一种基于trl校准的优化方法，包括如下步骤：
35.步骤1：将所有频点均分为若干个组，求得每组频点的斜率的方差；
36.步骤2：将求得的方差依次与设定的阈值进行比较；若存在任意一组频点的方差大于设定的阈值，则说明该组频点中存在相位不连续的点，进入下一步骤；否则，所有频点组的方差均小于阈值，所有组内的频点连续，结束步骤；
37.步骤3：获取所有方差大于设定阈值的频点组，并对这些频点组内的频点进行傅里叶变换，获得对应的频谱图；
38.步骤4：根据频谱图中的分量情况筛选相位跳变点，判断频谱图中是否存在相位跳变点；若存在相位跳变点，则进入下一步骤；否则，结束步骤；
39.步骤5：频谱图中存在相位跳变点，根据相位跳变点的相位变化对其他频点的相位进行修正。
40.所述步骤1中均分频点组的时候，要求均分的频点组数应大于谐波数的两倍，相应总频点数应大于谐波数目的六倍。
41.所述步骤3中，在本例中频谱图为相位-频率曲线图。
42.如图2所示，所述步骤4中，筛选相位跳变点的步骤包括：
43.步骤41：获取频谱图中相位相差360
°
的相邻频点，并标记为翻转点；
44.步骤42：根据夹具装置的电长度，获得仿真相位曲线；
45.步骤43：通过最小误差逼近法，对仿真相位曲线进行调整；
46.步骤44：将频谱图与调整后的仿真相位曲线进行比较，获取相位跳变点，结束步骤。
47.在步骤42中，夹具装置的电长度表示夹具的物理长度除以导波波长。因为夹具装置一般由无源传输线构成；在微波波段，随着频率的升高，波长越来越短，传输线的几何尺寸往往比电磁波的工作波长还要长，或者传输线的尺寸和工作波长相比拟。需要说明的是夹具的电长度为近似的计算值，因为在测量物理长度和导波波长的过程中，难以做到精准测量，只能获取近似值。
48.在步骤43中，在调整仿真相位曲线的时候，将仿真相位曲线与实测曲线做差比较，以减小两者的差值，实现调整仿真相位曲线，以获取准确夹具装置的限位曲线。
49.如图4所示，在步骤44中，将频谱图中与仿真相位曲线对应位置的相位相差超过10
°
的频点，认为是相位跳变点；其中相位跳变点不包括谐振点和翻转点。谐振点表示频谱图中出现连续的多个高频分量的频点部分。其中去除谐振点是为了避免受到测试夹具的谐振，而产生误判。
50.所述步骤5中，修正其他频点的相位的时候，采用的修正方法为：相位跳变点及该相位跳变点之后频点的相位都加上该相位跳变点及之前的相位跳变点的跳变幅度，其中跳变幅度表示修正后的频谱图与仿真相位曲线的相位差。比如在频谱图中存在两个相位跳变点，对于第一个相位跳变和第二个相位跳变点之间的频点，包括第一个相位跳变点，需要加上第一个相位跳变点的跳变幅度；对于第二个相位跳变点之后的频点，需要加上第一个相位跳变点的跳变的幅度以及第二个相位跳变点的跳变的幅度。
51.如图5-6所示，在步骤5中完成修正后，为了验证上述优化方法的优化效果，将修正后的相位-频率曲线，既频谱图与仿真结果进行对比，确认跳变点修正的合理性和相位曲线
的连续性。在本例中分别选择对图2中的实测误差系数的相位-频率曲线，以及布满相位偏差小于10
°
的噪声点的相位-频率曲线，完成优化，获得如图4、5所示的修正曲线。通过如图6所示的检测设备对器件进行有源负载牵引测试，并将实测结果与算法优化前的实测结果以及仿真结果进行对比，验证算法优化结果的效果。有源负载牵引测试的具体步骤如下：
52.步骤61：根据跳变点的相位跳变幅度修正误差系数，并将修正后的误差系数作为校准文件导入测试软件中，对系统误差进行消除；测试软件为有源负载牵引测试的软件；
53.步骤62：将器件的负载阻抗固定为50ω，进行功率扫描；
54.步骤63：通过增益曲线(gain-p
in
)找到1db增益压缩点(p
in,1db
)的位置，并在其附近进行基波的负载牵引，找到器件的pae(power added efficiency，功率附加效率)最优阻抗点位置。
55.在步骤61中修正误差系数的时候，直接在误差系数上施加相同的相位跳变幅度。在本例中，因为相位跳变主要是由于误差系数e23和e01开根号后引起的相位变化，因此需要直接对误差系数e23和e01进行相位跳变的修正，实现对误差系数的修正，修正的过程为直接在误差系数e23和e01上施加相同的相位变化，相位变化通过步骤4、5获得。误差系数在本例中表示矢量网络分析仪中的误差。如图7所示，所述8个参数中a0，b0，a3，b3表示被矢量网络分析仪测量到的行波，a1，b1，a2，b2表示待测器件(device under test，dut)在双端口入射和反射的实际行波。在本实施例中所述误差网络a导致了误差项e
00
，e
11
，e
01
，e
10
；所述误差网络b导致了e
22
，e
23
，e
33
，e
32
。
56.如图8所示，经过算法优化后，实测得到的pae最优阻抗点与算法修正前的测试结果对比幅值增加0.04，相位偏移96.21
°
，与ads中的仿真结果基本吻合，体现了优化的效果。
57.在实施的过程中，通过对trl校准得到的误差系数e23的相位跳变进行识别和修正，并且在识别相位跳变点的过程中排除了谐振点的干扰，保证根据相位跳变优化后的曲线，与接近仿真曲线；其中误差系数e23和e01是相关的，因此只需要对其中一个进行修正，另外一个误差系数的符号就确定了。
58.需要说明的是，本实施例的方案还适用于其他基于直线传输线的校准方法，包括lrl、lrm、lrrm等校准方法。
59.以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。