确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法
【专利摘要】本发明涉及确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，首先对微波部件3阶无源互调电平的测量值对载波功率之和进行多项式拟合，基于拟合后的3阶无源互调电平随载波功率之和的变化曲线，以载波功率之和的最小值向更小取整为起始功率，以载波功率之和的最大值向更大取整为终点功率，以待预测高阶无源互调的载波功率为中心，依次采用奇数个功率及互调电平测量值对3阶无源互调电平随功率变化关系的幂级数展开式进行参数估计，从而实现对高阶无源互调电平的预测，该方法实现微波部件宽功率变化范围高阶无源互调的准确预测，为后续型号在高阶无源互调测试系统不具备条件下微波部件高阶无源互调电平的评估提供了有效手段。
【专利说明】
确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，属于微 波部件无源互调领域。
【背景技术】
[0002] 无源互调(Passive-Intermodulation，简称PIM)是指在大功率条件下，当输入两 个或者两个以上载波时，由于微波无源部件的非线性导致载波信号相互调制，产生载波频 率的组合产物落入接收通带内造成干扰的现象，当互调电平较低时，会使接收信号底噪抬 高，使接收机信噪比降低，误码率升高；当互调电平进一步增高时，会影响整个通信系统的 正常工作，被迫降低功率使用，或分通道使用;严重时互调产物将淹没接收信号，导致通道 阻塞，通信中断，使整个系统处于瘫痪状态。因此无源互调效应是影响航天器载荷性能、高 可靠性的重要因素。
[0003] 在空间应用中，受频率资源的限制，发射信号和接收带宽通常相距较远，无源互调 的阶数通常较高。而高阶的无源互调的功率电平更小，对小信号的观测较困难导致高阶的 无源互调测量困难较大，而测试低阶的无源互调相对容易。因此在进行微波部件无源互调 分析评价时，通常需要根据低阶无源互调来预测高阶无源互调电平，从而实现对微波部件 无源互调特性的评价。
[0004]而低阶无源互调电平测量值随功率增长在较宽功率范围内并非线性关系，而传统 的预测高阶无源互调电平的方法要么假设低阶无源互调电平测量值随功率增长为线性关 系，要么采用所有预测值进行高阶多项式拟合，存在电平奇异值，预测误差大，无法满足微 波部件无源互调性能评估的要求，因此需要实现宽功率变化范围微波部件高阶无源互调电 平的准确预测。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种确定微波部件宽功率变化 范围高阶无源互调电平的方法，该方法能够实现微波部件高阶无源互调的准确预测，为后 续型号在高阶无源互调测试系统不具备条件下微波部件无源互调水平的评估提供了有效 手段。
[0006] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0007] 确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤（1)、预先给定N个功率的3阶无源互调电平测量值Pmea3(i)，i = l-_N，其中无 源互调测量时输入的两路载波信号功率相等，Ps(i)为第i个无源互调测量输入两路载波信 号的总功率，；
[0009] 步骤(2)、设定功率范围内的无源互调功率点总数为NN，第j个无源互调测量输入 的单路载波信号功率为P '。( j)，则：
[0010] NN = Pmax-Pmin+l ;
[0011] p)c(j)=p)s(j)-3,j = l---NN；
[0012] 其中：pmin为min{ps(i)}以l〇向小取整；
[0013] pmax为max{ps(i)}以 1〇向大取整；
[0014] p's(j)=pmin+j-i;
[0015] 步骤(3)、采用最小二乘法获得最小时对应的系数pi，p2， p3,其中:P3f(i)的表达式如下：
[0016] p3f(i)=pi+p2*ps(i)+p3*(Ps(i))2*log(P s(i))i = l......N；
[0017] 步骤⑷、根据系数pl，p2，p3得到3阶无源互调电平测量值Pmea3(i)的修正值P' mea3 (j);
[0018] 步骤(5)、从NN个功率点中第1个功率点开始选取奇数Μ个点，获得Μ个功率点的中 心点的5阶无源互调值PlM5 ( j )、7阶无源互调值PlM7 ( j )和9阶无源互调值PlM9( j);从ΝΝ个功率 点中第2个功率点开始选取奇数Μ个点，获得Μ个功率点的中心点的5阶无源互调值PM5(j )、7 阶无源互调值Pm( j)和9阶无源互调值PM9( j);依次类推，共获得NN-M+1个功率点的5阶无 源互调值PlM5( j)、7阶无源互调值PlM7( j)和9阶无源互调值PlM9( j) 〇
[0019] 在上述确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法中，所述步骤(4) 中根据系数口142，？3，通过如下公式得到3阶无源互调电平测量值?《^(1)的修正值？'《^ (j)：
[0020] p'mea3( j)=p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = l...NN。
[0021] 在上述确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法中，所述步骤(5) 中获得NN-M+1个功率点的5阶无源互调值Pm(j)、7阶无源互调值Pm( j)和9阶无源互调值 PlM9(j)的具体方法如下：
[0022] (1)、令 ? = 〇;
[0023] (2)、令力_ = ^+1，取1个功率点？'。（力_)，卩'。（]」+1)，……P'c(jj+M_l)及其对应的 无源互调值，采用最小二乘法获得
最小时对应的系数a 3，a 5， &7，&9，&11，其中？1(?3(]_)的表达式如下：
[0025] (3)、采用步骤(2)得到的系数，根据如下公式获得Μ个功率点的中心点的5阶无源 互调值PlM5( j )、7阶无源互调值PlM7( j )和9阶无源互调值PlM9( j ):
[0029] (4)、判断力_>顺-1+1，若否，令^加1，返回步骤(2);若是，进入步骤(5);
[0030] (5)、结束。
[0031] 在上述确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法中，所述获得的 NN-M+1个功率点的5阶无源互调值PM5( j)、7阶无源互调值PM7( j)和9阶无源互调值PM9( j)， 其对应的载波信号的总功率为
[0032] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0033] (1)、本发明给出一种新型的确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的 方法，首先对微波部件3阶无源互调电平的测量值对载波功率之和进行多项式拟合，基于拟 合后的3阶无源互调电平随载波功率之和的变化曲线，以载波功率之和的最小值向更小取 整为起始功率，以载波功率之和的最大值向更大取整为终点功率，以待预测高阶无源互调 的载波功率为中心，依次采用奇数个功率及互调电平测量值对3阶无源互调电平随功率变 化关系的幂级数展开式进行参数估计，采用获得的参数结合高阶无源互调表达式进行高阶 无源互调的计算，从而实现对高阶无源互调电平的预测，；
[0034] (2 )、本发明方法针对无源互调在宽功率变化范围内随载波功率呈非线性关系的 问题，很好的解决了微波部件高阶无源互调预测的难题，计算结果与高阶测量结果吻合良 好，预测方法具有较高的准确性；
[0035] (3)、本发明方法对微波部件宽功率变化范围高阶无源互调进行了准确预测，可以 代替实际测试得到准确的高阶无源互调值，省去了测试的繁琐程序，降低成本，为后续型号 在高阶无源互调测试系统不具备条件下微波部件无源互调水平的评估提供了有效手段。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法流程图； [0037]图2为本发明实施例中的基于3阶无源互调电平预测的5、7、9阶无源互调的结果与 测量值的对比图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0039] 如图1所示为本发明确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法流程 图，本发明微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法具体包括如下步骤：
[0040] 步骤（1)、预先给定N个功率的3阶无源互调电平测量值Ρ?^(?)4 = 1···Ν，其中无 源互调测量时输入的两路载波信号功率相等，Ps(i)为第i个无源互调测量输入两路载波信 号的总功率;功率单位为dBm。
[0041]步骤(2)、设定功率变化范围内的无源互调功率点总数为NN，第j个无源互调测量 输入的单路载波信号功率为P '。( j)，则：
[0042] NN = Pmax-Pmin+l ；
[0043] p，c( j) = p，s (j )-3，j = 1 …顺;功率单位为 dBm;
[0044] 其中：Pmin为min{Ps(i)}以10向小取整，
[0045] Pmax为max{Ps(i)}以 10向大取整；
[0046] p，s(j)=pmin+j-i;
[0047] 例如10~19以10向小取整为10; 10~19以10向大取整为20。再例如20~29以10向 小取整为20; 20~29以10向大取整为30，依次类推。
[0048] 步骤(3)、采用最小二乘法获得
最小时对应的系数pi，p2， p3,其中:P3f(i)的表达式如下：
[0049] p3f(i)=pi+p2*Ps(i)+p3*(Ps(i))2*log(P s(i))i = l......N；
[0050] 步骤(4)、根据系数？1，？2，？3，通过如下公式得到3阶无源互调电平测量值?《^(1) 的修正值P'm ea3(j):
[0051 ] p'mea3( j) = p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = 1···ΝΝ。
[0052] 步骤(5)、从NN个功率点中第1个功率点开始选取奇数M个点，获得M个功率点的中 心点的5阶无源互调值PlM5 ( j )、7阶无源互调值PlM7 ( j )和9阶无源互调值PlM9( j);从NN个功率 点中第2个功率点开始选取奇数Μ个点，获得Μ个功率点的中心点的5阶无源互调值PM5(j )、7 阶无源互调值Pm(j)和9阶无源互调值PIM9(j);依次类推，通过循环的方法，共获得NN-M+1 个功率点的5阶无源互调值PlM5 ( j )、7阶无源互调值PlM7( j )和9阶无源互调值PlM9( j ) 〇
[0053] 获得NN-M+1个功率点的5阶无源互调P皿（j)、7阶无源互调P頂7( j)和9阶无源互调 PlM9(j)的具体方法如下：
[0054] (5.1)、令 ii = 〇;
[0055] (5 · 2)、令 j j = i i+1，取Μ个功率点P ' c( j j)，P ' c( j j+1)，……P ' c( j j+M_l)及其对应 的无源互调值，采用最小二乘法获得
最小时对应的系数a3，a5， &7，&9，&11，其中？1(?3(]_)的表达式如下：
[0057] 其中：PIM3(j)为3阶无源互调随功率变化关系的幂级数展开式。
[0058] (5.3)、采用步骤(2)得到的系数，根据如下公式获得Μ个功率点的中心点的5阶无 源互调值PlM5( j)、7阶无源互调值PlM7( j)和9阶无源互调值PlM9( j):
[0062] (5.4)、判断]_]_>顺-1+1，若否，令^加1(即令^的值增加1)，返回步骤(5.2);若是， 进入步骤(5.5);
[0063] (5.5)、结束。
[0064] 获得的NN-M+1个功率点的5阶无源互调值P皿（j)、7阶无源互调值Pm( j)和9阶无 源互调值PIM9( j):
个功率点的无源互调值，其对应的载波信号的 总功率为p's(j)，
[0065] 实施例
[0066] (1)、N=47;给定3阶的无源互调测量值，第一列为Ps(i)，第二列为对应的3阶无源 互调测量电平Pmea3(i)，? = 1···Ν。
[0069] (2)、设定功率变化范围内的无源互调功率点总数NN = 31，Pmin = 20，Pmax = 50，P ' s (j) = j+19，P ' c( j) = j+16，j = 1 …亂
[0070] (3)、采用最小二乘法获得最小时对应的系数pl，p2，p3， 其中:P3f(i)的表达式如下：
[0071 ] p3f(i)=pi+p2*Ps(i)+p3*(P s(i))2*log(Ps(i))i = l......N；
[0072] 得到：
[0073] pi =-186.097323058506;
[0074] p2 = 3.66221275703211；
[0075] ρ3 = -0· 00675616299861527;
[0076] (4)、根据系数？1，？2，？3，通过如下公式得到3阶无源互调电平测量值?《^(1)的修 正值 P'mea3(j):
[0077] p'mea3( j)=p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = l...NN。
[0078] 得到：
[0080] (5)、M=7,采取上述步骤(5.1)~(5.5)的方法，获得共25个(NN-M+1个)5阶、7阶和 9阶的无源互调预测值。
[0081] 首先第1个循环从31个功率点数中选取序号为第1~第7的7个点，获得7个功率点 的中心点，即第4个点的5阶、7阶和9阶的无源互调预测值;接着第2个循环从31个功率点数 中选取序号为第2~第8的7个点，获得7个功率点的中心点，即第5个点的5阶、7阶和9阶的无 源互调预测值;接着第3个循环从31个功率点数中选取序号为第3~第9的7个点，获得7个功 率点的中心点，即第6个点的5阶、7阶和9阶的无源互调预测值;依次类推，直至获得最后1个 循环中7个功率点的中心点，即第28个点的5阶、7阶和9阶的无源互调预测值。
[0082] (6)、25个5阶、7阶和9阶的无源互调预测值无源互调预测值如下：
[0087] 如图2所示为本发明实施例中的基于3阶无源互调电平预测的5、7、9阶无源互调的 结果与测量值的对比图，由图可知，本发明方法的计算结果与高阶测量结果吻合良好，本发 明预测方法具有较高的准确性。
[0088] 以上所述，仅为本发明最佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0089] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，其特征在于:包括如下步 骤： 步骤(1)、预先给定N个功率的3阶无源互调电平测量值?"633(1)4 = 1-北其中无源互调 测量时输入的两路载波信号功率相等，Ps(i)为第i个无源互调测量输入两路载波信号的总 功率，； 步骤(2)、设定功率范围内的无源互调功率点总数为順，第j个无源互调测量输入的单 路载波信号功率为P'E(j)，则： 順= Pmax-Pmin+l ; P'c(j)=P's(j)-3，j = l...^; 其中：Pmin为min{Ps(i)似10向小取整； Pmax为max{Ps(i)} WlO向大取整； P's(j)=Pmin+j-l; 步骤(3)、采用最小二乘法获?!i小时对应的系数Ρ1，ρ2，ρ3，其 中:P3f(i)的表达式如下： P3f(i)=pl+p^Ps(i)+p3*(Ps(i))2*l〇g(Ps(i))i = l......N； 步骤(4)、根据系数pl，p2，p3得至Ij3阶无源互调电平测量值Pmea3(i)的修正值P'mea3(j); 步骤(5)、从順个功率点中第1个功率点开始选取奇数Μ个点，获得Μ个功率点的中屯、点 的5阶无源互调值Ρ?Μ日(j)、7阶无源互调值Ρ?Μ7( j)和9阶无源互调值Ρ?Μ9( j);从ΝΝ个功率点中 第2个功率点开始选取奇数Μ个点，获得Μ个功率点的中屯、点的5阶无源互调值PiM5(j)、7阶无 源互调值PiM7( j )和9阶无源互调值PlM9( j );依次类推，共获得順-M+1个功率点的5阶无源互 调值PiM日（j)、7阶无源互调值PlM7( j)和9阶无源互调值PlM9( j)。2. 根据权利要求1所述的确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，其 特征在于:所述步骤(4)中根据系数pi，p2，p3,通过如下公式得到3阶无源互调电平测量值 Pmea3 ( i )的修正值P ' mea3 ( j ): P'mea3(j)=pl+p2*Ps'（j)+p3*(Ps'（j))2*l〇g(Ps'（j)) j = 順。3. 根据权利要求1所述的确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法，其 特征在于:所述步骤(5)中获得NN-M+1个功率点的5阶无源互调值PiM5(j)、7阶无源互调值 P皿(j)和9阶无源互调值Pbi9( j)的具体方法如下： (1) 、令 ii = 0; (2) 、令j j = ii + 1，取Μ个功率点P ' c( j j)，P ' c( j j+1)，……P ' c( j j+M-1)及其对应的无源 互调值，义用最小二乘法获!小时对应的系数a3，a5，a7，a9， all，其中PiM3( j)的表达式如下：(3) 、采用步骤(2)得到的系数，根据如下公式获得Μ个功率点的中屯、点的5阶无源互调 值Ρ?Μ日（j )、7阶无源互调值Ρ?Μ7( j )和9阶无源互调值Ρ?Μ9( j):(4)、判断jj〉NN-M+l，若否，令ii加1，返回步骤(2);若是，进入步骤巧）； 巧）、结束。4.根据权利要求1或3所述的确定微波部件宽功率变化范围高阶无源互调电平的方法， 其特征在于:所述获得的NN-M+1个功率点的5阶无源互调值PiM5(j)、7阶无源互调值PiM7(j) 和9阶无源互调值PlM9(j)其对应的载波信号的总功率为
【文档编号】G01R31/00GK106093645SQ201610437928
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】王新波, 魏焕, 崔万照, 李韵, 陈翔, 李军, 李永东
【申请人】西安空间无线电技术研究所