数字控制式可调微波延时器及其延时测试方法与流程
本发明实施例涉及微波测量技术领域，特别涉及一种数字控制式可调微波延时器及其延时测试方法。
背景技术
在雷达通信系统中，由于很多场合需要对发出或者接收的射频信号进行一定的时间延迟，数字控制式可调微波延时器的应用越来越广泛。数字控制式可调微波延时器能够模拟电磁波在雷达天线和目标之间往返所需要的时间，以及在电台信道模拟器中需要对电台发出的高频信号进行不同的时间延时，来模拟多径传输对电台的干扰等。
数字控制式可调微波延时器包括微波放大器、微波延时器、微波开关，根据外部数字控制信号对自身延时状态进行调整，在测试时对各个状态间的延时差要求很高，对初始状态的延时精度没有太高要求。
目前市面上的在x波段矢量网络分析仪对延时的测试精度大多采用百分比形式，即当微波模块延时测量最大量程为100ns级别时，测试精度一般在1ns左右。鉴于此，当微波模块延时为毫秒等级，而其可调最小步进为25ps时，测试对矢量网络分析仪要求极高，精度需要达到0.0025％，无法利用普通的矢量网络分析仪对数字控制式可调微波延时器进行延时测试。
技术实现要素：
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种数字控制式可调微波延时器及其延时测试方法。该技术方案如下：
第一方面，提供了一种数字控制式可调微波延时器，包括外盖板、内盖板、pcb板、供电板和盒体；
盒体的两侧设置有连接器，供电板、pcb板、内盖板从下到上依次设置在盒体内，外盖板设置在盒体的顶部；
供电板上设置有控制模块和电源模块，pcb板设置有射频模块，控制模块与射频模块连接，电源模块与控制模块、射频模块分别连接；
电源模块包括稳压器、阻容元器件；
控制模块包括可编程逻辑器件、数字延时器、驱动器、二极管和三极管；
射频模块包括功分网络、延时支路、发射支路和接收支路，功分网络与延时支路连接，延时支路与发射支路、接收支路分别连接；
功分网络包括2个耦合器和5个功分器，第一耦合器与第一功分器连接，第一功分器与第二功分器、第三功分器连接，第三功分器与第四功分器连接，第四功分器与第五功分器、第二耦合器连接；
每个延时支路包括4波长延时器、双向放大器、均衡器、数控衰减器、4位延时器和8波长延时器，8波长延时器与开关连接；
每个发射支路包括驱动放大器、中功率放大器和耦合器，驱动放大器与开关连接，开关与延时支路中的8波长延时器连接，耦合器与环形器连接；
每个接收支路包括限幅器、数控衰减器、低噪声放大器，低噪声放大器与开关连接，开关与延时支路中的8波长延时器连接，限幅器与环形器连接；
环形器与天线端口连接，第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器分别与接收输出端口连接。
可选的，在每个发射支路，耦合器与功率检测电路连接，功率检测电路的输出端与轨到轨同相比例运算放大器连接，轨到轨同相比例运算放大器的输出端与控制模块中的可编程逻辑器件连接。
可选的，射频模块包括4个延时支路，第一延时支路和第二延时支路中的4波长延时器分别与第二功分器连接，第三延时支路和第四延时支路中的4波长延时器分别与第五功分器连接；
在每个延时支路中，4波长延时器、第一双向放大器、第一均衡器、数控衰减器、4位延时器、第二双向放大器、第二均衡器、8波长延时器依次连接。
第二方面，提供了一种数字控制式可调微波延时器的延时测试方法，数字控制式可调微波延时器为如第一方面所示的数字控制式可调微波延时器，数字控制式可调微波延时器与矢量网络分析仪连接，该方法包括：
数字控制式可调微波延时器发射射频信号，射频信号以数字控制式可调微波延时器的基态为基准，以预定时间间隔为步进进行延时；
通过矢量网络分析仪接收射频信号，获取检测数据，检测数据为频率和相位的对应关系；
根据检测数据和矢量网络分析仪的测试单位，确定射频信号在第i个频点的翻转次数，测试单位包括unwrappedphase和phase；
根据翻转次数确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移；
根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间；
根据延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度。
可选的，当测试单位为phase时，根据所检测数据和矢量网络分析仪的测试单位，确定射频信号在第i个频点的的翻转次数，包括：
根据测试数据对应的折线图中的锯齿个数确定翻折次数，锯齿个数等于翻折次数。
可选的，当测试单位为unwrappedphase时，根据所检测数据和矢量网络分析仪的测试单位，确定数字控制式可调微波延时器的翻转次数，包括：
根据检测数据获取任意两个频点的相位偏移；
根据如下公式一和公式二确定翻转次数；
pg＝360×n+p'×g公式二；
其中，p为射频信号的实际相位偏移，p’为检测数据中的相位偏移，g为频率，n为翻转次数，d为射频信号的延时时间。
可选的，根据测试单位和翻转次数，确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移，包括：
获取检测数据中第i个频点对应的相位偏移；
根据公式三确定第i个频点的实际相位偏移；
yi＝xi+n×360公式三；
其中，yi为第i个频点的实际相位偏移，xi为检测数据中第i个频点对应的相位偏移，n为翻转次数。
可选的，根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间，包括：
根据实际相位偏移和公式一，确定延迟时间；
其中，p为射频信号的实际相位偏移，g为频率，n为翻转次数，d为射频信号的延时时间。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在数字控制式可调微波延时器中的功率自检电路和轨到轨(rail-to-rail)同相比例运算放大器，实现对发射功率自检的功能，
在进行延时测试时以相位偏移替代直接测试延时，解决了现在对数字控制式可调微波延时器的延时测试精度低的问题；达到了能够使用延时测试精度为1％的矢量网络分析仪来测试数字可调式微波延时器的延时精度的效果，降低了在延时测试时对矢量网络分析的高精度需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种数字控制式可调微波延时器的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种数字控制式可调微波延时器的结构爆炸图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种射频模块的原理示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种射频模块中电压放大电路的原理示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图；
图6是矢量网络分析仪在两种测试单位下得到的测试数据对应折线图；
图7是根据另一示例性实施例示出的一种数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图；
图8是根据又一示例性实施例示出的一种数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1和图2，其示例性地示出了本发明实施例提供的数字控制式可调微波延时器的结构图，该数字控制式可调微波延时器包括外盖板6、内盖板5、pcb板4、供电板3和盒体1。
盒体1的两侧设置有连接器2。供电板3、pcb板4、内盖板5从下到上依次设置在盒体1内，外盖板6设置在盒体1的顶部。
可选的，供电板为fr4板，pcb板为rogers5880板。
供电板上设置有控制模块和电源模块，pcb板设置有射频模块，控制模块与射频模块连接，电源模块与控制模块、射频模块分别连接。
电源模块包括各类稳压器、阻容元器件。可选的，稳压器ldo。
阻容器件为电阻和电容。
控制模块包括可编程逻辑器件、数字延时器、各类驱动器、二极管和三极管。可选的，可编程逻辑器件为cpld。
射频模块包括功分网络、延时支路、发射支路和接收支路。功分网络与延时支路连接，延时支路与发射支路、接收支路分别连接。
发射支路用于对激励信号进行放大，并发送至天线端口。接收支路用于对天线端口接收的信号进行线性放大。延迟支路用于对信号进行延迟。功分网络用于对各个通道的信号进行分配。
电源模块用于实现对电源的稳压、调整。
控制模块用于实现电源保护、数据串并转换、收发分时工作、延时状态控制切换等功能。
图3示例性地示出了射频模块的原理示意图。
如图3所示，功分网络包括2个耦合器和5个功分器，第一耦合器与第一功分器连接，第一功分器与第二功分器、第三功分器连接，第三功分器与第四功分器连接，第四功分器与第五功分器、第二耦合器连接。
射频模块包括4个延时支路，第一延时支路和第二延时支路分别与第二功分器连接，第三延时支路和第四延时支路分别与第五功分器连接。
每个延时支路包括4波长延时器、双向放大器、均衡器、数控衰减器、4位延时器和8波长延时器。
每个通道包括开关和环形器。
在每个延时支路，4波长延时器与功分器连接，8波长延时器与开关连接。
在每个延时支路，4波长延时器与第一双向放大器连接，第一双向放大器与第一均衡器连接，第一均衡器与数控衰减器连接，数控衰减器与4位延时器连接，4位延时器与第二双向放大器连接，第二双向放大器与第二均衡器连接，第二均衡器与8波长延时器连接，8波长延时器与开关连接。
其中，4波长延时器为1位400ps的数控延时器，8波长延时器为1位800ps的数控延时器，4位延时器为4位、步进为25ps的数控延时器。
每个发射支路包括驱动放大器dpa、中频率放大器mpa和耦合器，驱动放大器dpa与开关连接，驱动放大器dpa与中频放大器mpa连接，中频放大器mpa与耦合器连接，耦合器与环形器连接。
每个接收支路包括限幅器、数控衰减器和低噪声放大器lna，环形器与限幅器、限幅器与数控衰减器连接，数控衰减器与低噪声放大器lna连接，低噪声放大器lna与开关连接。
环形器与天线端口连接，第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器分别与接收输出端口连接。
图3中za1、za2、za3、za4表示天线端口，zs表示集合口，zr1、zr2表示接收输出端口，zc1、zc2表示耦合器输出端口。
为了满足发射功率自检的需求，每个发射支路还具有功率检测电路和电压放大电路，功率检测电路由检波二极管及一些阻容器件组成，电压放大电路由同相比例放大器及一些阻容器件组成，为了使功率检测电路的检波电压放大后能达到放大器的供电电压，运算放大器采用轨到轨(rail-to-rail)同相比例运算放大器。
在每个发射支路，功率检测电路与发射支路中的耦合器的输出端连接，功率检测电路的输出端与轨到轨同相比例运算放大器连接，轨到轨同相比例运算放大器的输出端与控制模块中的可编程逻辑器件连接，轨到轨同相比例运算放大器输出比较电压。
如图4所示，功率检测电路输出的检波电压输入轨到轨同相比例运算放大器u1，轨到轨同相比例运算放大器将检波电平与比较电平进行比较后，输出比较结果并发送至可编程逻辑器件。
需要说明的是，数字控制式可调微波延时器中的控制模块、电源模块、功率检测电路的具体电路结构为本领域的现有技术，这里不再赘述。
请参考图5，其示出了本发明一个实施例提供的数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图。在进行延时测试之前，先将矢量网络分析仪的2个测试端口校准为0，再将数字控制式可调微波延时器的天线端口与矢量网络分析仪的测试端口连接。
矢量网络分析仪在接收到射频信号后，会对射频信号的相位信息、增益信息进行处理。如图6所示：
在使用unwrappedphase为测试单位时，由于鉴相器的特点，相位偏移的360°的整数倍无法被矢量网络分析仪内的鉴相器识别，矢量网络分析仪所测试的第一个频点将始终处于-180°至+180°之间，而实际相位偏移还含有360°的整数倍的信息，即实际相位偏移＝矢量网络分析仪测试数据中的相位偏移+360°×n，n表示实际相位偏移转换为矢量网络分析仪测试数据中的相位偏移的翻转次数。
在使用phase为测试单位时，由于矢量网络分析仪自身特性，后续频点的累计相位偏移体现在检测数据对应的折线图中，即-180°到+180°的跳跃次数也即折线图中的锯齿个数。
如图5所示，该数字控制式可调微波延时器的延时测试方法可以包括以下步骤：
步骤501，数字控制式可调微波延时器发射射频信号。
射频信号以数值控制式微波延时器的基态为基准，以预定时间间隔为步进进行延时。
由于矢量网络分析仪的特性，测试的第一个频点将始终处于-180°到180°之间；由于数字控制式可调微波延时器的正常工作频带为8-12ghz，受限于数字控制式可调微波延时器内部所用的微波放大器芯片，无法以10mhz为初始起点测量，只能以8ghz为起点进行测量。
可选的，以25ps为步进进行延时。延时25ps相当于在8ghz处相位降低72°，不会造成二次翻转。
步骤502，通过矢量网络分析仪接收射频信号，获取检测数据。
检测数据为频率和相位的对应关系。
步骤503，根据检测数据和矢量网络分析仪的测试单位，确定射频信号在第i个频点的翻转次数。
测试单位包括unwrappedphase和phase。
步骤504，根据翻转次数确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移。
第i个频点是检测数据中的任意一个频点。
步骤505，根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间。
根基实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定出第i个频点对应的延时时间。
步骤506，根据延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度。
综上所示，本发明实施例提供的数字控制式可调微波延时器的延时测试方法，通过数字控制式可调微波延时器发射射频信号，矢量网络分析仪接收射频信号，获取检测数据，根据检测数据和矢量网络分析仪的测试单位，确定翻转次数，根据测试单位和翻转次数，确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移；根据第i个频点的实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间；根据延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度；以相位偏移替代直接测试延时，解决了现在对数字控制式可调微波延时器的延时测试精度低的问题；达到了能够使用延时测试精度为1％的矢量网络分析仪来测试数字可调式微波延时器的延时精度的效果，降低了在延时测试时对矢量网络分析的高精度需求。
当测试单位为phase时，该数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图如图7所示。
步骤701，数字控制式可调微波延时器发射射频信号。
该步骤在步骤501中进行了阐述，这里不再赘述。
步骤702，通过矢量网络分析仪接收射频信号，获取检测数据。
该步骤在502中进行了阐述，这里不再赘述。
步骤703，根据测试数据对应的折线图中的锯齿个数确定射频信号在第i个频点的翻折次数。
锯齿个数等于翻折次数。
锯齿个数为整数。
以图6为例，第a个频点处，锯齿的个数为1个，即第i个频点的翻折次数为1次。
步骤704，根据翻转次数确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移。
获取检测数据中第i个频点对应的相位偏移。
根据公式yi＝xi+n×360确定第i个频点的实际相位偏移。
其中，yi为第i个频点的实际相位偏移，xi为检测数据中第i个频点对应的相位偏移，n为翻转次数。
步骤705，根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间。
实际相位偏移与延时时间的对应关系可以用公式
其中，p为射频信号的实际相位偏移，g为频率，n为翻转次数，d为射频信号的延时时间。
根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定第i个频点的实际相位偏移对应的延时时间。
步骤706，根据延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度。
根据第i个频点对应的延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度。
当测试单位为unwrappedphase时，该数字控制式可调微波延时器的延时测试方法的流程图如图8所示。
步骤801，数字控制式可调微波延时器发射射频信号。
该步骤在步骤501中进行了阐述，这里不再赘述。
步骤802，通过矢量网络分析仪接收射频信号，获取检测数据。
该步骤在502中进行了阐述，这里不再赘述。
步骤803，根据检测数据获取任意两个频点的相位偏移。
步骤804，根据公式一和公式二确定翻转次数。
pg＝360×n+p'×g公式二；
其中，p为射频信号的实际相位偏移，p’为检测数据中的相位偏移，g为频率，n为翻转次数，d为射频信号的延时时间。
假设从检测数据中获取第3频点的相位偏移p3’和第5频点的相位偏移p5’；根据公式一可得，
可以同时选取多组不同频点来计算n值，以验证n值的正确性。
步骤805，根据翻转次数确定射频信号在第i个频点的实际相位偏移。
获取检测数据中第i个频点对应的相位偏移。
根据公式yi＝xi+n×360确定第i个频点的实际相位偏移。
其中，yi为第i个频点的实际相位偏移，xi为检测数据中第i个频点对应的相位偏移，n为翻转次数。
步骤806，根据实际相位偏移与延时时间的对应关系，确定延时时间；
实际相位偏移与延时时间的对应关系可以用公式
其中，p为射频信号的实际相位偏移，g为频率，n为翻转次数，d为射频信号的延时时间。
该步骤在705中进行了阐述，这里不再赘述。
步骤807，根据延时时间与预定时间间隔确定数字控制式可调微波延时器的延时精度。
该步骤在706中进行了阐述，这里不再赘述。
需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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