一种下变频通道群时延测试校准装置的制作方法

1.本实用新型涉及变频技术领域，尤其是一种下变频通道群时延测试校准装置。


背景技术：

2.空间传输的无线电信号均通过一系列的射频变频，功放放大和天线进行发射接收。表征某一射频信号的特征除了射频的调制方式，脉冲，带宽等，还有其固有的群时延特征。不同的射频组件带来不同的群时延，也表征了不同的设备特性，这一特性也可称为发射装置的指纹特征。通过对这一特征的识别，可判断不同的设备，达到识别的目的。
3.但在射频接收系统中，同样存在变频装置的固有群时延，并且群时延特性跟不同的变频装置存在不一致性。该现象的存在，可能导致同一信号被不同的接收系统识别为不同的信号，造成识别误差。
4.解决该问题一般需要对接收系统的变频装置进行通道群时延校准，以达到接收装置固有群时延统一的目的。但在实际应用中，随着接收系统工作温度的变化，系统连接线缆的更换原因，预先校准的群时延特性会随之发生变化。但在系统工作过程中，又不可能采用仪器级的矢量网络信号源对系统进行实时校准。


技术实现要素：

5.本实用新型针对上述问题，提供一种下变频通道群时延测试校准装置。
6.本实用新型提供的下变频通道群时延测试校准装置，通过增加低成本的双音信号源，宽带的混频器，结合系统本身的ad采集板，实现接收装置群时延的实时测试和校准。
7.本实用新型提供的下变频通道群时延测试校准装置，其结构包括：双音信号产生器、上变频器、功分器、二选一射频开关、待测试下变频通道、标准混频器、宽带混频器、ad采集板一和ad采集板一。所述二选一射频开关有三个，分别为二选一射频开关a、二选一射频开关b、二选一射频开关c。所述双音信号产生器的信号输出端连接上变频器，上变频器连接功分器，功分器输出端分两路，一路连接二选一射频开关a，另一路连接宽带混频器，所述二选一射频开关a同时连接二选一射频开关b和标准混频器，二选一射频开关b连接待测试下变频通道，待测试下变频通道输出端和标准混频器输出端同时连接至二选一射频开关c，二选一射频开关c连接ad采集板一；所述宽带混频器连接ad采集板二。所述宽带混频器还与本振连接。所述二选一射频开关b还连接天线。
8.优选的是，所述双音信号产生器为频率合成器dds，产生双音信号的dds技术采用fpga和dac实现。
9.优选的是，所述标准混频器为一个宽带的且群时延特性已知的器件，用作测试系统残余群时延误差的校准测试使用。其采用2～18ghz工作带宽，以实现良好的宽带线性度特性，如果需要扩展频率，可通过开关切换的方式增加混频器，实现扩频功能。
10.优选的是，所述功分器采用电阻功分，频率可覆盖dc～40ghz。
11.优选的是，两个ad采集板均是双通道的中频采集分析，其有效位大于10位，带宽
200mhz。
12.优选的是，所述上变频器采用2～18ghz的变频带宽。
13.上述装置的工作原理过程：通过dds技术产生一个双音信号，并通过上变频器扩频至系统工作的频率范围，作为校准的参考信号输入。该参考信号通过功分器进行功分输出，分别注入宽带混频器、标准混频器和待测试下变频通道。通过待测试下变频通道的参考信号经过变频输出中频信号if1，进行ad采样分析；通过宽带混频器的参考信号下变频输出中频信号if2，进行ad采样分析，从而对比得到待测试下变频通道的群时延特性。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：
15.(1)通过增加低成本的双音信号源，宽带的混频器，结合系统本身的ad采集板卡，实现接收装置群时延的实时测试和校准。通过快速准确的对下变频通道群时延进行测试，从而明确接收系统固有的群时延特性，以便准确的分析待测信号的群时延和相位特性。
16.(2)采用了相对简洁且性价比高的测试方法，可实现下变频通道的群时延测试校准工作。该方法避免了配置仪器级的矢量信号源，并可在工作过程中实时进行测试校准工作，消除被测试组件随环境因素的影响，且工作效率高，测试精度高。可广泛应用于对信号侦查，信号特征分析等领域。
17.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
18.图1、本实用新型的下变频通道群时延测试校准装置的结构连接图。
19.图2、本实用新型下变频通道群时延测试校准方法双音测试原理框图。
20.图3、基于双音测试原理的群时延测试校准方法的原理框图。
21.图1中标号：
22.1-频率合成器dds、2-上变频器、3-功分器、4-二选一射频开关a、5-二选一射频开关b、6-待测试下变频通道、7-标准混频器、8-二选一射频开关c、9-ad采集板一、10-宽带混频器、11-本振、12-ad采集板二。
具体实施方式
23.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.如图1所示，本实用新型提供的下变频通道群时延测试校准装置，其结构包括：作为双音信号产生器的频率合成器dds 1、上变频器2、功分器3、三个二选一射频开关、待测试下变频通道6、标准混频器7、宽带混频器10、两个ad采集板(ad采集板一9和ad采集板二12)。所述二选一射频开关有三个，分别为二选一射频开关a4、二选一射频开关b 5、二选一射频开关c 8。所述频率合成器dds的输出端连接上变频器，上变频器输出端连接功分器，功分器输出端分两路，一路连接二选一射频开关a，另一路连接宽带混频器。所述二选一射频开关a分别连接二选一射频开关b和标准混频器。二选一射频开关b连接待测试下变频通道，待测试下变频通道和标准混频器同时连接至二选一射频开关c。二选一射频开关c连接ad采集板一9，用于对中频信号if1进行ad采样分析。所述宽带混频器连接ad采集板二12，用于对中频
信号if2进行ad采样分析。所述宽带混频器还与本振11连接。所述二选一射频开关b还连接天线。
25.所述频率合成器采用ad9739数模转换芯片。
26.所述功分器为pdr06160功分器。
27.所述二选一射频开关a、二选一射频开关b、二选一射频开关c均是采用hmc986射频开关。
28.所述标准混频器采用hmc773或hmc787混频器。所述标准混频器为一个宽带的且群时延特性已知的器件，用作测试系统残余群时延误差的校准测试使用。其采用2～18ghz工作带宽，以实现良好的宽带线性度特性，如果需要扩展频率，可通过开关切换的方式增加混频器，实现扩频功能。
29.所述宽带混频器采用hmc773或hmc787混频器。
30.所述ad采集板一和ad采集板二采用的是模数转换芯片。
31.所述功分器采用电阻功分，可实现宽带的参考信号输入特性，频率可覆盖dc～40ghz。
32.两个ad采集板均为双通道的中频采集分析，其有效位大于10位，带宽200mhz。
33.所述上变频器采用2～18ghz的变频带宽。
34.产生双音信号的dds技术采用fpga和dac实现。其双音信号的频率，功率以及双音频率间隔可调，以适应各种被测试通道的接收灵敏度。为双音信号提供扩频功能的上变频器则实现拓展频率的功能，满足各种被测试通道的工作带宽。
35.经过扩频的双音信号经过功分器实现两路信号功分输出，其中一路通过一个宽带混频器下变频为中频if2。宽带混频器的本振可使用外置本振，也可使用待测试系统的内置本振。中频if2通道中频处理单元a/d2进行模数转换，用于测试信号的相位特征，作为校准测试的标准参考。
36.参考信号经过功分器的另外一路输出信号，功过两个二选一开关进行切换进行下变频至中频if1，最后通过a/d1进行数模转换，分别对应测试待测试下变频通道和标准混频器的相位特征，并同if2的信号进行对比从而得到待测试通道的群时延。
37.采用了标准混频器来消除测试架构中功分器，开关以及连接线缆等方面带来的测试误差。该方法中所有的工作频段可根据实际的测试要求进行变更，并不影响校准的工作模式和方法。
38.本实用新型的装置中，射频信号由两个不同的频率(双音信号)作为变频组件的信号输入，通过同一本振进行下变频后、滤波输出相等频率间隔的中频信号。图2中，f1和f2同时输入待测组件，其中δf＝f2-f1为频率差，也成为孔径。
39.由于群时延可以表述为：τ＝dφ/dω＝dφ/(2πdf)
40.即：τ＝δφ/(360*δf)＝(δφ2-δφ1)/(360*δf)
41.＝((φ2out-φ2in-φlo)-(φ1out-φ1in-φlo))/(360*δf)
42.＝(δφout-δφin)/(360*δf)
………………………………
(公式1)
43.因此，在输入输出端分别测量双音信号的相位差，取其差值得到待测变频组件的相位偏移，从而计算得到群时延τ值。变频组件的本振信号不会影响群时延的测试结果。
44.根据公式1可知，只要通过测试经过待测变频器的输入输出双音信号的相位差，即
能计算得出该频率的通道群时延特性。在工程应用中，为满足系统的宽带工作要求，作为参考输入的双音信号频率应覆盖2～18ghz，直接通过数字采样对参考输入的双音信号进行相位测试不现实。
45.为解决这一问题，作为参考输入的双音信号通过功分器两路输出，一路信号通过混频器下变频至中频(if2)进行数字相位测试；另外一路通过待测组件下变频至if1进行数字相位测试。原理如图3所示。公式1的表达可转换为：
46.τ＝δφ/(360*δf)＝(δφ2-δφ1)/(360*δf)
47.＝(δφout-δφin)/(360*δf)
48.＝(δφif1-δφif2)/(360*δf)
………………………………
(公式2)
49.根据公式2可知，通过测试if1和if2两个频率的相位差，可得出待测通道的群时延特性。
50.采用图3方案双音法的误差校准分析
51.根据公式2：τ＝(δφif1-δφif2)/(360*δf)和图3的测试架构架构，该方案测试的群时延特性包含了以下主要几个部分：
52.1)功分器群时延
53.2)待测下变频器群时延
54.3)内置变频通道群时延
55.4)ad群时延
56.5)线缆及传输线群时延
57.为消除测试误差，需要对除待测下变频器之外的群时延进行相位测试和校准。
58.在该方案中，需使用一个群时延参量已知的标准混频器进行自校准测试，通过测试结果计算出整个测试通道的群时延特性值。在使用标准混频器进行校准测试误差具体分析如下：
59.τ＝(δφout-δφin)/(360*δf)
60.＝((φ2out-φ2in-φlo-φ2mix-φ2
其它
)-(φ1out-φ1in-φlo-φ1mix-φ1
其它
))/(360*δf)
61.式中：
62.φ2mix、φ1mix分别代表标准混频器在f1和f2下固有相移，
63.φ2
其它
、φ1
其它
分别代表测试通道(除标准混频器外)在f1和f2下固有相移，
64.＝((φ2out-φ1out)-(φ2in-φ1in)
–
(φ2mix-φ1mix)-(φ2
其它-φ1
其它
))/(360*δf)
65.式中：
66.φ2out、φ1out分别代表测试通道在中频(if1)f1和f2下测试相位
67.由于：φ2in-φ1in＝(φif2f2-φ
内置2
)-(φif2f1-φ
内置1
)
68.＝(φif2f2-φif2f1φ)-(φ
内置2-φ
内置1
)
69.式中：
70.φif2f2、φif1f1分别代表内置变频通道在中频(if2)f1和f2下测试相位
71.φ
内置2
、φ
内置1
分别代表内置变频通道在f1和f2下固有相移
72.设φ2out-φ1out＝a
73.φ2
其它-φ1
其它
＝δφ
其它
74.φ2mix-φ1mix＝δφmix
75.φif2f2-φif2f1φ＝b
76.φ
内置2-φ
内置1
＝δφ
内置
77.则：τ＝(a-(b-δφ
内置
)-δφmix-δφ
其它
)/(360*δf)
78.由于a、b由实际测量得知，δφmix由已知量确认，那么系统其它的误差δφ
内置
和δφ
其它
就可以通过校准通道的测试得到。
79.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。