一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法与流程

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法。

背景技术：

混频器和变频器件在军工、科研、生产、测试等方面占有举足轻重的地位，是雷达、卫星和无线电通信系统的核心部件。随着信号制式多样化和复杂调制方式的飞速发展，系统对于变频器件的频率相位和相位线性的要求越来越高，两个重要指标就是变频损耗平坦度和群时延平坦度。

由于变频器件，其输入、输出端的频率特性不一致，无法用矢量网络分析仪传统S参数实现其特性测量。对于变频器件的变频损耗，常用的两种方法是频谱仪及信号源方案与矢量网络分析仪源和接收机功率校准技术。前者需要两台信号源提供源和本振激励信号，同时需要一台频谱仪接收中频信号，变频损耗即通过频谱仪的接收信号与信号源源激励信号的数学运算获取；后者分别由矢量网络分析仪提供源信号并接收混频器变频后的信号，如果矢量网络分析仪双源，则可直接提供混频器本振激励信号，否则需外加一台信号源。

目前混频器变频损耗的两种测试方案，其共同点在于没有消除掉端口匹配误差所引起的变频损耗测量结果的起伏波动。由于没有考虑输入端驻波，因此输入信号测量值偏大；输出端没有考虑驻波，接收信号测量值偏小，从而整体测量结果可比实际值有甚至5dB左右的出入，有时需要通过在测试端口添加衰减器来改善匹配。

另外，同时研究的利用电子校准件和矢量网络分析仪进行混频器群时延测试技术虽然可以同时获取被测件的变频损耗，但是对于大多数只关心变频损耗的用户而言，校准需要利用额外的混频器，相对繁琐且主要获取到的群时延不是他们的关心分量。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法，利用电子校准件和矢量网络分析仪实现了混频器变频损耗测试。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法，包括以下步骤：

第一步，通过功率计对混频器对应连接的矢量网络分析仪输入端口进行源功率校准，确保测试电缆将精确功率传递给矢量网络分析仪；

第二步，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准，分别获取矢量网络分析仪输入、输出端口的方向性误差、源匹配误差、反射跟踪误差及负载匹配误差项；同时，利用第一步的源功率校准进行接收机校准；最后，结合功率计校准结果与获取的误差项，计算获取输入输出端口的传输跟踪误差，完善负载匹配。

可选地，选取矢量网络分析仪端口1做被测混频器的输入端、端口2做输出端，端口3做本振信号输入端，具体校准过程如下：

首先，在矢量网络分析仪端口1进行功率计校准，包括：

步骤(a)，在输入频率范围内，在端口1连接功率传感器，测量传感器的反射系数S11、功率计的读数、以及端口1源信号；

步骤(b)，在输出频率范围内，在端口1连接功率传感器，测量传感器的反射系数S11，功率计的读数，以及端口1源信号；

功率计反射系数为Γ_C，传感器的反射系数S11测量值为Γ_m，a₀为端口1源信号，a₁为功率计入射信号，e₀₀为方向性误差，e₁₁为源匹配误差，e₀₁e₁₀为反射跟踪误差，p_meter为功率计读数，计算得到：

Δe＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

通过于单端口修正公式得到：

经过简化得到：

又由于：

所以输入频率上的e_10输入：

同理得到输出频率上的e_10输出；

单端口校准分别得到输入、输出频段：e_10输入*e_01输入、e_10输出*e_01输出，对于连接变频器件，根据上述计算过程获取变频测试的反射跟踪误差项e_10输入*e_01输出；

然后，在端口1、端口2之间连接电子校准件，分别设置为被测混频器输入频率范围和输出频率范围进行校准；假设T₁...T_2n为电子校准件诸多反射标准的特性值，M₁...M_2n是矢量网络分析仪对这些标准的测量值，通过下面公式获取包括输入频段内正向方向性误差、正向源匹配误差、正向反射跟踪误差：

反向求解公式如下：

同理，通过输出频段内T_2n+1...T_4n电子校准件诸多反射标准的特性值和M_2n+1...M_4n矢量网络分析仪对这些标准的测量值，得到输出频段内的正向和反向方向性误差、正向和反向源匹配误差、正向和反向反射跟踪误差、正向和反向负载匹配误差；同时，得到输入、输出频段内的正向和反向传输跟踪误差，即e_32输入*e_10输入与e_32输出*e_10输出，由于是变频器件，需要把传输跟踪分解为正向e_32输出*e_10输入；由于功率计校准获取了e_10输入与e_10输出，所以得到正向输出跟踪误差，反向传输跟踪误差也同理获取；

至此，矢量网络分析仪端口1和端口2输入、输出频段的全部正反向误差均以得到。

本发明的有益效果是：

(1)利用传统矢量网络分析仪及电子校准件和功率计，只需要两步简单操作，即可完成复杂的校准连接与测量；

(2)人为操作少，引入的连接重复性误差比较少，且充分考虑了混频器输入、输出两部分的特性，连接简单，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的校准方法第一步连接功率计后的信号流图；

图2为本发明的校准方法第二步中电子校准件连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

混频器变频损耗平坦度的测试一直倍受业界关注。由于信号源与频谱仪需要两台仪器搭建，同时忽略了信号源与频谱仪端口失配对测量的影响，而矢量网络分析仪源和接收机方案也存在该问题，并且没有去除矢量网络分析仪内部误差对测量的影响，因此上述两种方法的精度都比较低。

本发明提出一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法，只需要进行两步操作：第一步，通过功率计对混频器对应连接的矢量网络分析仪输入端口进行源功率校准，确保测试电缆将精确功率传递给矢量网络分析仪；第二步，在被测混频器对应矢量网络分析仪的两个输入、输出端口之间连接双端口电子校准件进行校准，分别获取矢量网络分析仪输入、输出端的方向性误差项、源匹配误差项、反射跟踪误差项及负载匹配误差项；同时，利用第一步的源功率校准进行接收机校准；最后，结合功率计校准结果与获取的误差项，计算获取矢量网络分析仪输入输出端口的传输跟踪，完善负载匹配。

完成校准之后，直接连接被测混频器进行测量。

下面结合说明书附图对本发明的校准方法进行详细说明。

如图1所示，假设选取矢量网络分析仪端口1做被测混频器的输入端、端口2做输出端，端口3做本振信号输入端，则详细校准过程如下：

首先，在矢量网络分析仪端口1进行功率计校准，保证混频器源输入的准确性及平坦度。具体测试及内部操作为：

步骤(a)，在输入频率范围内，在端口1连接功率传感器，测量传感器的反射系数S11、功率计的读数、以及端口1源信号。

步骤(b)，在输出频率范围内，在端口1连接功率传感器，测量传感器的反射系数S11，功率计的读数，以及端口1源信号。

假设Γ_C为功率计反射系数；传感器的反射系数S11测量值为Γ_m；a₀为端口1源信号；a₁为功率计入射信号；e₀₀为方向性误差；e₁₁为源匹配误差；e₀₁e₁₀为反射跟踪误差；p_meter为功率计读数；根据图1信号流图可以计算得到：

假设：Δe＝e₀₀e₁₁-e₀₁e₁₀

则：

通过于单端口修正公式可得：

经过简化可得：

又由于：

所以输入频率上的e₁₀：

同理也可以得到输出频率上的e₁₀。

由于单端口校准可以分别得到输入、输出频段：e_10输入*e_01输入、e_10输出*e_01输出，但是连接变频器件，需要获取的是e_10输入*e_01输出，即变频测试的反射跟踪误差项，由前面的计算则可获取需要的误差项。

然后，如图2所示，在端口1、2之间连接电子校准件，分别设置为被测混频器输入频率范围和输出频率范围进行校准。假设T₁...T_2n为电子校准件诸多反射标准的特性值，M₁...M_2n是矢量网络分析仪对这些标准的测量值，通过下面公式可以公式获取包括输入频段内正向方向性误差、正向源匹配误差、正向反射跟踪误差。

反向求解公式如下：

同理可以通过输出频段内T_2n+1...T_4n电子校准件诸多反射标准的特性值和M_2n+1...M_4n矢量网络分析仪对这些标准的测量值，得到输出频段内的正向和反向方向性误差、正向和反向源匹配误差、正向和反向反射跟踪误差、正向和反向负载匹配误差。同时，可以得到输入、输出频段内的正向和反向传输跟踪误差，即e_32输入*e_10输入与e_32输出*e_10输出，但是由于是变频器件，所以需要把传输跟踪误差分解为正向e_32输出*e_10输入。由于第一步的功率计校准获取了e_10输入与e_10输出，所以可以得到正向输出跟踪误差，反向传输跟踪误差也可同理获取。

至此，所需的矢量网络分析仪端口1和端口2输入、输出频段的全部正反向误差均以得到。

例如，通过本发明的方法对电子校准件其中的8个标准进行测试，也就是n＝8。但是为了保证测量精度，本发明会对这八个标准的测量数据进行筛选，择优选取6个标准的测量数据。然后利用最小二乘法对超定方程组求解，从而获取包括输入输出频段内所需误差项。

本发明使用了电子校准件，虽然进行了38次扫描，获取了46组测量数据，求解了输入、输出频段的两个端口的正反向误差，但是由于电子校准件依托于内部的电子标准转换，虽然测试、计算都非常复杂，但用户的操作却非常简单，体现了该校准方式自动化、智能化的特点，从而也保证了不会由用户对标准件的再连接而引入连接重复性误差，所以最大程度地保证了该技术的校准准确度。

本发明利用传统矢量网络分析仪及电子校准件和功率计，只需要两步简单操作，即可完成复杂的校准连接与测量。由于人为操作少，引入的连接重复性误差比较少，且充分考虑了混频器输入、输出两部分的特性。因此，该技术是目前混频器群时延测试中，连接最为简单且精度最高的校准技术。在实际应用中，将具备非常好的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。