一种小型集成化YTF非线性特性测试系统及方法与流程

【
技术领域：
】本发明属于测试仪器
技术领域：
，尤其涉及一种小型集成化ytf非线性特性测试系统及方法。
背景技术：
：在射频与微波通信及测试系统中，需要各类滤波器来滤除不需要的频段以及各种干扰。滤波器的作用非常重要，根据其工作频段，大体分为几类：集总器件滤波器、分布参数滤波器、腔体滤波器、介质滤波器等等。集总器件滤波器其应用频段受限，几乎不能应用到10ghz以上，分布参数滤波器其性能指标(插入损耗、阻带抑制)很难提高，腔体滤波器及介质滤波器很难做到大的可调范围，通常其可调范围小于30％。当需要滤波器大范围内可调且要求其阻带抑制很高时(如大于80db)，以现有的技术，往往仅能选择yig调谐滤波器ytf(yigtunedfilter)。yig谐振器件有着优异的特性，在外加可变磁场的作用下，其谐振频率可在多个倍频程范围内调节且其品质因数非常高，已经成了现代仪器设备中不可替代的器件。然而，ytf也有各类缺陷。其中之一是需要外加可调静磁场，此时需要大的线圈绕制及磁体，导致体积重量变大。静磁场调节时候，需要在线圈中通过大电流，导致器件功耗变大且配套驱动电路复杂。进一步，在ytf在调谐过程中，电流与调谐中心频率并不是线性关系，导致在实际应用中需要复杂的校准操作，且每个器件特性都不一致。因此，需要一种测试系统能够测试ytf的非线性调谐特性。现有的测试方法有:1)专利us4858159中的下变频测试方法(如图1所示)。此方法主要应用到频谱分析仪中，用来同步调谐ytf中心频率及本振频率以保持固定中频输出，在频谱分析仪的出厂校准及用户现场自校准时候使用，但是不能单独独立测试ytf的非线性特性。同时，该方法采用了多次变频，因此需要多个本振信号，导致系统复杂。2)us20070139132基于噪声源的测试方法(如图2所示)。该方法首先产生一个宽带噪声信号，然后令此信号通过待测ytf器件，滤波后的信号进入到接收机模块，最后进入到处理器进行处理。该方法所用的宽带噪声源本身就需要复杂的校准，从而增加了系统的复杂度。技术实现要素：本发明的目的是提供小型集成化ytf非线性特性测试系统及方法，以解决不依赖其它外置仪器设备来测量ytf非线性特性的问题。本发明的第一种技术方案：一种小型集成化ytf非线性特性测试系统，包括pc机，pc机连接至处理器，处理器依次通过数模转化模块、电压电流转换器连接至yig调谐滤波器的第一输入端；处理器还通过宽带信号发生器连接至第一射频开关的输入端，第一射频开关的输出端连接至第二射频开关的输入端，第二射频开关的第一输出端连接至yig调谐滤波器的第二输入端，第二射频开关的第二输出端连接至第三射频开关的第二输入端；yig调谐滤波器的输出端连接第三射频开关的第一输入端，第三射频开关的输出端连接至宽带信号电平检测模块的输入端，宽带电平检测模块的输出端通过数模转化模块连接至处理器；当测试系统工作在校准模式状态时，第二射频开关调至第二输出端、第三射频开关(8)调至第二输入端；当测试系统工作在测试模式状态时，第二射频开关调至第一输出端、第三射频开关调至第一输入端。进一步地，宽带信号发生器设有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出频率范围为54mhz到6800mhz的信号，第二输出端输出频率范围为6.8ghz到13.6ghz的信号。进一步地，第一射频开关包括第一支路和第二支路，第一支路用于传输频率范围为54mhz到6800mhz的信号，第二支路用于传输频率范围为6.8ghz到13.6ghz的信号。本发明的另外一种技术方案：一种小型集成化ytf非线性特性测试方法，使用上述的小型集成化ytf非线性特性测试系统，包括以下步骤：步骤1、对小型集成化ytf非线性特性测试系统进行初始化设置，宽带信号发生器的初始输出频率设置为f1，数模转化模块初始输出电流设置为i1；步骤2、将小型集成化ytf非线性特性测试系统设置为校准模式，通过处理器测得数模转换模块的输出值d1；步骤3、将小型集成化ytf非线性特性测试系统设置为测试模式，通过处理器测得数模转换模块的输出值d2；步骤4、计算初始输出频率为f1时的测试值d＝d1-d2；步骤5、递增初始输出频率，重复执行步骤2至步骤4，直至初始频率增加至f2，得出多个测试值d，并选出其中最大值dmax(i1)，其中f2＞f1；步骤6、递增初始输出电流，重复执行步骤2至步骤5，直至初始输出电流增加至预设值in，得出dmax(i1)、dmax(i2)、…、dmax(in)，其中in＞i2＞i1；步骤7、将步骤6得出的dmax(i1)、dmax(i2)…dmax(in)及其对应的电流值i1、i2、…、in发送至pc机，得到小型集成化ytf非线性特性。进一步地，步骤2中校准模式具体为：第二射频开关调至第二输出端、第三射频开关调至第而输入端。进一步地，步骤3中测试模式具体为：第二射频开关调至第一输出端、第三射频开关调至第一输入端。本发明的有益效果是：该系统采用了高度集成的芯片产生宽带信号对ytf进行激励，并采用宽带对数电平检测集成芯片对通过ytf后的信号电平进行检测及采集。同时，自身内置了自校准装置并设计了测试步骤方法。本系统与传统的测试方法相比大大降低了复杂性，不再依赖其他外置仪器设备，且体积成本显著降低，实际测试表明，本系统可准确的提取ytf的非线性特性。【附图说明】图1为现有技术中公开号为us4858159(a)的专利中的变频测试方法图；图2为现有技术中公开号为us20070139132(a1)的专利中基于噪声源的测试方法图；图3为本发明一种小型集成化ytf非线性特性测试系统的模块连接示意图；图4为本发明中一种小型集成化ytf非线性特性测试方法的流程图；图5为本发明实施例中测试结果图。1.pc机；2.处理器；3.数模转化模块；4.电压电流转换器；5.数模转换模块；6.宽带信号电平检测模块；8.第三射频开关；9.yig调谐滤波器；10.第二射频开关；11.第一射频开关；12.宽带信号发生器。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明公开了一种小型集成化ytf非线性特性测试系统，如图3所示，包括pc机1，pc机1连接至处理器2，pc机1通过串口连接至处理器2，可以方便操作和数据传输，处理器2依次通过数模转化模块3、电压电流转换器4连接至yig调谐滤波器9(即ytf)的第一输入端。处理器2还通过宽带信号发生器12连接至第一射频开关11的输入端，第一射频开关11的输出端连接至第二射频开关10的输入端，第二射频开关10的第一输出端连接至yig调谐滤波器9的第二输入端，第二射频开关10的第二输出端连接至第三射频开关8的第二输入端。处理器2采用stm32处理器，作用是对整个系统的控制即数据处理，对宽带信号发生器12进行初始化，并控制其发出需要的射频信号，设置其工作频率。宽带信号发生器12采用adf5355芯片，其输出有两路信号，即设有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出频率范围为54mhz至6800mhz的信号，第二输出端输出频率范围为6.8ghz到13.6ghz的信号，可根据需要进行调整。数模转化模块3(即d/a模块)用于输出电压，经电压电流转换器4(即v/i模块)转换后，输出电流至yig调谐滤波器9(即ytf)。宽带信号发生器12输出的信号进入第一射频开关11(即sw1)，优选的，第一射频开关芯片为hmc547，其开关范围为0-20ghz，hmc547芯片在stm32处理器控制下完成频段切换。第一射频开关11包括第一支路和第二支路，第一支路用于传输频率范围为54mhz到6800mhz的信号，第二支路用于传输频率范围为6.8ghz到13.6ghz的信号。当宽带信号发生器12输出频率低于6800mhz时候，第一射频开关11置于第一支路，当输出频率高于6800mhz时候，第一射频开关11置于第二支路。从第一射频开关11输出的信号进入到第二射频开关10(即sw2)，第二射频开关10输出一路进入到需要测试的ytf器件里面，即第二射频开关10的第一输出端连接至yig调谐滤波器9的第二输入端，另外一路通过直通射频线进入到第三射频开关8(即sw3)中，即第二射频开关10的第二输出端连接至第三射频开关8的第二输入端。第二射频开关10和第三射频开关8均通过stm32处理器控制，选择某一个支路，可分别工作在校准模式或测试模式下：当测试系统工作在校准模式状态时，第二射频开关10调至第二输出端、第三射频开关8调至第二输入端，即“直通”连接(跳过ytf)。当测试系统工作在测试模式状态时，第二射频开关10调至第一输出端、第三射频开关8调至第一输入端，即射频信号进入ytf后在进入第三射频开关8。yig调谐滤波器9的输出端连接第三射频开关8的第一输入端，第三射频开关8的输出端连接至宽带信号电平检测模块6(即logdet)的输入端，宽带电平检测模块6的输出端通过数模转化模块5(即a/d模块)连接至处理器2。宽带电平检测模块6采用宽带信号电平检测芯片hmc913，该芯片动态范围为59db，最高工作频率达到20ghz；该芯片完成射频信号电平的测量，根据其电平大小得到相应的模拟电压量。数模转化模块5(即a/d模块)采用ltc2440芯片，采样位数为24比特；该芯片在stm32处理器的控制下完成模数转换及数据采集。本发明还公开了一种小型集成化ytf非线性特性测试方法，如图4所示，使用上述的小型集成化ytf非线性特性测试系统，包括以下步骤：步骤1、对小型集成化ytf非线性特性测试系统进行初始化设置，宽带信号发生器12的初始输出频率设置为f1，数模转化模块3初始输出电流设置为i1。步骤2、将小型集成化ytf非线性特性测试系统设置为校准模式，通过处理器2测得数模转换模块5的输出值d1。校准模式具体为：第二射频开关10调至第二输出端、第三射频开关8调至第而输入端。步骤3、将小型集成化ytf非线性特性测试系统设置为测试模式，通过处理器2测得数模转换模块5的输出值d2。测试模式具体为：第二射频开关10调至第一输出端、第三射频开关8调至第一输入端。步骤4、计算初始输出频率为f1时的测试值d＝d1-d2。步骤5、递增初始输出频率，重复执行步骤2至步骤4，直至初始频率增加至f2，得出多个测试值d，并选出其中最大值dmax(i1)，其中f2＞f1。步骤6、递增初始输出电流，重复执行步骤2-步骤5，直至初始输出电流增加至预设值in，得出dmax(i1)、dmax(i2)、…、dmax(in)，其中in＞…＞i2＞i1。步骤7、将步骤6得出的dmax(i1)、dmax(i2)、…、dmax(in)及其对应的电流值i1、i2、…、in发送至pc机1，得到小型集成化ytf非线性特性。如下表所示，给出某一ytf的测试结果。dmax(in)indmax(in)indmax(in)indmax(in)indmax(in)in1.44350.104.48260.226.94260.349.15980.4611.08100.581.71510.114.788110.237.27280.359.50230.4711.04630.602.10270.125.06310.247.38740.369.72310.4911.23710.612.37820.135.31820.257.80010.389.72580.5011.49610.622.74020.145.31360.278.02430.399.76520.5111.65450.632.85370.165.80250.288.02220.4010.05280.5211.75640.653.37120.176.06560.298.48380.4110.19570.5411.94460.663.76740.186.29000.308.47750.4310.37530.5512.08170.674.00350.196.62390.328.77140.4410.52090.5612.13980.684.28170.216.98010.339.03110.4510.77350.5712.33990.70如图5所示其中，横坐标为ytf的驱动电流，单位为安培，纵坐标为ytf的中心谐振频率。可见，随着驱动电流的增加其谐振中心频率不断增加。但是，由图5可见，驱动电流与中心谐振频率明显不是线性关系。此测试结果，是进一步进行产品设计的重要参考。当前第1页12