一种脉冲功率标准的校准系统和方法_3

文档序号:9809169阅读:来源:国知局
述波形修正参数数据、反射系数数据、标准功 率计指不值、脉冲功率计峰值功率指不值。
[0065] 所述控制和数据处理模块6的功能还包含:通过反射系数数据计算失配因子(公式 3),根据所述失配因子和所接收的波形修正系数、标准功率计指示值、脉冲功率计峰值功率 指示值计算所述校准因子(公式4),将所述脉冲宽度、脉冲幅度、射频频率、波形修正参数、 反射系数、失配因子、校准因子数据保存在所述数据存储模块3;进一步地,对测试条件值和 对应的校准因子进行分析,确定所述校准因子的精度。
[0066]作为本发明进一步优化的实施例,所述控制和数据处理模块6还包含人机交互界 面(或称"操作面板"),用于对脉冲宽度、脉冲幅度、射频频率进行设置、对测试的步骤和次 数进行设置、启动测试、输出测试结果。
[0067] 所述矢量网络分析仪7,接入所述网络分析接口 101;所述空气线8,用于测试所述 源端反射系数,接入所述空气线接口 102。
[0068] 图3是脉冲功率标准的校准方法实施例,工作流程包含以下步骤:
[0069]步骤1、测试条件控制。
[0070] 控制和数据处理模块6启动,控制所述脉冲功率标准输出的射频脉冲信号,具体 地,控制所述脉冲产生器11输出的脉冲宽度、控制所述射频发射单元13输出的脉冲幅度;控 制所述微波信号源12输出的射频频率。
[0071] 步骤2、波形修正系数测试。
[0072] 所述控制和数据处理模块6启动波形分析模块4;控制脉冲产生器11、微波信号源 12使脉冲信号输出。
[0073] 所述波形分析模块4接收来自示波器16的脉冲包络数据、来自脉冲产生器11的脉 冲宽度(Bo)数据;对所接收的数据进行分析,计算得出波形修正系数(Ko,公式2);
[0074]所述控制和数据处理模块6接收所述波形分析模块4输出的波形修正系数数据。 [0075]步骤3、源端反射系数测试。
[0076]将矢量网络分析仪连接至网络分析接口 101;将所述空气线8接入所述脉冲功率标 准1的空气线接口 102;控制矢量网络分析仪对标准功率计和空气线形成功率座的反射进行 S参数测试;所述反射分析模块5采集所述标准功率计指示值、矢量分析仪所测试的S参数 值;根据脉冲幅值、标准功率计指示值、S参数值计算源端反射系数。
[0077]步骤4、标准功率计的功率和反射系数测试。
[0078]将矢量网络分析仪连接至网络分析接口 101,将所述脉冲功率标准1的空气线接口 102连通;
[0079] 启动所述标准功率计工作;控制微波信号源、脉冲产生器、射频发射单元,在连续 波模式下,射频发射单元输出连续波;待功率稳定后,通过控制和数据处理模块采集标准功 率计指示值;
[0080] 控制矢量网络分析仪对标准功率计的反射进行S参数测试;所述反射分析模块5采 集矢量分析仪所测试的S参数值,得到标准功率计反射系数。
[0081] 步骤5、脉冲功率计的功率和反射系数测试。
[0082] 将矢量网络分析仪连接至网络分析接口 101,将所述脉冲功率计2接入功率计接口 103;
[0083] 启动所述脉冲功率计工作;控制微波信号源、脉冲产生器和射频发射单元,在脉冲 模式下,射频发射单元输出射频脉冲信号;待功率稳定后,通过控制和数据处理模块采集脉 冲功率计峰值功率指不值;
[0084] 控制矢量网络分析仪进行S参数测试;所述反射分析模块5采集矢量分析仪所测试 的S参数值,计算脉冲功率计反射系数。
[0085]步骤6、测试数据采集、计算和存储。
[0086] 所述控制和数据处理模块6采集所述源端反射系数、标准功率计反射系数、脉冲功 率计反射系数、波形修正系数、标准功率计指示值、脉冲功率计峰值指示值的数据,先计算 出失配因子(公式3),再计算出校准因子(公式4);
[0087] 进一步地,将所述脉冲宽度、脉冲幅度、射频频率、波形修正参数、反射系数、失配 因子、校准因子数据保存在所述数据存储模块3。
[0088] 作为本方法进一步优化的实施例,循环上述步骤1~步骤6进行多次测试。循环的 条件是改变脉冲宽度、脉冲幅度、射频频率中的一种或多种参数,或者在相同的脉冲宽度、 脉冲幅度、射频频率条件下进行多次重复测试;当循环完成后,进入步骤7。
[0089]步骤7、测试数据精度分析。
[0090]对所述测试条件、测试值、计算值的数据进行分析,确定所述校准因子的精度;作 为步骤7中进一步优化的实施例,对多次重复测试所得到的校准因子进行统计,得出最佳的 校准因子。
[0091] 图4是脉冲波形修正原理示意图。作为本申请文件图3所示方法中步骤2的一个具 体实施例,对波形修正系数进行计算的方法,射频脉冲信号经过射频发射单元输出后,采集 所述射频脉冲信号在示波器上的包络波形,得出脉冲幅值(m)。对脉冲包络进行积分计算, 先将采集的脉冲包络表示于离散化的在时间和幅度空间,如图4所示的方格界面,横向为时 间,每一列离散单元宽度为△ t;纵向为幅度,每一行离散单元高度为Am,一个完整的脉冲 包络与〇幅度线之间所包围的面积为
其中,η是脉冲包络所占的行 数,bi是脉冲包络在第i行所占列数。于是,U2=A/Bo。
[0092] 作为本申请文件中图3所示方法中步骤3的一个具体实施例,在所述脉冲功率标准 的空气线接口 102接入多个不同长度的空气线8,采集所述标准功率计指示值;控制矢量网 络分析仪,采集不同空气线接入后的反射系数,采集空气线的传输效率。有:
[0094] 其中,P〇为信号源输出功率,Γ 为空气线与功率计形成功率座的反射系数,rc为 源端反射系数,PLi为输入空气线的功率值(?1^ = ?/1^/1^,?/^为标准功率计的指示值;1^为 空气线的传输效率)。
[0095] 此处,需要注意P〇与m(或u2)的区别。示波器采集的是脉冲包络是电压幅值,而P〇 为连续波或者脉冲功率。
[0096] 通过对不同长度的空气线进行测试得出多个反射系数值,利用最小二乘法和公式 5计算出最佳的源端反射系数。例如,本发明系统实测频率范围18GHz~50GHz的脉冲功率标 准的源端反射系数最大值为〇. 048。
[0097] 作为本申请文件中图3所示方法步骤1~7进一步变化的实施例,在上述测试步骤 中,对特定的脉冲功率标准,所述源端反射系数(Fc)、标准功率计反射系数(Γ%)、·标准功 率计指示值(Pbs)、波形修正系数(Ko)等参数不涉及被校准的所述脉冲功率计2,因此作为所 述脉冲功率标准1自身的电气工作性能,在所述脉冲功率标准1启动时能够通过步骤2、3、4 的方法自测得到。考虑到上述设备参数(r G、rs、Pbs、Ko)均并非一个常数,而是和设备工作 参量有关,例如测试条件脉冲宽度、脉冲幅度、射频频率发生变化、及设备老化等,可以考虑 在典型测试条件自测上述参数并存储于所述数据存储模块3,也可以在变化的测试条件下 动态地更新上述参数。因此,作为本发明方法步骤1~7进一步变化的实施例,测试所述校准 因子(U的过程,设备可以首先通过执行步骤2、3、4自测典型测试条件下的所述设备参数 0- c、Γ s、Pbs、Ko),储存于所述数据存储模块3;当需要测试一特定的脉冲功率计校准因子 时,先按照步骤5测试所述典型测试条件下所述脉冲功率计反射系数(r u)和脉冲功率计峰 值功率指示值(Pbu);当执行步骤6时,所述测试控制和数据存储模块6首先从所述数据存储 模块3中调取典型测试条件下的所述设备参数;再结合实时测试的参数r u、Pbu,计算出Ku。
[0098] 作为本发明步骤7的进一步优化的实施例,提出一种进行多次扫描测试提取最佳 测试值的"极限点法",对测试数据进行分析,针对特定的脉冲功率计确定所测校准因子的 精度。
[0099] 极限法的原理如图5所示。选择η个测试条件点Xl(i = l~η),在每个测试条件点分 别进行m个正行程循环测试、m个反行程循环测试,得到2mn个随机测试数据yij(j = l~2m)。 对于第i个测试条件点,记其正行程测试均值为>^、子样标准偏差为sul;反行程测试均值为 .、.子样标准偏差为Sdi。那么正行程随机测试值偏1? 的范围在±3sUi之间的置信概率 为99.73%。反行程随机测试值则以99.73%的置信概率落入区域,则
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