基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法及其系统。利用多路初始相位可控射频信号源产生一路无源互调参考信号和多路已知初始相位的无源互调激励信号，激励信号经功率放大合路后分别输入到被测器件中，产生的无源互调信号经滤波与无源互调分量参考信号经滤波相比较得到相位差，通过测量该相位差，并校正信号传输路径固定相位差，得到被测器件在无源互调激励信号上产生的相位变化信息，完成无源互调发生点的定位。本发明通过设计初始相位可控的多路射频信号源，实现了对于激励信号源初始相位的控制，还可以用于大功率器件无源互调发生点的定位。
【专利说明】基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种关于微波器件的定位方法及其系统，尤其是涉及一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法及其系统。
【背景技术】
[0002]两个或两个以上的载波信号经过具有非线性响应的部件时，会产生不同于载波频率的新信号，此现象称为互调。无源互调(Passive Inter Modulation,简称PIM)是指由两个或两个以上的发射载波在无源器件中相遇时发生的载波信号频率的线性组合产物落入接收通带内形成干扰的现象。随着移动通信技术的飞速发展，对接收系统的灵敏度要求日益提高，当载波信号较小时，由于期间的非线性产生的无源互调引起的噪声不大而不引起人们的注意，但是当载波信号功率较大的时候，这种互调的影响就比较明显了。
[0003]微波器件的无源互调发生的机制很复杂，业界目前尚无精确测量无源互调发生位置的方法和系统。如图1、图2所示的传统无源互调发生点定位系统，采用频谱仪来检测产生的无源互调信号，对于大功率器件无源互调发生点的定位无法使用。通过电磁波相位测量定位无源互调发生点的方法对于相位信息的依赖直接决定了整个测试系统的精确度。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法及其系统。
[0005]本发明采用的技术方案是:
[0006]一、一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法，包括:
[0007]利用初始相位可控的多路射频信号源产生一路无源互调分量参考信号和多路已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号经功率放大合路后分别输入到被测器件中，被测器件中产生的无源互调信号经滤波后的信号与无源互调分量参考信号经滤波后的信号相比较得到整个信号传输路径的相位差，通过测量该整个信号传输路径的相位差，并校正信号传输路径固定相位差，然后通过校正后的信号传输路径固定相位差，得到被测器件的无源互调发生点在无源互调激励信号上产生的相位变化信息，从而进行无源互调发生点的定位。
[0008]所述的多路已知初始相位的无源互调激励信号的路数根据以下方法确定:
[0009]I)当被测器件的长度大于电磁波在被测器件内相位改变半个周期的长度时，再增加一路不同频率初始相位已知的无源互调激励信号；
[0010]2)根据检测该路无源互调激励信号来回的相位差，结合中国余数定理，重复进行以上步骤I)直到无源互调发生点的位置是唯一的。
[0011]3.根据权利要求1所述的一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法，其特征在于:所述的无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。[0012]二、一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位装置:
[0013]包括功率放大器、合路器、双工器、低互调匹配负载、第一滤波器、第二滤波器、相位比较器、模数转换器和数字处理器；初始相位可控的多路射频信号源分为多路激励信号源和一路无源互调分量参考信号源，激励信号源产生已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号各自经功率放大器后通过合路器输入到双工器的TX端，被测器件输出端连接到双工器的ANT端接收无源互调激励信号，被测器件的其他端口与低互调匹配负载连接，被测器件输出无源互调信号由双工器的RX端经第二滤波器输入到相位比较器的一端中；无源互调分量参考信号源产生无源互调分量参考信号，无源互调分量参考信号经第一滤波器输入到相位比较器的另一端中；相位比较器的输出端经模数转换器与数字处理器连接。
[0014]所述的无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。
[0015]本发明具有的有益效果:
[0016]通过设计初始相位可控的多路射频信号源，实现了对于激励信号源初始相位的控制，用信号源的一路产生无源互调参考信号，测量无源互调信号与该无源互调参考信号的相位信息，来对无源互调发生点定位。同时，该设计还可以用于大功率器件无源互调发生点的定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是传统无源互调定位仪的一种结构框图。
[0018]图2是传统无源互调定位仪的另一种结构框图。
[0019]图3是本发明装置的结构框图。
[0020]图中:1、第一激励信号源，2、第二激励信号源，3、无源互调分量参考信号源，4、信号源内部参考信号源，5、第一功率放大器,6、第二功率放大器,7、合路器,8、双工器,9、被测器件，10、低互调匹配负载，11、第二滤波器，12、第一滤波器，13、相位比较器，14、模数转换器，15、数字处理器。
[0021]具体实施方法
[0022]下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。
[0023]本发明定位方法包括:
[0024]利用初始相位可控的多路射频信号源产生一路无源互调分量参考信号和多路已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号经功率放大合路后分别输入到被测器件中，被测器件中产生的无源互调信号经滤波后的信号与无源互调分量参考信号经滤波后的信号相比较得到整个信号传输路径的相位差，通过测量该整个信号传输路径的相位差，并校正信号传输路径固定相位差，然后通过校正后的信号传输路径固定相位差，得到被测器件的无源互调发生点在无源互调激励信号上产生的相位变化信息，从而进行无源互调发生点的定位。
[0025]其中，多路已知初始相位的无源互调激励信号的路数根据以下方法确定:
[0026]I)当被测器件的长度大于电磁波在被测器件内相位改变半个周期的长度时，再增加一路不同频率初始相位已知的无源互调激励信号；
[0027]2)根据检测该路无源互调激励信号来回的相位差，结合中国余数定理，重复进行以上步骤I直到无源互调发生点的位置是唯一的，降低无源互调发生点距离输入端口的距离的模糊度。
[0028]无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。
[0029]中国余数定理表述为:设叫，m2，...，mk是两两互素的正整数，则同余方程组X = bi (mod Hi1)，X E b2 (mod m2),..., x = bk (mod mk)在模[m” m2,..., mk]有唯一解，也就是存在唯一确定的b,满足X = b (mod Lm1, m2,...，mk])。因此,对于单一通路的无源互调发生点的判断，通过采用余数定理指导下的多次测量，即可以达到理论精度非常高的电长度定位，得到无源互调发生点的准确位置。
[0030]本发明利用一个初始相位可精密控制的共用同一参考信号源的多路射频信号源，产生多路、不同频率的初始相位已知的射频信号，将其中一路信号源的输出设定为相应阶数的互调频率，从而产生一个初始相位已知的人工无源互调源，同时将另外两路输出作为为初始相位已知的无源互调激励信号。通过比较上述虚拟无源互调源和被测器件产生的无源互调信号之间的相位差，并去除可测量的系统固定延时相位差，即可以得到无源互调分量的相位信息，并从中反演计算得到无源互调发生点的精确位置信息。
[0031]如图3所示，本发明的定位装置包括第一功率放大器5、第二功率放大器6、合路器
7、双工器8、低互调匹配负载10、第一滤波器12、第二滤波器11、相位比较器13、模数转换器14和数字处理器15 ;初始相位可控的多路射频信号源分为多路激励信号源1、2和一路无源互调分量参考信号源3，激励信号源1、2产生已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号各自经功率放大器5、6后通过合路器7输入到双工器8的TX端，被测器件9输出端连接到双工器8的ANT端接收无源互调激励信号，被测器件9的其他端口与低互调匹配负载10连接，被测器件9输出无源互调信号由双工器8的RX端经第二滤波器11输入到相位比较器13的一端中；无源互调分量参考信号源3产生无源互调分量参考信号，无源互调分量参考信号经第一滤波器12输入到相位比较器13的另一端中；相位比较器13的输出端经模数转换器14与数字处理器15连接。
[0032]无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。
[0033]所述的无源互调发生点即为被测器件。
[0034]信号源第三路3产生的与互调信号频率相同的初始相位已知的人工无源互调源，经过第一滤波器12，接入相位比较器13的一个输入端，待测器件产生的无源互调产物经过双工器8的ANT端、RX端接入第二滤波器11的输入端，选择出相应阶数的互调分量，之后接入相位比较器13的另一个输入端，与信号源第三路3产生的相同阶数的人工互调源进行鉴相。
[0035]本发明可采用如图3所示的连接结构，初始相位可控的多路射频信号源采用两路激励信号源1、2和一路参考信号源3，两路激励信号源分别为第一激励信号源I和第二激励信号源2,第一激励信号源I和第二激励信号源2分别经第一功率放大器5、第二功率放大器6后输入合路器7。信号源部分采用共用同一参考时钟的矢量多路信号源，可以发生频率、幅度、初始相位均可以精确控制的多路初始相位已知的射频信号。
[0036]采用多路共用同一参考时钟的矢量信号源，即信号源内部参考信号源4，通过精确控制信号源第一、二路1、2产生初始相位已知的射频激励信号，并根据待测互调阶数，由无源互调分量参考信号源3产生相应阶数的初始相位已知的人工无源互调信号，其位置处于无源互调分量参考信号源3的输出端口处。
[0037]功率放大器可采用Milmega公司的RF系列功率放大器，频率范围200MHz~1GHz，输出功率从80W至1200W。
[0038]合路器可采用Narda合路器SWC10644。
[0039]双工器可采用K&L双工器WSD-00230。
[0040]滤波器可采用RFM公司的TXC101/102。
[0041]相位比较器可采用ADI公司的AD8302。其工作频率从低频到2.7GHz。
[0042]模数转换器可采用TI公司的ADS8363。 [0043]数字处理器可以是计算机，或者是基于微处理器、DSP或PFGA的嵌入式处理系统。
[0044]本发明的具体实施过程如图3所示:
[0045]实施时，产生的第一激励信号源1、第一激励信号源2和无源互调分量参考信号源3是共用同一参考时钟的多路矢量信号源，即信号源内部参考信号源4，第一激励信号源1、第一激励信号源2用来产生两路初始相位已知的射频信号，分别经过功率放大器5、6，之后经过合路器7，低互调电缆和双工器8进入被测器件。
[0046]进入被测器件9的信号，再被测设器件中某一点发生无源互调，一部分互调产物返回到双工器8，通过双工器的RX端进入第二滤波器11，第二滤波器11提取出需要检测的互调分量，接入相位比较器13中与无源互调分量参考信号源3产生的经过滤波器12提取的、相位已知的人工无源互调信号进行鉴相。
[0047]相位比较器13鉴相之后的结果经过模数转换器14采样后送入数字处理器15进行分析。
[0048]本发明方法的具体实施如下:
[0049]如附图3所示，具体实施时，由于采用同一个信号源内部参考信号源4，因此第一激励信号源1、第一激励信号源2和无源互调分量参考信号源3的输出信号都是初始相位已知的、相位相干的信号。设第一激励信号源1、第一激励信号源2输出信号的频率分别为
fl和f2，初始相位分别为熟和约ο输出的两路信号，经过功率放大器进行功率放大后，使
用合路器将两路信号合为一路，经过双工器到达待测器件。该大功率信号的输入使待测器件内部产生PM信号。PM信号可以视为由点源或线源发生，因此PM可以逆向传输，经过双工器和针对指定PIM分量设计的滤波器后，得到特定的PIM交调信号。
[0050]无源互调分量参考信号源3产生的初始相位已知的人工无源互调源，设其频率为mf l+nf2，初始相位为约，其中m,n为正整数，可以根据所需测量的PM阶数，由矢量信号发生器设定。无源互调分量参考信号源3发出的信号通过相应的滤波器，滤出与待测PIM信号频率成分相同的信号。最终，由人工P頂源和真实P頂源发生的P頂信号到达相位比较器鉴相之后，经过模数转换，最终进行PC端信号处理得到两路信号的相位差ΔΡ ,其分别
满足:
[0051]
Αφ = Αφι + (Αφ^ + φ pim) + ^φρι?η —φ3— Αφ3 + 2απ
[0052]
【权利要求】
1.一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法，其特征在于:利用初始相位可控的多路射频信号源产生一路无源互调分量参考信号和多路已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号经功率放大合路后分别输入到被测器件中，被测器件中产生的无源互调信号经滤波后的信号与无源互调分量参考信号经滤波后的信号相比较得到整个信号传输路径的相位差，通过测量该整个信号传输路径的相位差，并校正信号传输路径固定相位差，然后通过校正后的信号传输路径固定相位差，得到被测器件的无源互调发生点在无源互调激励信号上产生的相位变化信息，从而进行无源互调发生点的定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法，其特征在于:所述的多路已知初始相位的无源互调激励信号的路数根据以下方法确定: 1)当被测器件的长度大于电磁波在被测器件内相位改变半个周期的长度时，再增加一路不同频率初始相位已知的无源互调激励信号； 2)根据检测该路无源互调激励信号来回的相位差，结合中国余数定理，重复进行以上步骤I)直到无源互调发生点的位置是唯一的。
3.根据权利要求1所述的一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位方法，其特征在于:所述的无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。
4.用于实施权利要求1所述方法的一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位装置，其特征在于:包括功率放大器、合路器(7)、双工器(8)、低互调匹配负载(10)、第一滤波器(12)、第二滤波器(11)、相位比较器(13)、模数转换器(14)和数字处理器(15);初始相位可控的多路射频信号源分为多路激励信号源和一路无源互调分量参考信号源(3)，激励信号源产生已知初始相位的无源互调激励信号，各路无源互调激励信号各自经功率放大器后通过合路器(7 )输入到双工器(8 )的TX端，被测器件(9 )输出端连接到双工器(8 )的ANT端接收无源互调激励信号，被测器件(9)的其他端口与低互调匹配负载(10)连接，被测器件(9)输出无源互调信号由双工器(8)的RX端经第二滤波器(11)输入到相位比较器(13)的一端中；无源互调分量参考信号源(3)产生无源互调分量参考信号，无源互调分量参考信号经第一滤波器(12)输入到相位比较器(13)的另一端中；相位比较器(13)的输出端经模数转换器(14 )与数字处理器(15 )连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于初始相位控制的无源互调发生点的定位装置，其特征在于:所述的无源互调分量参考信号与已知初始相位的无源互调激励信号的阶数相同。
【文档编号】H04B17/00GK103944594SQ201410187482
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】齐小康, 郑川, 冉立新 申请人:浙江大学