用于识别在射频设备或系统中的故障的系统和装置的制作方法

本发明涉及在射频(rf)设备或系统中的故障的识别。特别是，虽然不是排他地，本发明涉及无源互调失真和散射参数测试。

背景技术：

无源互调失真(pim)和散射参数(s参数)是在rf部件和通信系统中的最重要的品质因数。pim和s参数都通常在新rf基础设施的制造、安装和投入生产期间被测量。特别是，pim和s参数由研究和开发工程师在新产品的开发期间、由工厂员工在制造过程期间以及现场员工在安装或维修rf部件或系统时使用。

传统上，pim和s参数的测量需要两种不同的测试仪器，即pim分析器和矢量网络分析器(vna)，其中每一个量单独地被测试。在一种现有技术方法中，通过将pim分析器和vna单独地和手动地连接到被测设备(dut)来顺序地执行pim和s参数测试。

这种方法是廉价的，因为它不需要额外的硬件或软件。然而，它有至少两个关键缺点。首先，测试执行起来相对慢，因为当操作员手动地断开pim分析器并安装vna(反之亦然)时测试过程被中断。这在高产量制造环境中是特别低效的，其中循环时间是必须尽可能被最小化的重要参数。其次，这种方法增加了对dut的连接器的磨损，因为连接器必须与pim分析器连接和断开，且对于vna再次连接和断开。

已经尝试通过使用rf开关提供pim分析器和vna到dut的同时连接来克服这些问题。这种方法加快了测试过程，因为它使操作员能够比手动连接和断开快得多在两个测试仪器之间切换，并减少人为错误。此外，rf开关的使用最大限度地减少了对dut的连接器的磨损，因为它只需要对这两个测试建立一个连接。

然而，rf开关在这种测试中的使用有许多缺点。特别是，rf开关必须能够处理可能数百瓦的rf功率电平。此外，rf开关必须具有极低的残余pim，理想地在2x+43dbm载波的情况下小于-130dbm，甚至在数千次开关操作之后也是如此。这些要求在rf开关中实际上很难满足，这导致rf开关非常昂贵，对于单个rf开关模块常常大约几千美元。

存在故障范围(rtf)测试模块，其是可翻新的设备，包括在线矢量反射计(in-linevectorreflectometer)，该矢量反射计可以耦合到pim分析器以利用单个测试集且在同一测试端口上执行矢量pim和矢量反射系数测量。在美国专利号9,225,441中提供了这种rtf模块的示例。

然而，不幸的是，且如下面更详细描述的，rtf模块受到限制，因为它在反射计模式中的扫频范围被限制到它所连接到的pim分析器的发射和接收频带。这个限制阻止rtf模块被用作通用宽带反射计，这将它的使用情况限制到窄范围的利基应用。

特别是，矢量反射计通过将测试信号施加到dut的输入端口并测量在该端口处的入射信号“a”和反射信号“b”之间的振幅比和相位偏移来测量dut的矢量反射系数γl。

图1示出了根据现有技术的常规矢量反射计测试系统100的框图。测试系统100包括通过测试端口115耦合到dut110的矢量反射计105。

矢量反射计105包括用于生成测试信号的rf源120、用于分别对去往和来自dut110的入射和反射信号进行采样的正向耦合器125a和反向耦合器125b、用于将所采样的信号下变频到较低中频(if)的一对相干接收器130、140以及用于测量下变频的信号bm和am的复合比的振幅/相位检测器135。

通过在测试开始之前执行合适的校准程序，能够在计算机或微控制器中对所测量的结果进行后处理，并获得dut110的矢量反射系数γl。

图2示出了根据现有技术的在线矢量反射计测试系统200的框图。测试系统200包括单端口pim分析器205、在线矢量反射计210和dut215。

在线反射计210是设计成与另一件装备级联地连接的两端口设备，并且包括耦合到单端口pim分析器205的输入端口220以及与dut215连接的测试端口225。

虽然输入端口220(也被称为“上游端口”)将反射计210连接到pim分析器205，但技术人员将容易认识到，在线反射计210可以与多种其他设备级联。

为了进行反射系数测量，在在线反射计210内部的rf源230生成在dut215的方向上由定向耦合器235(也被称为“源耦合器”)耦合到主rf路径上的测试信号。反射计然后以与图1的反射计105相同的方式测量在入射信号和反射信号之间的振幅比和相位偏移，并在计算机或微控制器中处理这些测量结果，以便计算dut反射系数γl。

上述的在线矢量反射计架构在设计中本质上是宽带，原则上能够在数百兆赫(mhz)或甚至几千兆赫(ghz)的带宽上进行测量。然而，实际上，在线反射计的操作频率范围被限制到它所连接到的pim分析器的频带。

特别是，为了进行准确的反射系数测量，在线反射计要求pim分析器的输出回波损耗大于某个最小阈值，该最小阈值可以是大约6db。如果这个要求不被满足，则当测量高度反射的dut时可能产生病理情景，由此，谐振模式在特定频率处在pim分析器和dut之间被激发。在这些条件下，在在线反射计内部的功率的所产生的累积可使接收器饱和，导致在这些频率处的准确度的严重损失。

最小输出回波损耗要求常常由pim分析器在它们的发射和接收频带内满足，其中例如值在10-15db范围内。然而，在它们的发射和接收频带之外，现有技术的pim分析器通常变成高度反射的，具有1db或更小的一般输出回波损耗。作为结果，在现有技术rtf模块中的反射计的操作频率范围迄今为止被限制到它所连接到的pim分析器的发射频带。

这个现象在示例中如下进行说明。图3示出了根据现有技术的在线矢量反射计测试系统300的框图。测试系统300包括单端口pim分析器305、在线矢量反射计210和dut215。

pim分析器305是1800mhzpim分析器，其rf前端包含双工器310，双工器310包括在端口220处借助于一对谨慎地选择的传输线320连接在一起的发射滤波器315a和接收滤波器315b，传输线320常常被称为“歧管”。

在所有市场上可买到的pim分析器中使用用于以这种方式将发射和接收频带组合到共享端口220上的歧管耦合双工器310连同相关的变形(例如，相应的三工器和四工器)的用途。

这些歧管耦合的双工器、三工器和四工器的特征之一在于它们在它们的通带之外的频率处是高度反射的。考虑在图4中示出的前面提到的1800mhz双工器310的输出回波损耗响应400。

在分别跨越1710-1785mhz和1805-1880mhz的频率范围的双工器310的接收和发射频带405a、405b中，输出回波损耗通常好于15db。然而在这些频带405a、405b之外，输出回波损耗接近0db。

如果dut215也是高度反射的，双工器310在它的阻带中的高度反射的行为可能对在线反射计210造成问题。特别地，在与在双工器310和dut215之间的电距离、双工器的输出反射系数的相位和dut的输入反射系数的相位相关的某些临界频率处，可以激发使大量功率在双工器310和dut215之间累积的谐振模式。这又增加了经由反射计210的正向耦合器125a和反向耦合器125b进入反射计210的功率的量。在极端情况下，这个谐振引起的功率上升可能足以使反射计的接收器饱和，从而引起在这些频率处的测量准确度的严重损失。

这个现象在图5中示出，图5示出了在测量扫描高度反射的dut215(例如且在这种情况下，传输线的开路长度)期间的模拟输出500，包括分别来自在图3的反射计210中的正向耦合器125a和反向耦合器125b的模拟输出505a、505b。

如图5所示，在pim分析器305的发射频带405a和接收频带405b中，其中仪器的输出回波损耗是高的，来自反射计的正向耦合器125a和反向耦合器125b的输出505a、505b分别是相对恒定的，在这些频带内只展示几db的变化。

相反，在pim分析器305的发射频带405a和接收频带405b之外的频率处，其中仪器的输出回波损耗是非常低的，来自反射计的正向耦合器125a和反向耦合器125b的输出505a、505b分别展示随频率的大振幅变化，上升到在发射频带405a和接收频带405b中观察到的水平之上高达30db。在大多数真实在线反射计(包括现有rf模块)中，这个上升足以使两个接收器饱和，从而引起在这些频率处的测量准确度的严重损失。

可以从在测量扫描期间进入反射计210的信号的近似数学模型获得对在pim分析器305和dut215之间激发的谐振模式所必需的条件的进一步洞察。

数学模型基于图2和图3的反射计210，终端阻抗附接到端口220和测试端口225。终端阻抗分别代表pim分析器205、305和dut215的反射系数γs和γl。

下面的分析假设在反射计的上游端口220和测试端口225之间的插入损耗是可忽略的，并且源耦合器235、正向耦合器125a和反向耦合器125b都通过反射计松散地耦合到主rf路径。

在测量扫描期间，在反射计210内部的rf源230生成测试信号a1，该测试信号经由源耦合器235在dut215的方向上耦合到主rf路径上。正向行进测试信号由正向耦合器125a采样，而从dut215反射的信号由反向耦合器125b采样。

令am表示来自正向耦合器的输出信号，以及bm表示来自反向耦合器的输出信号：

其中

a1＝来自反射计内部rf源的测试信号

am＝正向耦合器的输出端处的信号

bm＝反向耦合器的输出端处的信号

cs、cf和cr＝分别地源耦合器、正向耦合器和反向耦合器的耦合系数

df和dr＝分别地正向耦合器和反向耦合器的方向性

γs和γl＝分别地pim分析器和dut的复反射系数

θ＝在pim分析器和dut之间的传输线的电长度，包括反射计的电长度

方程1和方程2共享公分母(1-γlγse^-j2θ)，其每当下面的相位条件被满足时在最小值处：

∠γs+∠γl-2θ＝±2nπ(n＝0,1,2,…)(方程3)

其中

∠γs＝pim分析器的输出反射系数的相位

∠γl＝dut的输入反射系数的相位

当反射计进行带内测量时，pim分析器的输出反射系数的幅值|γs|接近于零。这意味着分母(1-γlγse^-j2θ)的最小可能值总是接近1，而不管在方程3中的相位条件是否被满足。在这些条件下，am和bm的幅值被保证为对于在范围|γl|≤1内的γl的所有值都是有限的。

相反，当反射计进行带外回波损耗测量时，pim分析器的输出反射系数的幅值|γs|通常接近1。如果dut在感兴趣的频率处是高度反射的，则dut的输入反射系数的幅值|γl|也将接近1。在这些条件下，如果在方程3中的相位条件同时被满足，则分母(1-γlγse^-j2θ)将接近零，以及am和bm的幅值将接近无限大，显然是非常不理想的结果。

因此，显然需要用于识别在射频设备或系统中的故障的改进的系统和装置。

将清楚地理解，如果任何现有技术出版物在本文被引用，则这样的引用并不构成该出版物在澳大利亚或在任何其它国家中形成技术领域中的公知常识的一部分的承认。

发明概述

本发明针对用于识别在射频设备或系统中的故障的系统和装置，其可以至少部分地克服上述缺点中的至少一个或者为消费者提供有用的或商业的选择。

鉴于上述内容，本发明在一种形式中广泛地存在于用于识别在射频被测设备(dut)中的故障的系统中，该系统包括：

无源互调(pim)测试模块，其被配置为在至少一个测试端口上执行被测设备的无源互调测试；以及

在线s参数测试集，其耦合到无源互调测试模块并且介于无源互调测试模块和至少一个测试端口之间，并且被配置为在至少一个测试端口上执行被测设备的宽带s参数测试。

在又一种形式中，本发明广泛地存在于用于识别在射频被测设备中的故障的系统中，该系统包括被配置为在至少一个测试端口上执行被测设备的无源互调测试的无源互调测试模块，

无源互调测试模块包括：

发射模块，其被配置为在至少一个测试端口上提供用于对被测设备进行无源互调测试的至少一个测试信号；以及

接收模块，其被配置为在至少一个测试端口上接收由被测设备响应于测试信号而产生的无源互调信号。

发射模块和接收模块可以由无反射多工器耦合到至少一个测试端口。无反射多工器可以是混合器耦合多工器。

有利地，该系统实现无源互调和宽带s参数测试而不需要在无源互调测试和宽带s参数测试之间的在至少一个测试端口上的任何物理连接改变，并且不需要在无源互调测试模块和在线s参数测试集之间的rf切换。该系统可以有利地实现准确的宽带s参数测试，即使dut是高度反射的。

优选地，在线s参数测试集被配置为在无源互调测试模块的发射和接收频带的内部和外部都执行宽带s参数测试。

在线s参数测试集可以包括故障范围(rtf)模块。

在线s参数测试集可以包括矢量反射计。

至少一个测试端口可以包括单个测试端口。

至少一个测试端口可以包括两个测试端口。这种配置可以实现在任一方向上的正向和反向无源互调测试和/或全双端口s参数测试。

在线s参数测试集可以包括耦合到两个测试端口的第一和第二测试端口的两端口在线s参数测试集。

在线s参数测试集可以包括第一和第二单独的在线反射计，一个耦合到两个测试端口的第一和第二测试端口中的每一个。

在线s参数测试集可以包括用于生成通过一个或更多个定向耦合器耦合到一个或更多个测试端口的测试信号的rf源。这种配置使s参数测试集能够作为位于无源互调分析器和dut之间的独立的在线设备来操作。

无源互调测试模块可以通过混合器耦合多工器耦合到在线s参数测试集。混合器耦合多工器可以被配置为在宽带宽上提供高输出回波损耗。

混合器耦合多工器可以包括级联地连接的两个或更多个独立信道化网络，后面是所匹配的负载。

每个信道化网络可以包括两个相同的正交混合器和一对相同的滤波器。此外，每个信道化网络可以对应于特定的频率范围。

两个或更多个独立信道化网络可以包括跨越pim测试模块的发射频带的一个信道化网络以及跨越pim测试模块的接收频带的另一个信道化网络。

在一个实施例中，混合器耦合多工器包括双工器，双工器包括两个独立信道化网络。

pim测试模块可以包括能够在单个测试端口上测量在两个或更多个不重叠的蜂窝频带中的pim的多频带pim分析器。可选地，pim测试模块可以包括pim分析器，其中每个发射载波在测试端口处与另一个载波组合之前被单独地过滤。再次可选地，pim测试模块可以包括具有单个发射频带和多个接收频带的pim分析器。

在可选的实施例中，pim测试模块可以通过级联定向滤波器耦合到在线s参数测试集。

在线s参数测试集可以被配置为提供动态源功率控制。

在线s参数测试集可以被配置为使用可变衰减器在s参数测量扫描期间动态地调整刺激水平。

该系统可以包括被配置成监控在线s参数测试集中的接收器输出电平并基于所监控的输出电平来调整可变衰减器的控制系统。

控制系统可以被配置为将所监控的接收器输出电平与一个或更多个阈值进行比较，并且调整可变衰减器以将接收器输出电平调整到一个或更多个阈值内。

控制系统可以暂停s参数测量扫描，调整可变衰减器，并使用新的衰减器设置来重新开始s参数测量扫描。该过程可以被重复，直到所监控的接收器输出电平在s参数测量扫描的所有频率上达到一个或更多个阈值内为止。

可变衰减器可以设置在s参数测试集的rf源的输出上。

该系统可以包括在pim测试模块和在线的s参数测试集之间的衰减器。衰减器可以改善pim分析器的输出回波损耗。衰减器可以包括固定衰减器。

pim测试模块可以被配置为补偿衰减器的插入损耗。

pim测试模块可以被配置为通过放大pim测试模块的输出信号来补偿衰减器的插入损耗。可选地，pim测试模块可以被配置为通过使用脉冲操作模式从而允许更高的功率电平在短时间间隔(例如100毫秒)内生成来补偿衰减器的插入损耗。可选地，再次，pim测试模块可以被配置为通过使用双工器组合两个发射音(transmittone)以增加pim测试模块的功率输出来补偿衰减器的插入损耗。

pim测试模块可以包括多端口pim测试模块，以及衰减器可以安装到pim分析器的每个端口上。

该系统可以包括在衰减器和dut之间的一对在线矢量反射计。

在另一种形式中，本发明广泛地存在于被配置为在至少一个端口上执行被测设备的无源互调测试的无源互调测试模块中，该无源互调测试模块包括：

发射模块，其被配置为在至少一个测试端口上提供用于对dut进行无源互调测试的至少一个测试信号；以及

接收模块，其被配置为在至少一个测试端口上接收由dut响应于测试信号而产生的无源互调信号；

其中发射模块和接收模块通过无反射多工器耦合到至少一个测试端口。

无反射多工器可以是混合器耦合多工器。混合器耦合多工器可以被配置为在宽带宽上提供高输出回波损耗。

在又一种形式中，本发明广泛地存在于用于在识别或定位故障的系统中使用的在线s参数测试集中，该在线s参数测试集包括：

rf源，其用于生成测试信号，rf源通过一个或更多个定向耦合器耦合在所述在线s参数测试集的输入端和输出端之间；以及

可变衰减器，其被配置为提供rf源的动态源功率控制。

在线s参数测试集可以被配置为在s参数测量扫描期间动态地调整刺激水平。

在又一种形式中，本发明广泛地存在于用于识别在射频被测设备(dut)中的故障的系统中，该系统包括：

至少一个输入端，其用于耦合到射频设备；

至少一个输出端，其用于耦合到dut；

在线s参数测试集，其耦合在至少一个输入端和至少一个输出端之间，并且被配置为执行dut的宽带s参数测试；以及

衰减器，其在pim测试模块和至少一个输入端之间。

衰减器可以改善射频设备的输出回波损耗。

衰减器可以包括固定衰减器。

本文所述的任何特征可以在本发明的范围内以任何组合与本文所述的其它特征中的任一个或更多个组合。

在本说明书中对任何现有技术的引用并不会且不应该被看作是对现有技术形成公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

附图简述

将参考附图来描述本发明的各种实施例，其中：

图1示出了根据现有技术的传统单端口矢量反射计测试系统的框图；

图2示出了根据现有技术的在线矢量反射计测试系统的框图；

图3示出了根据现有技术的在线矢量反射计测试系统的框图；

图4示出了测试系统的1800mhz双工器的输出回波损耗响应；

图5示出了来自在测试系统的反射计中的正向和反向耦合器的模拟输出；

图6示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut中的故障的系统；

图7示出了如根据本发明的实施例配置的已知混合器耦合多工器的框图；

图8示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut中的故障的系统；

图9示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut中的故障的系统；

图10示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统的框图；

图11示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统的框图；

图12示出了根据本发明的实施例的回波损耗测量的方法；

图13示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统；

图14示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统的框图；

图15示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统的框图；以及

图16示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut中的故障的系统的框图。

本发明的优选特征、实施例和变形可以从下面的详细描述中看出，该详细描述提供足够的信息用于使本领域中的技术人员执行本发明。详细描述不应被视为以任何方式限制本发明的前面概述的范围。

实施例的描述

下面描述了用于识别和/或定位在dut中的故障的系统和方法，其中上面提到的频率限制被消除或减少。

简而言之，下面描述的本发明的实施例处理当在pim分析器的发射和接收频带之外的频率处测试高度反射的设备时在rtf模块的反射系数测量准确度的上述下降。这使rtf模块能够用作通用宽带单端口vna。

参考在线矢量反射计来描述系统，在线矢量反射计的示例是rtf模块。为了清楚起见，这种反射计被广义地称为“在线矢量反射计”或“在线s参数测试集”，但有技能的处理人员将容易认识到，rtf是这种反射计的示例。

图6示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut605中的故障的系统。系统600使用公共测试端口来实现无开关pim和宽带s参数测试，并在宽频率范围上提供高输出回波损耗。

系统600包括分别用于pim和宽带s参数测试的pim分析器610和在线矢量反射计615。与图3的系统300类似，pim分析器610通过输入端口620耦合到在线矢量反射计615，并且在线矢量反射计615通过测试端口625耦合到dut605。

pim分析器610通常具有在美国专利申请公开号us20090125253和美国专利申请公开号us20090096466中公开的类型，如下面所概述的被修改的这两个专利申请的公开通过引用被并入本文。

特别是，pim分析器610包括以无反射多工器的形式的双工器630。无反射多工器能够在宽带宽上提供高输出回波损耗。

在如图6所示的本发明的实施例中，无反射多工器具有由级联地连接的两个独立信道化网络635a、635b组成的混合器耦合多工器的形式。

当与图3的pim分析器305比较时，可以看到双工器630从传统的歧管耦合设计(在pim分析器305上情况也是如此)改变为能够在宽带宽上提供高输出回波损耗的混合器耦合多工器设计。

图7示出根据本发明的实施例配置的已知混合器耦合多工器700的框图。混合器耦合多工器700包括级联地连接的两个或更多个独立信道化网络705a、705b、705n，后面是所匹配的负载710。

pim分析器610的混合器耦合双工器630是具有两个信道化网络705(即，信道化网络635a、635b)的混合器耦合多工器700的特定示例。

每个信道化网络705包括两个正交混合器715和一对相同的滤波器720a、720b、720n。在每种情况下，位于与多工器的公共端口相邻的侧面上的正交混合器715必须能够在等于在线矢量反射计的操作频率范围的带宽上操作。分别位于滤波器对720a、720b、720n的另一侧面上的正交混合器716a、716b、716n只需要在与它们所连接到的滤波器对的带宽相等的带宽上操作。因此，这些正交混合器716a、716b、716n可以被设计成有比位于相邻于公共端口的侧面上的正交混合器715更不严格的规范。每个信道化网络705对应于特定频率f1、f2、fn，并且每对滤波器720a、720b、720n被设计成使对应于该信道705的频率通过，同时拒绝任何其他频率。

因此，进入多工器700的信号将通过信道化网络705a、705b、705n的级联传播，直到它遇到信道705为止，信道705的通带跨越信号所占据的频率范围。信号进入那个信道705，并被其后跟随的电路吸收。

如果信号没有落在多工器700中的任何信道705的通带内，信号继续通过网络，直到它被位于在级联中的最后一个信道705之后的所匹配的负载710吸收为止。

理论上，利用理想的正交混合器、相同地调谐的滤波器对、在每个信道的输出端上的完全匹配的终端以及在级联中的最后一个信道705之后的完全匹配的终端710，混合器耦合多工器700在整个无限频率范围上具有无限输出回波损耗。然而，在实践中，可能使用有限带宽正交混合器和不完全调谐的滤波器对，同时提供在回波损耗幅度和带宽的方面上都远远超过可以用歧管耦合多工器(例如双工器310)实现的输出回波损耗的输出回波损耗。

重新回到图6，当被结合到系统600中时，混合器耦合多工器只需要两个信道，一个跨越pim分析器610的发射频带，而另一个跨越接收频带。

pim分析器610在端口620处呈现良好地匹配的宽带负载，这消除了当在线反射计615在dut605是反射的时执行反射系数测量时激发谐振模式的风险。因此，与图3的系统300不同，pim分析器610使在线反射计615能够在宽范围的频率(包括在pim分析器610的发射和接收频带之外的频率)处获得高测量准确度。

在图7中描述的并结合到系统600中的混合器耦合多工器架构的另一个优点在于，它允许任何数量的非重叠信道705被级联地添加。这使多种可选的pim分析器配置成为可能，包括：a)多频带pim分析器，其能够在单个测试端口上测量在两个或更多个不重叠的蜂窝频带中的pim；b)pim分析器，其中每个发射载波在测试端口处与另一个载波组合之前被单独地滤波，而不是在发射器输出端处组合载波并然后将两个载波传递通过公共滤波器，这比如下方式有效得多：用wilkinson组合器或正交混合器组合两个载波功率，由此，一半的rf功率在组合过程中损失；和c)具有单个发射频带和多个接收频带的pim分析器。

然而，有技能的处理人员将容易认识到，混合器耦合多工器仅仅是无反射多工器的一个示例。无反射多工器可以被配置成实现pim分析器的输出回波损耗的期望改善。

在本发明的上下文中，应该理解，术语“无反射”并没有被规定为照字面被理解。实际上，所有无线电通信设备都倾向于反射施加到它们的输入和输出端口的信号功率的某部分。此外，此类设备通常具有有限的操作带宽，在该操作带宽之外它们的回波损耗性能快速下降。在本发明的上下文中，术语“无反射”代表多工器，其输出回波损耗在足够宽的频率范围上足够高以确保当多工器连接到在线s参数测试集的上游端口时，在测试集内部的所测量的信号电平在测试集的操作频率范围内的所有频率处保持低于测试集的接收器的压缩点。

根据多工器所连接到的在线s参数测试集的特定架构，在20mhz频率范围上具有3db的输出回波损耗的多工器可被视为无反射多工器。在另一个示例性实施例中，无反射多工器可以被配置为在1000mhz带宽上提供10db的输出回波损耗，以便在足够宽的频率范围上实现足够高的输出回波损耗以确保当多工器连接到在线s参数测试集的上游端口时，在测试集内部的所测量的信号电平在测试集的操作频率范围内的所有频率处保持低于测试集的接收器的压缩点。

除了高输出回波损耗属性之外，无反射多工器还可以拥有许多与传统歧管耦合多工器相同的属性，以便适合于在pim分析器中使用。所需属性的列表可包括：非常低的残余无源互调电平(通常在2x43dbm载波的情况下好于-125dbm)；高发射到接收隔离(通常80-100db)；在pim分析器的发射频带中的高功率处理能力；在pim分析器的发射和接收频带中的低插入损耗；以及在多工器的发射和接收路径中的宽阻带，以防止带外噪声、外部干扰、发射器谐波和图像频带信号进入pim分析器的接收器并降低它的测量准确度。

无反射多工器可以体现在各种配置和架构中。除了前面提到的混合器耦合多工器之外，无反射多工器架构的示例还包括级联定向滤波器、具有冗余信道的歧管耦合多工器和循环器耦合多工器。这些中的每个提供优点和缺点。

基于级联定向滤波器的无反射多工器在功能上类似于混合器耦合多工器。优于混合器耦合配置的这种配置的潜在优点包括每信道仅需要一个滤波器，而混合器耦合配置需要每信道两个滤波器。另一个优点在于，基于定向滤波器的多工器不需要宽带正交混合器，且因此有可能在比混合器耦合配置宽得多的频率范围上提供高输出回波损耗。基于定向滤波器的多工器的潜在缺点包括在实现大于1％的滤波器带宽时的困难以及无法实现传输零点以便提高滤波器选择性。

具有冗余信道的歧管耦合多工器与传统的歧管耦合多工器相同，但一个或更多个额外的信道滤波器被添加。低pim负载安装到额外滤波器的信道端口。在额外滤波器中的通带被选择为跨越在发射和接收滤波器通带之间、之上和之下的频带。因此，落在pim分析器的发射和接收频带之外但在额外信道滤波器的通带之内的进入多工器的公共端口的任何信号将在由在这些滤波器的信道端口上的低pim负载吸收之前通过这些滤波器。因此，多工器在所有滤波器所跨越的组合频率范围上实现高输出回波损耗。具有冗余信道的歧管耦合多工器的主要优点在于，信道滤波器可以基于例如广义切比雪夫函数而被设计成具有最佳频率响应。具有冗余信道的歧管耦合多工器的缺点可包括设计的复杂性和调谐的困难。

循环器耦合多工器包括循环器的级联集，在级联中的最后一个循环器终止于低pim负载。每个循环器的第三端口连接到信道滤波器。当被用在pim分析器中时，连接到发射信道滤波器的循环器必须在与接收滤波器所使用的循环器相反的方向上使信号循环。在循环器级联的末端处的低pim负载赋予网络所需的宽带高输出回波损耗响应。循环器耦合多工器的潜在优点是调谐的简单性和结构的模块化。主要缺点在于循环器生成相对大电平的无源互调，这对于在pim分析器中使用的多工器是非常不希望有的。然而，可以存在一些在其中这并不造成问题的应用，例如当在有源电子设备上执行低功率互调测量时，其中发射载波水平在毫瓦或微瓦的数量级，而不是20瓦，当根据iec-62037标准进行测试时通常就是这样。在这种情况下，由循环器产生的无源互调与由被测电子电路产生的有源互调相比将是可忽略的。循环器耦合多工器的另一个潜在缺点在于许多市场上可买到的循环器的带宽不是很宽，限制频率范围的一个事实，高输出回波损耗可以在该频率范围内实现。

因此，可以使用各种无反射多工器架构(例如混合器耦合多工器、级联定向滤波器、具有冗余信道的歧管耦合多工器或循环器耦合多工器)来实现在足够宽的频率范围内足够高的输出回波损耗，以确保当多工器连接到在线s参数测试集的上游端口时在测试集内的所测量的信号电平在测试集的操作频率范围内的所有频率处保持低于测试集的接收器的压缩点。

在一些实施例中，系统600可以被扩展以提供双端口配置，其允许正向和反向pim响应以及dut的全双端口s参数在任一方向上被测量。因此，本发明的实施例包括双端口pim分析器，其也能够在不需要任何外部连接改变的情况下执行全双端口s参数测量。

图8示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut805中的故障的系统800。系统800支持双端口无开关pim和宽带s参数测试，并在宽频率范围上提供高输出回波损耗。

系统800包括实现pim和宽带s参数测试的双端口pim分析器810和双端口在线s参数测试集815。特别是，pim分析器810通过第一输入端口820a和第二输入端口820b耦合到在线s参数测试集815，并且在线s参数测试集815通过第一测试端口825a和第二测试端口825b耦合到dut805。

来自pim分析器810的发射载波可以经由第一rf转换开关835a按规定路线发送到第一输入端口820a或第二输入端口820b(并且因此通过第一混合器耦合双工器830a或第二混合器耦合双工器830b)，并且dut805的pim响应可以由第二rf转换开关835b在第一输入端口820a或第二输入端口820b上(并且因此通过第一混合器耦合双工器830a或第二混合器耦合双工器830b)被测量。这允许dut805的正向和反向pim响应在任一方向上被测量。

这个布置的一个新颖方面在于，依靠在pim分析器810的前端中的混合器耦合双工器830a、830b，系统800具有在宽频率范围上的在两个测试端口825a、825b上的高输出回波损耗。这便于位于pim分析器810和dut805之间的在线s参数测试集815的宽带操作。

有技能的处理人员将容易认识到，在线s参数测试集815可以以多种方式实现，其中一些方式将在下面被描述。

图9示出了根据本发明的实施例的用于识别和/或定位在dut805中的故障的系统900。系统900可以与图8的系统800类似或相同，并且包括插在pim分析器810和dut805之间的在线s参数测试集815′。

系统900允许dut805的所有四个s参数(即s11、s12、s21和s22)被测量为完全误差校正的矢量的量(即包括幅度和相位信息的量)，与测试集相关的系统误差根据这些量被消除。

在线s参数测试集815′类似于传统的矢量网络分析器(vna)，并且包括用于生成测试信号的机载rf源905、在每个测试端口825a、825b之前的以正向耦合器910a和反向耦合器910b的形式的信号分离网络、用于将正向和反向耦合信号下变频到中间频率的多个相干调谐接收器930、955以及用于测量下变频的正向和反向耦合信号的振幅比和相位偏移的振幅和相位检测器模块935。来自rf源905的测试信号可以借助于rf转换开关945a按规定路线发送到仪器的测试端口825a、825b中的任一个。提供第二rf转换开关945b，使得仪器可以测量从正向耦合器910a中的任一个出现的信号，尽管在大多数情况下第二转换开关945b将被设置为与rf源的转换开关945a相同的测试端口。提供第三转换开关950，使得仪器可以测量从反向耦合器910b中的任一个出现的信号。

在在线s参数测试集815′和常规vna之间的一个重要差异在于，生成测试信号的rf源905不直接连接到主rf路径，而是经由定向耦合器940(也被称为“源耦合器”)插入到主rf路径上。这使s参数测试集能够作为在位于pim分析器810和dut805之间的独立在线设备来操作。

在s参数测试集的设计中必须小心以确保它不损害pim分析器810的性能。特别是，s参数测试集815′应具有非常低的残余pim水平，理想地在2x+43dbm载波的情况下小于-125dbm。此外，s参数测试集必须允许来自pim分析器810的高功率发射载波通过它，而不通过电介质击穿或过热而遭受损坏。

s参数测试集具有非常低的插入损耗也是合乎需要的(但不一定是必要的)，以便最小化它对发射载波的振幅的影响。这可以被放宽，如果pim分析器810能够增加它的发射功率以补偿s参数测试集的插入损耗。最后，为了最小化源和负载失配对pim分析器810的测量不确定性的影响，s参数测试集应该理想地具有高输入和输出回波损耗。

在测试之前，首先校准s参数测试集，以便校正在系统900中的系统误差。对于这个目的，许多方法是可用的，最著名和最准确的之一是“全双端口”校准程序，其也被称为“12项误差校正”程序或“10项误差校正”程序，这取决于仪器的端口间泄漏是否被计入校准。可以在rytting、keysighttechnologies、hieble和anritsucompany中找到这样的方法的细节。

在本发明的可选实施例中，一对在线矢量反射计连接到双端口pim分析器的测试端口。图10示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut805中的故障的系统1000的框图。

系统1000包括双端口pim分析器810，在每个端口上有在线矢量反射计1005。这种配置使dut805的近似矢量s11和s22以及s12和s21的标量幅度能够被测量。

反射计1005不是必须共享公共频率基准，但反射计具有低pim和足够的功率处理能力以使来自pim分析器810的两个载波通过而不遭受损坏然而是必要的。

通过分别用反射计1或2仅执行常规反射系数测量来进行矢量s11或s22测量。由于不可能校正由pim分析器810在dut805的输出端口上呈现的负载失配的事实，在这种情况下获得的结果通常不如来自使用10或12项误差校正的s参数测试集的结果一样准确。尽管有这个限制，但存在许多情况，其中该系统100能够进行高度准确的s11和s22测量。这些情况包括当dut805具有足够高的插入损耗以掩蔽由pim分析器810在dut805的输出端口上呈现的负载失配时或者当dut805具有与dut805的插入损耗比较的低回波损耗和由pim分析器810呈现的负载失配时。

上述情况可被归纳如下，这对互易和非互易设备同样有效：

其中

rldut＝dut的以db为单位的输入回波损耗

＝dut的以db为单位的正向插入损耗

＝dut的以db为单位的反向插入损耗

rlpim＝pim分析器的以db为单位的输出回波损耗

在方程4中的参数的数值应总是被写为正数。例如，无源dut的输入回波损耗rldut应被写为“15db”，而不是“-15db”，即负号隐含在词“损耗”中。

如果dut是互易设备，方程4可以被简化为：

rldut≤(2×ildut)+rlpim-20(方程5)

其中

rldut＝dut的以db为单位的输入回波损耗

ildut＝dut的以db为单位的插入损耗

rlpim＝pim分析器的以db为单位的输出回波损耗

在方程4和方程5中的不等式意味着，如果通过dut的往返插入损耗和pim分析器的输出回波损耗之和(以db为单位)比dut本身的输入回波损耗大至少20db，那么s11和s22测量误差将不差于±1db。

例如，如果互易dut的插入损耗为10db以及pim分析器的输出回波损耗为15db，那么为了以±1db的准确度测量s11或s22，dut的输入回波损耗必须小于或等于(2x10)+15-20＝15db。

使用如在keysighttechnologies和potter中描述的增强响应校准方法但使用一对在线反射计而不是传统的单端口反射计和功率计来执行标量s21和s12传输测量。

由于不可能校正由pim分析器在dut输出端口上呈现的负载失配的事实，增强响应校准方法不提供与10或12项误差校正程序相同水平的准确度。然而，该方法确实校正了由pim分析器在dut的输入端口上呈现的源失配。

为了校准系统，在每个反射计上执行osl校准。反射计然后在它们的测试端口处连接在一起，并且接收器对准程序被执行，以便校正不可避免地存在于每个仪器中的机载rf源和本地振荡器之间的频率误差。这后面是归一化扫描以确定传输跟踪系数。

为了执行标量传输测量，测试信号由第一反射计生成并施加到dut的输入端口。第一反射计测量在dut的输入端口处的反射系数和入射功率，校正源失配的效应。使用在第二反射计中的反向耦合器来测量从dut的输出端口出现的功率。通过计算以瓦特为单位的接收和发射功率之比并将结果转换成分贝(db)来获得标量传输系数。可选地，可以通过采用在以分贝-毫瓦(dbm)为单位的接收功率和发射功率之间的差异来获得相同的结果。

在可选的实施例中，在线矢量反射计被修改为允许刺激水平在回波损耗扫描期间被动态地调整，以便防止反射计的接收器饱和。在这样的实施例中，可以使用传统的pim分析器，并且在线矢量反射计中的动态源功率控制可以以多种方式实现。

图11示出了根据本发明的实施例的用于定位dut605中的故障的系统1100的框图。系统1100包括与系统600的反射计615类似的在线矢量反射计1105，但具有在rf源230的输出端上(即，在rf源230和源耦合器235之间)的可变衰减器1110。因此，可以使用单端口pim分析器1115，其是传统pim分析器。

在回波损耗扫描的过程期间，反射计1105连续地监控接收器输出电平。在这两个信号电平中的任一个落在可接受的限制之外的情况下，反射计1105的控制软件暂停扫描并改变可变衰减器1110的设置，使得信号电平升高或下降到适当的电平。然后，扫描以新的设置重新开始，并且该过程重复，直到达到频率扫描的末尾为止。

图12示出了根据本发明的实施例的回波损耗测量的方法1200。该方法1200可以在系统1100中实现。

在步骤1205处，反射系数扫描开始，很像在传统反射计中一样，并且在步骤1210处，rf源被调谐到扫描中的下一个频率点。

在步骤1215处，正向和反向信号的振幅以及它们之间的相位偏移被测量，且如果在可接受的限制之外，则可变衰减器在步骤1225中被调整。然后用新的设置重复步骤1215。

如果正向和反向信号的振幅以及在它们之间的相位偏移在可接受的限制内，则在步骤1230处计算矢量反射系数。

在步骤1235处，确定是否达到了扫描的末尾。如果否，则该方法在扫描中的下一个频率点处从步骤1210重复。可选地，在1240处完成反射系数扫描。

系统1100可以扩展到双端口配置，其允许dut的正向和反向pim响应以及全双端口s参数在任一方向上被测量。

图13示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut805中的故障的系统1300。系统1300类似于图9的系统900，但具有双端口pim分析器1305而没有被置于其输出回波损耗上的任何限制。

然而，这在pim分析器1305和dut805在s参数测量频率处同时具有差的回波损耗的情况下产生在这两个设备之间激发的谐振模式的风险。这可以出现在pim分析器1305的端口1820a和dut输入端口825a之间，或者在pim分析器1305的端口2820b和dut输出端口825b之间，或者同时在两个端口上。这又可引起在s参数测试集中的接收器饱和，导致测量准确度的损失。

为了防止这种情况出现，提供包括安装到rf源905的输出端的可变衰减器1315的修改的s参数测试集1310，以允许在任何接收到的信号电平超过s参数测试集的操作限制的情况下减小刺激水平。可变衰减器1315以与图11的衰减器1110相同的方式被使用，并且可以利用图12的方法1200。

特别是，可变衰减器1315允许测试信号电平被动态地调整以避免在s参数测试集中的接收器饱和。因此，没有限制被置于pim分析器的输出回波损耗上，且因此系统1300可以根据现有技术与pim分析器一起被使用

在又一个实施例中，在pim分析器和在线矢量反射计之间插入固定衰减器以改善pim分析器的输出回波损耗。

图14示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut605中的故障的系统1400的框图。系统1400类似于系统1100，但包括在pim分析器1115和在线矢量反射计1410之间的固定衰减器1405，而不是具有在反射计1410中的动态功率控制。在线反射计1410可以与图6的反射计615类似或相同。没有限制被置于在系统1400中的pim分析器1115的输出回波损耗响应上。

这种配置将pim分析器1115的输出回波损耗提高了等于衰减器1405的插入损耗的两倍的量。利用适当地选择的衰减水平，即使在pim分析器1115的发射和接收频带之外的频率处测量高度反射的dut605，避免使反射计的接收器饱和也是可能的。

作为说明性示例，衰减器1405可以具有3db的插入损耗。这确保了即使在pim分析器的阻带中，pim分析器1115的最坏情况输出回波损耗至少为6db(即，衰减器1405的插入损耗的两倍)。在高度反射的dut605(例如，输入回波损耗＝0db)的情况下，然后使用方程1和方程2，可以看到在反射计中的正向和反向耦合器的输出端处的最大谐振感应功率上升是6db。这比在没有衰减器的情况下可能出现的30db功率上升低得多，从而大大降低了接收器饱和的风险以及伴随它的测量准确度的相应损失。

安装在pim分析器和在线反射计之间的衰减器通常必须能够处理在两个发射载波中的峰值瞬时功率而不经历电介质击穿，能够在两个发射载波通过衰减器时驱散由它们生成的热而不遭受损坏或衰减器的rf性能的变化，并且具有非常低的残余pim(优选地小于-125dbm@2x+43dbm每载波功率)。

系统1400可以与现有技术在线矢量反射计一起被使用。传统pim分析器可以被使用，假定pim分析器1115可以增加足以补偿衰减器1405的插入损耗的其发射载波的水平。这很重要，因为pim分析器1115必须仍然能够根据iec-62037标准来测试dut605，该标准规定在无源设备上的pim测试应在dut605的输入端处施加的2x+43dbm载波的情况下被执行。如果pim分析器1115不能生成所需的发射载波水平，则修改它的设计可能是合乎需要的。

在这种情况下，可以通过下列操作来修改pim分析器1115：a)修改功率放大器以产生必要的附加功率；b)在脉冲操作模式而不是连续波(cw)操作模式中使用功率放大器，从而允许更高的功率电平在短时间间隔(例如100毫秒)内生成；或者c)使用双工器而不是正交混合器或wilkinson组合器来组合两个发射音，从而将在仪器的测试端口处的输出功率提高3db。

系统1400还可以扩展到双端口配置，其允许在任一方向上测量dut805的正向和反向pim响应以及双端口s参数。

图15示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut805中的故障的系统1500的框图。系统1500类似于系统800，但包括在pim分析器1305和在线s参数测试集1510之间的固定衰减器1505。在线s参数测试集1510可以与图8的测试集815类似或相同。注意，不同于系统800，没有限制被置于在系统1500中的pim分析器1305的输出回波损耗响应上。

特别是，衰减器1505安装到pim分析器1305的每个端口上，在pim分析器和s参数测试集1510之间。衰减器1505是高功率、低pim衰减器，以在宽频率范围上提供最小被保证的输出回波损耗。

这个布置与上面提到的12项和10项误差校正程序兼容，这通常被认为是对于两端口设备的最准确的s参数测量技术中的两个。

对于衰减器1505的性能要求类似于对于衰减器1405的性能要求，并且包括高电压击穿强度、耗散必要rf功率而没有性能的损害或改变的能力以及非常低的残余pim。

在线全双端口s参数测试集1510可以以例如上面提到的多种方式实现。

对系统1400也是这种情况，pim分析器1305必须能够将它的发射载波的水平提高足够的量以补偿衰减器的插入损耗。这确保pim分析器可以根据iec-62037标准向dut的输入端口传送2x43dbm音。如果pim分析器不能将它的发射载波水平增加所需的量，则pim分析器的设计可能需要被修改，如参考pim分析器1115所述的。

图16示出了根据本发明的实施例的用于定位在dut805中的故障的系统1600的框图。系统1600类似于系统1500，但包括在衰减器1505和dut805之间的一对在线矢量反射计1605。

特别是，双端口pim分析器1305在它的每个测试端口上装配有衰减器1505，并且衰减器1505的输出端口连接到一对在线矢量反射计1605的上游端口。矢量反射计1605可以与图10的矢量反射计1005类似或相同。矢量反射计1605的测试端口连接到dut805的输入和输出端口。

系统1600能够使用上面提到的增强响应校准程序来执行标量s12和s21测量，该程序校正源失配但不能校正负载失配。因此，系统1600不提供与12项或10项误差校正方法相同水平的准确度。

该系统1600还能够执行矢量s11和s22测量，尽管结果的准确度将根据dut805的插入损耗、pim分析器1305的输出回波损耗以及dut805本身的回波损耗而变化。

上面的方程4可以用于保证在s11和s22的测量值的±1db的准确度。

在上述实施例中描述的pim或s参数测试可以在电磁频谱中的任何合适的频带(包括微波、毫米波和光频带)处被执行。

上面所述的本发明的实施例使在线矢量反射计能够在连接到pim分析器时在不受限制的频率范围内执行矢量反射系数测量。方法和系统可以具有在rtf模块中的特定的用途，但适用于任何在线矢量反射计。

提供了一种在线矢量反射计，其可以扩展到双端口在线s参数测量集，其能够在连接到双端口pim分析器的同时在不受限制的频率范围内测量双端口dut的所有四个s参数。

在一些实施例中，提供了宽带在线单端口或双端口s参数测试集，其能够连接到pim分析器，使得所得到的装置能够测量dut的pim和s参数而不需要任何物理连接改变或rf开关。

s参数测试集能够在宽范围的频率(包括在pim分析器的发射和接收频带之外的频率)上进行准确的s参数测量，即使dut是高度反射的。此外，s参数测试集不降低pim分析器的残余pim响应或本底噪声。

当s参数测试集被连接在pim分析器和dut之间时，pim分析器能够根据iec-62037标准(“无源rf和微波设备，互调水平测量”)来将在每载波+43dbm的水平处的2个发射载波施加到dut的输入端口。

有利地，vna不再被需要，因为宽带s参数测量可以用在线矢量反射计(或s参数测试集)被执行而不损害pim分析器的操作。这代表对用户的较大的成本节约，因为vna购买和维护起来是昂贵的。

此外，上述系统和方法实现快速且有效的pim和s参数测试，因为不存在对从一个测试到下一个测试的任何物理连接变化的需要。这进一步减少对dut的连接器的磨损，因为只有一个物理连接是需要的，以便执行pim和pim测试。

进一步再次地，本发明的实施例不需要在pim和s参数测试装备之间的rf开关，使它变得比基于rf开关的解决方案更便宜、更快且更可靠。

最后，pim和s参数测试结果可以由于它们用单个集成测量系统来获得的事实而更容易地被整理成最终报告。这比试图合并来自两个独立测试仪器的数据更快、更容易且更不容易出错。

在本说明书和权利要求书(如果有的话)中，词“comprising(包括)”及其派生词(包括“comprises(包括)”和“comprise(包括)”)包括规定整体中的每一个，但不排除对一个或更多个另外的整体的包括。

在整个这个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及意指结合实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在整个这个说明书的各种地方中的出现不一定都指同一实施例。此外，可以以任何适当的方式在一个或更多个组合中组合特定的特征、结构或特性。

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引用列表

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