變頻群時(shí)延測(cè)試解決方案的探討

葛久志

摘 要 在衛(wèi)星通信鏈路、雷達(dá)收發(fā)鏈路和收發(fā)信機(jī)的研發(fā)、設(shè)計(jì)及測(cè)量中普遍會(huì)遇到內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻通道的應(yīng)用，針對(duì)這些應(yīng)用的增多，相應(yīng)的測(cè)量方法也必須隨之更新。本文介紹基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻被測(cè)設(shè)備群時(shí)延測(cè)試的解決方案。

關(guān)鍵詞 多級(jí)變頻通道 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 群時(shí)延測(cè)試

中圖分類號(hào)：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

變頻器件廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、衛(wèi)星等系統(tǒng)的上行和下行鏈路中，變頻器件的群時(shí)延是影響誤碼率的關(guān)鍵參數(shù)。僅通過(guò)最大峰—峰相位波動(dòng)并不足以全面反映器件的相位特性，而利用群時(shí)延卻能有效表達(dá)相位失真的跡象。群時(shí)延是指群信號(hào)通過(guò)電氣系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)傳播時(shí)，系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)整體產(chǎn)生的時(shí)延。群時(shí)延測(cè)量是基于相位的測(cè)量，可通過(guò)取相位差與頻率差的比值來(lái)近似微分計(jì)算。

1測(cè)試原理及分析

1.1群時(shí)延測(cè)試原理

群時(shí)延（或群延時(shí)%m g ）又稱為包絡(luò)時(shí)延，信號(hào)傳輸時(shí)，總相移隨角頻率而變化的速度，亦即相位/頻率特性曲線的斜率：

Tg=

在測(cè)試中用較小頻率間隔HUf代替df，測(cè)試相應(yīng)的相位差HU%odeg ：

Tg=

在變頻被測(cè)件中，其輸入與輸出端口的相位關(guān)系不能直接測(cè)量，因?yàn)檫@兩個(gè)頻率并不相等。同時(shí)，其相位特性不僅僅與其自身相關(guān)，還受本振源相位的影響。

因此，混頻器相位和群時(shí)延的測(cè)試是使用所謂的參考混頻器技術(shù)。但是，當(dāng)被測(cè)件的本振不能接入或接出時(shí)群時(shí)延測(cè)量就不能使用參考混頻器技術(shù)，在以往一般采用“本振重建”技術(shù)。該方法是使用外部信號(hào)源或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀第二個(gè)源作為參考混頻器的本振，然后通過(guò)控制信號(hào)源的頻率，直到中頻的相位相對(duì)于時(shí)間的漂移很小。這一技術(shù)具有很多缺點(diǎn)，如動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度惡化、被測(cè)件本振不穩(wěn)定時(shí)測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定、測(cè)量速度低、當(dāng)測(cè)量多級(jí)變頻模塊時(shí)更會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題等。因此，采用雙音法激勵(lì)被測(cè)設(shè)備，測(cè)量被測(cè)設(shè)備的群時(shí)延，很好的克服了以往技術(shù)所存在的問(wèn)題。

1.2雙音法測(cè)試原理

在新的測(cè)試方法中，采用雙音信號(hào)激勵(lì)被測(cè)件。在輸入和輸出端分別測(cè)試雙音信號(hào)的相位差，取其差值就得到DUT產(chǎn)生的相位偏移，從而獲得群時(shí)延%mg，而DUT中的內(nèi)置本振的相位%oLO不會(huì)影響群時(shí)延的測(cè)試結(jié)果。除了群時(shí)延，可以通過(guò)對(duì)群時(shí)延的積分計(jì)算其相對(duì)相位特性。

1.3校準(zhǔn)原理及過(guò)程

測(cè)試之前需要采用已知參量的混頻器作校準(zhǔn)，即可測(cè)量出絕對(duì)群時(shí)延。如果需要測(cè)量相對(duì)群時(shí)延，則可以采用一個(gè)“理想混頻器”（具有現(xiàn)行相位和平坦的群時(shí)延的混頻器）用作校準(zhǔn)。參考混頻器的選擇要求：工作頻率等于或覆蓋被測(cè)設(shè)備的測(cè)量頻率范圍，損耗盡量低，駐波盡量好，無(wú)需互易特性。

對(duì)于用作參考的混頻器的絕對(duì)群時(shí)延值，可以由混頻器廠家給出，也可由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，在校準(zhǔn)時(shí)將測(cè)量結(jié)果文件導(dǎo)入到儀器中；對(duì)于群時(shí)延值相對(duì)參考混頻器很大（不在一個(gè)量級(jí)）的被測(cè)設(shè)備可以在校準(zhǔn)時(shí)近似 采用一個(gè)模糊的常數(shù)值代替。測(cè)量結(jié)果的誤差將會(huì)是參考混頻器群時(shí)延真實(shí)值與該模糊常數(shù)值的差。

在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中，為了消除鏡像頻率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通常在被測(cè)設(shè)備的輸出端加入濾波器（根據(jù)需要可選擇低通濾波，高通濾波或帶通濾波）。而為了改善參考混頻器 與被測(cè)件之間的匹配狀態(tài)，可以在參考混頻器和被測(cè)設(shè)備的輸入和輸出端分別接入3～6dB的匹配衰減器。

2系統(tǒng)設(shè)置

2.1測(cè)試系統(tǒng)連接

測(cè)試系統(tǒng)的基本連接請(qǐng)參見(jiàn)下圖。

圖 1雙音法測(cè)試系統(tǒng)連接圖

2.2測(cè)試系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)核心是配備了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。同時(shí)校準(zhǔn)過(guò)程需要根據(jù)被測(cè)設(shè)備的實(shí)際工作情況選用相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器提供本振信號(hào)以及已知參量的混頻器。

圖2 掃頻模式下頻率設(shè)置

3測(cè)試實(shí)例及測(cè)量結(jié)果

3.1測(cè)試實(shí)例

本測(cè)試實(shí)例選用4端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，ZVA8作為測(cè)試儀器，信號(hào)分析儀（FSQ26）作為內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻被測(cè)設(shè)備，測(cè)量R&SFSQ26射頻輸入到中頻輸出間的群時(shí)延值。

考慮到內(nèi)嵌本振多級(jí)變頻設(shè)備舉例的一般適用性，本實(shí)例采用信號(hào)分析儀（FSQ26）作為被測(cè)設(shè)備來(lái)舉例。信號(hào)分析儀（FSQ26）為內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻設(shè)備，內(nèi)部采用本振根據(jù)射頻輸入掃頻、中頻固定的工作方式。儀器后面板有兩個(gè)中頻輸出口（BNC），分別為IF OUT1（404.4 MHz）和IF OUT2（20.4 MHz）。本實(shí)例采用了掃頻測(cè)量模式，對(duì)FSQ26射頻輸入和中頻輸出之間的群時(shí)延進(jìn)行了測(cè)試，并且記錄了測(cè)試的重要步驟和測(cè)試結(jié)果，對(duì)于內(nèi)嵌本振的變頻模塊群時(shí)延測(cè)量具有普遍的適用性。依據(jù)本實(shí)例，可以廣泛的指導(dǎo)內(nèi)嵌本振多級(jí)變頻模塊的群時(shí)延的測(cè)試。說(shuō)明該方案是進(jìn)行內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻設(shè)備群時(shí)延測(cè)試的良好解決方案。

3.2測(cè)量結(jié)果

3.2.1 測(cè)量?jī)x器設(shè)置

本測(cè)試實(shí)例中頻率設(shè)置RF Frequency為Sweep；LO Frequency為Fixed；IF Frequency 為Auto；Start Frequency和Stop Frequency的設(shè)置根據(jù)被測(cè)設(shè)備的RBW值改變，太寬 不利于準(zhǔn)確的查看測(cè)試結(jié)果；太窄則不能完全顯示測(cè)試結(jié)果。本測(cè)試實(shí)例中采用RF中心 頻率為5 GHz。

3.2.2 IF OUT1時(shí)延測(cè)試結(jié)果

改變被測(cè)設(shè)備的RBW，IF OUT1時(shí)延測(cè)量結(jié)果如下圖3所示：

圖3 RBW 50 MHz（Aperture 8 MHz）Figure 5RBW 20 MHz（Aperture 4 MHz）

4結(jié)論

本文采用雙音法，通過(guò)掃頻測(cè)量方式，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)被測(cè)設(shè)備（本例為信號(hào)分析儀R&SFSQ26）的RF輸入（RF IN）到IF輸出（IF OUT1與IF OUT2）之間的群時(shí)延進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果真實(shí)的反映了被測(cè)設(shè)備的群時(shí)延值。證明雙音法能夠準(zhǔn)確的測(cè)試內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻設(shè)備的群時(shí)延。

本方法嚴(yán)格按照群時(shí)延的定義，在已知頻率差的情況下測(cè)量相位差。本文的測(cè)試過(guò)程，可對(duì)內(nèi)嵌本振的多級(jí)變頻設(shè)備的群時(shí)延測(cè)試提供一定的指導(dǎo)意義，具有普遍的可操作性和適用性。