本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混頻器矢量特性測量方法。

背景技術(shù)：

混頻器廣泛應(yīng)用于各種民用和軍用收發(fā)系統(tǒng)中，隨著各種先進(jìn)的數(shù)字矢量調(diào)制技術(shù)在諸如寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)中的廣泛采用，為了降低系統(tǒng)的誤碼率，設(shè)計(jì)人員不僅需要關(guān)心混頻器的幅頻特性，同時(shí)也要求對(duì)其相頻特性進(jìn)行測量，也就是要進(jìn)行混頻器全矢量特性的測量，而以往進(jìn)行混頻器變頻損耗測量時(shí)只進(jìn)行關(guān)于幅度特性的標(biāo)量測量。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種通用的微波毫米波測量儀器，對(duì)于射頻收發(fā)系統(tǒng)中廣泛使用的如放大器、濾波器、雙工器等輸入輸出頻率相同的所謂同頻部件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其幅頻和相頻矢量特性的精確測量。而對(duì)于如混頻器等變頻器件，由于其輸入輸出頻率不同，對(duì)其傳輸特性相位和群延時(shí)特性的測量一直是一個(gè)難點(diǎn)，這是因?yàn)槭噶烤W(wǎng)絡(luò)分析儀測量是基于兩個(gè)同頻信號(hào)的比值測量，幅度測量結(jié)果對(duì)應(yīng)兩個(gè)信號(hào)幅度的比值，相位測量結(jié)果對(duì)應(yīng)兩個(gè)信號(hào)相位的差值。而兩個(gè)存在頻差信號(hào)間的相位差值一直是變化的，不是一個(gè)定值，因此如果要進(jìn)行混頻器傳輸特性的幅頻和相頻特性的全矢量測量，必須采取不同的硬件配置和測量方法。

目前，使用最廣泛的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行混頻器矢量特性測量的方法，稱為“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法，如圖1所示，所使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀，內(nèi)部集成兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源和一個(gè)參考混頻器開關(guān)，兩個(gè)源分別用于混頻器測量過程中的射頻激勵(lì)和本振驅(qū)動(dòng)；或者，所使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以是兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，此時(shí)本振信號(hào)通過外面一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源和功分器提供。上述整個(gè)測量系統(tǒng)組成對(duì)應(yīng)的誤差模型如圖2所示，其中，ed1rf為源端口1在混頻器射頻輸入頻率處的方向性誤差，其描述了源端口1參考通道到測量通道在混頻器射頻輸入頻率處泄漏誤差信號(hào)的大小；er1rf為源端口1的反射跟蹤誤差，其描述了源端口1接收通道與參考通道在混頻器射頻輸入頻率處的頻響偏差；es1rf為源端口1的源匹配誤差，其描述了源輸出端口1在混頻器射頻輸入頻率處的匹配狀況，也描述了實(shí)際輸入到混頻器射頻端口的信號(hào)a1rf中，除參考激勵(lì)信號(hào)a1mrf外，由于源端口失配所產(chǎn)生的額外入射信號(hào)的大?。籩l2if為接收端口2在混頻器中頻輸出頻率處的負(fù)載匹配誤差，等于a2if/b2if；et稱為傳輸跟蹤誤差，描述了接收端口2測量通道與源端口1參考通道在混頻器中頻輸出頻率處的頻響偏差。此外為了提取模型中誤差項(xiàng)，還需要使用圖3所示的單端口誤差模型和圖4所示的同頻雙端口誤差模型，在圖3和圖4所示誤差模型中，edi為源端口i的方向性誤差，其描述了源端口i參考通道到測量通道泄漏誤差信號(hào)的大?。籩ri為源端口i的反射跟蹤誤差，其描述了源端口i接收通道與參考通道的頻響偏差；esi為源端口i的源匹配誤差，其描述了源輸出端口i的匹配狀況，也描述了源輸出端口i的實(shí)際入射信號(hào)ai中，除參考激勵(lì)信號(hào)aim外，由于源端口失配所產(chǎn)生的額外入射信號(hào)的大?。籩lij為負(fù)載匹配誤差，其描述了源端口j處于激勵(lì)狀態(tài)時(shí)端口i的負(fù)載匹配狀態(tài)，等于端口的反射信號(hào)與入射信號(hào)的比值；etij為傳輸跟蹤誤差，其描述了當(dāng)端口j處于源輸出狀態(tài)時(shí)，接收端口i測量通道與源輸出端口j參考通道的頻響偏差。

整個(gè)“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法的校準(zhǔn)過程包括兩端口誤差校準(zhǔn)、源校準(zhǔn)和傳輸跟蹤系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)3個(gè)階段：

階段1：同頻兩端口誤差校準(zhǔn)。此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口1的參考混頻器開關(guān)旁路前面板路徑，使用內(nèi)部路徑，端口1源參考信號(hào)直接輸入到端口1參考接收通道。校準(zhǔn)時(shí)使用機(jī)械或電子校準(zhǔn)件分別在端口1進(jìn)行射頻頻率和中頻頻率的單端口校準(zhǔn)，在端口2進(jìn)行中頻頻率的單端口校準(zhǔn)，在端口1和端口2間進(jìn)行中頻頻率的直通校準(zhǔn)，根據(jù)圖3和圖4所示的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同頻測量狀態(tài)下s參數(shù)測量誤差模型，通過以上步驟可求解出圖2所示誤差模型中的ed1rf、es1rf、er1rf和el2if共4項(xiàng)誤差。

階段2：修正失配誤差的源功率和本振功率校準(zhǔn)?；祛l器的特性參數(shù)與源和本振功率直接相關(guān)，功率計(jì)結(jié)合兩端口誤差校準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)去除系統(tǒng)失配誤差的源和本振信號(hào)功率電平的校準(zhǔn)。

階段3：提取傳輸跟蹤誤差項(xiàng)et。此時(shí)端口1的參考混頻器開關(guān)設(shè)置到前面板輸出狀態(tài)，端口1輸出的參考信號(hào)與參考混頻器混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)輸入到端口1的參考接收通道。在端口1和端口2連接一個(gè)已定標(biāo)的校準(zhǔn)混頻器，可以求解出et誤差項(xiàng)。

在進(jìn)行測量時(shí)通過采用誤差修正技術(shù)去除上述校準(zhǔn)過程確定的各誤差項(xiàng)的影響，就可以得到被測件的全矢量特性參數(shù)。

但“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法主要存在兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：

(1)誤差修正模型不準(zhǔn)確。誤差模型中對(duì)混頻器特性的建模與混頻器的實(shí)際特性存在較大差距，誤差模型中要求被測混頻器必須是理想的單向器件，只存在射頻端口到中頻端口的前向混頻傳輸，不存在中頻端口到射頻端口的反向混頻傳輸，反向中頻端口到射頻端口的變頻損耗無窮大，在混頻器中頻端口輸入的信號(hào)不會(huì)與本振信號(hào)混頻后在射頻端口輸出。

對(duì)于使用二極管制作的各種具有平衡結(jié)構(gòu)的混頻器，其射頻/中頻前反兩個(gè)方向的電路結(jié)構(gòu)幾乎是對(duì)稱的，因此兩個(gè)方向的混頻特性也是近似的，在很多情況下可以認(rèn)為是互易的，即射頻到中頻端口和中頻到射頻端口混頻的技術(shù)指標(biāo)可以認(rèn)為是完全相同的。在使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行混頻器性能指標(biāo)測量時(shí)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口不是理想匹配的，混頻器中頻端口輸出的信號(hào)傳輸?shù)绞噶烤W(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口后，部分信號(hào)會(huì)被反射回混頻器的中頻端口，因?yàn)樵S多實(shí)際的混頻器并不是理想的單向器件，這些被反射回來的信號(hào)會(huì)與與本振信號(hào)混頻后在射頻端口輸出。因?yàn)楸粶y混頻器的實(shí)際特性和測量模型存在較大差距，必然會(huì)引入非常大的測量誤差。

(2)只在射頻輸入頻率和中頻輸出頻率上進(jìn)行了失配誤差修正。混頻器中頻信號(hào)頻率可以包含射頻信號(hào)和本振信號(hào)的基波和各次諧波的任意頻率組合，如果射頻信號(hào)的頻率為frf，本振信號(hào)的頻率為flo，中頻信號(hào)的頻率可表示為：|m×frf±n×flo|，m和n可取大于等于1的任何整數(shù)值，由此可見混頻器的輸出信號(hào)是一個(gè)廣譜信號(hào)。

此外，實(shí)際混頻器的中頻端口還存在射頻和本振的泄露信號(hào)。在目前廣泛使用的“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法中，只在輸入端口對(duì)射頻頻率、在輸出端口對(duì)中頻頻率存在的失配進(jìn)行了修正，而對(duì)其他各種寄生中頻信號(hào)和泄露信號(hào)引起的誤差沒有進(jìn)行相關(guān)的誤差修正，這也會(huì)引起非差大的測量誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前廣泛使用的“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法所提到的缺點(diǎn)及精確進(jìn)行混頻器矢量特性測量的迫切需要，本發(fā)明提出一種全新的混頻器矢量特性測量方法，建立了測量誤差模型，給出了提取模型中誤差項(xiàng)的校準(zhǔn)方法和去除誤差項(xiàng)影響的誤差修正方法，克服上面提到的兩個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精確的混頻器全矢量特性測量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種混頻器矢量特性測量方法，在中頻接收端口增加一個(gè)衰減器，該衰減器與被測混頻器的中頻輸出端口直接連接，包括以下測量步驟：

測量步驟1：端口1的源參考信號(hào)直接輸入到端口1的參考通道，混頻器的射頻端口匹配s11rf通過誤差修正公式(6)確定：

等式(6)中，ed1rf為源端口1在混頻器射頻輸入頻率處的方向性誤差，er1rf為源端口1的反射跟蹤誤差，es1rf為源端口1的源匹配誤差，s11rfm為直接測量未經(jīng)誤差修正的被測件混頻器的射頻端口匹配，定義如下：

等式(7)中，a1mrf為參考激勵(lì)信號(hào)測量值，b1mrf為被測混頻器射頻端口輸出信號(hào)的測量值；

測量步驟2：端口1輸出的源參考信號(hào)與參考混頻器混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)輸入到端口1的參考通道，去除誤差項(xiàng)影響的混頻器的矢量傳輸變頻損耗c21通過誤差修正公式(8)確定：

等式(8)中，es1rf為源端口1的源匹配誤差，et為傳輸跟蹤誤差，c21m為直接測量未經(jīng)誤差修正的被測件混頻器的前向矢量變頻損耗，定義如下：

等式(9)中，a1mrf為參考激勵(lì)信號(hào)測量值，b2mif為被測混頻器中頻端口輸出信號(hào)的測量值；

通過以上步驟完成混頻器前向匹配s11rf和矢量變頻損耗c21的測量。

可選地，在進(jìn)行測量步驟前，首先進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，確定誤差模型中的各誤差項(xiàng)，校準(zhǔn)過程包括以下步驟：

校準(zhǔn)步驟1，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1進(jìn)行混頻器射頻輸入對(duì)應(yīng)頻率上的單端口校準(zhǔn)，端口1的參考混頻器旁路開關(guān)設(shè)置為內(nèi)部路徑狀態(tài)，端口1的源參考信號(hào)直接輸入到內(nèi)部端口1的參考接收通道；進(jìn)行同頻s參數(shù)測量，校準(zhǔn)時(shí)分別在端口1連接3個(gè)不同的反射標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)3個(gè)反射標(biāo)準(zhǔn)在射頻頻率上的已知值分別為γ1、γ2和γ3，對(duì)應(yīng)的測量值分別為m1、m2和m3，確定誤差模型中的如下3項(xiàng)誤差：

校準(zhǔn)步驟2，進(jìn)行傳輸校準(zhǔn)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考混頻器開關(guān)設(shè)置到前面板輸出狀態(tài)，端口1輸出的參考信號(hào)與參考混頻器混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)輸入到端口1的參考接收通道，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1和端口2連接特性已知的校準(zhǔn)混頻器，誤差模型中的誤差項(xiàng)et通過如下等式確定：

等式(4)中，mrf和tf為校準(zhǔn)混頻器的已知特性定標(biāo)值，tfm為校準(zhǔn)混頻器直接測量所得的前向變頻損耗，定義如下：

等式(5)中，a1mrf為參考激勵(lì)信號(hào)測量值，b2mif為校準(zhǔn)混頻器中頻端口輸出信號(hào)的測量值；

可選地，完成所述誤差校準(zhǔn)后，還包括進(jìn)行源和本振的功率校準(zhǔn)。

可選地，所述增加的衰減器端口回波損耗優(yōu)于35db，衰減值20db。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)測量的適應(yīng)性好：降低了對(duì)被測混頻器的要求，適用于各種混頻器的測量，不再要求被測混頻器必須是單向器件。

(2)測量精度高：去除了混頻器混頻產(chǎn)生的各種寄生頻率分量和泄露信號(hào)在測量端口間及測量端口和被測混頻器端口間來回反射所產(chǎn)生的各種測量誤差對(duì)測量精度的影響，大大提高的測量精度和測量結(jié)果的一致性。

(3)校準(zhǔn)過程簡單：目前廣泛使用的“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法在校準(zhǔn)時(shí)至少需要進(jìn)行3次單端口校準(zhǔn)測量，一次同頻直通校準(zhǔn)測量和一次連接校準(zhǔn)混頻器的變頻傳輸校準(zhǔn)測量；本發(fā)明提出的測量方法在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)只需要進(jìn)行一次單端口校準(zhǔn)測量和一次連接校準(zhǔn)混頻器的變頻傳輸測量，大大簡化了校準(zhǔn)過程。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有的矢量混頻器校準(zhǔn)測量方法的系統(tǒng)框圖；

圖2為現(xiàn)有的矢量混頻器校準(zhǔn)測量方法誤差模型圖；

圖3為現(xiàn)有的同頻單端口s參數(shù)測量誤差模型圖；

圖4為現(xiàn)有的同頻雙端口s參數(shù)測量誤差模型圖；

圖5為本發(fā)明的混頻器矢量特性測量方法的系統(tǒng)框圖；

圖6為本發(fā)明測量方法的測量誤差模型圖；

圖7為本發(fā)明測量方法的校準(zhǔn)混頻器及特性模型圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明所提出的測量連接配置方法及測量系統(tǒng)的組成如圖5所示，與圖1所示的“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法對(duì)比可以看出，本發(fā)明所提出的測量連接方法在中頻接收端口增加了一個(gè)衰減器，該衰減器必須與被測混頻器的中頻輸出端口直接連接，主要作用是改善矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中頻接收端口的匹配，要求衰減器端口回波損耗優(yōu)于35db，衰減值20db左右，通過這種配置后可以將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的中頻接收端口看成是理想匹配的。

本發(fā)明所提出的測量誤差模型如圖6所示，誤差模型中不再要求混頻器是單向器件，同時(shí)通過在中頻接收端口連接衰減器改善匹配，可以認(rèn)為端口是理想匹配的，在誤差模型中不必再考慮接收端口的負(fù)載匹配誤差el2if，認(rèn)為其等于0。因?yàn)楸景l(fā)明的接收端口是理想匹配的，傳輸?shù)绞噶烤W(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口的有用中頻信號(hào)及各種無用寄生中頻信號(hào)和泄露信號(hào)都會(huì)被接收端口吸收，不會(huì)再反射回混頻器的中頻端口，因此誤差模型中也無需考慮各種寄生中頻信號(hào)和泄露信號(hào)引起的測量誤差。

在進(jìn)行測量前，首先要進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，確定圖6所示誤差模型中的各誤差項(xiàng)，確定誤差項(xiàng)的校準(zhǔn)過程包括兩個(gè)步驟：

校準(zhǔn)步驟1，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1進(jìn)行混頻器射頻輸入對(duì)應(yīng)頻率上的單端口校準(zhǔn)。此時(shí)端口1的參考混頻器旁路開關(guān)設(shè)置為內(nèi)部路徑狀態(tài)，端口1的源參考信號(hào)直接輸入到內(nèi)部端口1的參考接收通道。此時(shí)進(jìn)行同頻s參數(shù)測量，根據(jù)圖6所示誤差模型，此時(shí)只需考慮與端口1相關(guān)的誤差，校準(zhǔn)時(shí)分別在端口1連接3個(gè)不同的反射標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)3個(gè)反射標(biāo)準(zhǔn)在射頻頻率上的已知值分別為γ1、γ2和γ3，對(duì)應(yīng)的測量值分別為m1、m2和m3，可以確定圖6誤差模型中的如下3項(xiàng)誤差。

校準(zhǔn)步驟2，進(jìn)行傳輸校準(zhǔn)，此時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考混頻器開關(guān)設(shè)置到前面板輸出狀態(tài)，端口1輸出的參考信號(hào)與參考混頻器混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)輸入到端口1的參考接收通道，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口1和端口2連接特性已知的校準(zhǔn)混頻器，圖6誤差模型中的誤差項(xiàng)et通過如下等式確定：

等式(4)中，tfm為校準(zhǔn)混頻器直接測量所得的前向變頻損耗，根據(jù)圖6所示誤差模型的信號(hào)，定義如下：

mrf和tf為校準(zhǔn)混頻器的已知特性定標(biāo)值，具體取值由提供校準(zhǔn)混頻器的廠家提供。

完成誤差校準(zhǔn)后，可進(jìn)行源和本振的功率校準(zhǔn)，以提高源和本振信號(hào)的功率電平精度。

至此，本發(fā)明確定了圖6所示誤差模型中的全部誤差項(xiàng)。在進(jìn)行混頻器測量時(shí)，在端口1和端口2之間連接被測混頻器，通過如下測量步驟以及如等式(6)和等式(8)所示的誤差修正公式，就可以去除各誤差項(xiàng)的影響，得到被測混頻器準(zhǔn)確的矢量特性測量值：

測量步驟1：端口1的參考混頻器開關(guān)設(shè)置到內(nèi)部通路狀態(tài)，即端口1的源參考信號(hào)直接輸入到端口1的參考通道，去除誤差項(xiàng)影響的混頻器的射頻端口匹配s11rf通過誤差修正公式(6)確定：

等式(6)中，s11rfm為直接測量未經(jīng)誤差修正的被測件混頻器的射頻端口匹配，根據(jù)圖6所示的信號(hào)定義如下：

測量步驟2：端口1的參考混頻器開關(guān)設(shè)置到前面板輸出狀態(tài)，端口1輸出的源參考信號(hào)與參考混頻器混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)輸入到端口1的參考通道，去除誤差項(xiàng)影響的混頻器的矢量傳輸變頻損耗c21通過誤差修正公式(8)確定：

等式(8)中，c21m為直接測量未經(jīng)誤差修正的被測件混頻器的前向矢量變頻損耗，根據(jù)圖6所示的信號(hào)定義如下：

通過以上步驟完成混頻器前向匹配s11rf和矢量變頻損耗c21的測量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下方面：

(1)測量的適應(yīng)性好。降低了對(duì)被測混頻器的要求，適用于各種混頻器的測量，不再要求被測混頻器必須是單向器件。

(2)測量精度高。去除了混頻器混頻產(chǎn)生的各種寄生頻率分量和泄露信號(hào)在測量端口間及測量端口和被測混頻器端口間來回反射所產(chǎn)生的各種測量誤差對(duì)測量精度的影響，大大提高的測量精度和測量結(jié)果的一致性。

(3)校準(zhǔn)過程簡單。目前廣泛使用的“矢量混頻器校準(zhǔn)”測量方法在校準(zhǔn)時(shí)至少需要進(jìn)行3次單端口校準(zhǔn)測量，一次同頻直通校準(zhǔn)測量和一次連接校準(zhǔn)混頻器的變頻傳輸校準(zhǔn)測量。本發(fā)明提出的測量方法在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)只需要進(jìn)行一次單端口校準(zhǔn)測量和一次連接校準(zhǔn)混頻器的變頻傳輸測量，大大簡化了校準(zhǔn)過程。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。