CN103138845B - 超宽带sar接收机下变频接收通道幅相特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，涉及合成孔径雷达(SAR)***测试技术，包括以下步骤：1)搭建参考混频器并接入矢量网络分析仪；2)分别在被测下变频接收通道的输入频率范围和输出频率范围内对矢量网络分析仪的两个端口进行标准的单端口校准；3)搭建校准混频器，并进行校准混频器的表征；4)利用校准混频器进行直通校准；5)测试下变频接收通道的幅相特性。本发明方法主要用于测量合成孔径雷达多通道接收机的下变频接收通道的幅相频率特性，具有测量精度高、实现简便快捷的优点，为SAR***幅相误差的准确提取和补偿提供了必要的手段。

Description

超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达(SAR)***测试技术领域，特别是一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种对地面目标进行成像观测的微波遥感手段。具有能够全天时全天候工作的优点，因而广泛应用于国防、自然资源勘探、灾害监测等领域。随着SAR成像技术的不断发站，SAR成像的分辨率也在不断提高。超宽带SAR可以实现优于0.1m的分辨率，能够对地面实现非常精细的成像，无论在军事还是在民用方面都具有非常重要的意义。

然而超宽带SAR需要发射和接收绝对带宽非常宽的线性调频信号，以目前的硬件技术水平很难采集带宽如此高的信号，因此需要通过多通道接收，即利用滤波变频组件将接收信号分成许多带宽较小的信号进行采集，在成像的时候再通过频带合成的方式恢复宽带信号。但是在进行每个通道的下变频接收时，由于模拟元器件的非理想特性，会在接收信号中引入额外的幅相误差，通道越多，引入的误差也越多。而SAR的频带拼接以及成像处理对于信号幅相特性的要求非常严格，微小的误差都会导致成像质量的严重恶化。大的通道误差会严重影响后处理阶段的频带拼接，难以实现高分辨率成像。因此需要对多通道接收机的若干个下变频通道的幅相特性进行精确的测试，以保证其引入的误差在频带合成可以容忍的范围之内。

三混频器技术(Three-Mixer technique)是目前对于变频组件幅相特性测量较为常用的一种技术，该技术是利用三只混频器A，B，C进行两两级联，共三种级联方式(A-B，B-C，A-C)，对于每种级联方式分别利用矢量网络分析仪进行幅相特性的测试，共得到三组方程，联立后能够解出每只混频器的幅相特性，然后利用已知幅相特性的混频器再与被测器件进行级联，得到总响应后去除已知混频器的频响即得到被测器件的频响特性。该技术的优点是所用的矢量网络分析仪不需要具有频偏功能，其缺点是操作和计算较为繁琐，需要手工或编程计算，另外，更为重要的是其测试精度受到混频器端口驻波的影响较大，在进行三混频器两两表征的阶段，混频器之间的匹配特性会带来***误差，该误差是此测试构架决定的，并不能通过仪器进行校正，该误差会在被测件测试阶段转移到测试的结果中，影响测试精度，另外，在被测件测试阶段，被测件与已知频响的混频器间的匹配特性亦会对测试精度产生一定的影响，尤其对于相位特性的测量的准确性影响更为严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性的测试方法，该方法能够克服传统测试技术存在的不足，能够对超宽带SAR多通道接收机的下变频接收通道的幅相特性进行精确快捷的测量。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其包括步骤：

S1)搭建参考混频器，并接入矢量网络分析仪；

S2)分别在被测下变频接收通道的输入频率范围和输出频率范围内对矢量网络分析仪的两个端口进行标准的单端口校准；

S3)搭建校准混频器，并进行校准混频器的表征；

S4)利用校准混频器进行直通校准；

S5)将校准混频器的位置用被测下变频接收通道进行替代后，测试下变频接收通道的幅相特性。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S1中的参考混频器，采用普通商用混频器，其工作频率范围要等于或者宽于被测器件的频率范围；参考混频器接于矢量网络分析仪的源输出1和接收机R1输入端口2之间。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S2中的单端口校准，是指在被测器件变频前后的频率范围内，分别对矢量网络分析仪的两个端口进行开路、短路、匹配负载的校准。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S3中搭建校准混频器，采用普通商用混频器级联低通滤波器来实现。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S3中的表征，是指利用一系列的特性参数：输入及输出匹配、幅相特性来表示这个元器件的特性。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性的测试方法，其所述表征的过程，是将校准混频器的射频端与矢量网络仪端口1连接，在被测器件变频后的频率范围内对校准混频器的中频输出端进行单端口校准，校准包括开路、短路、匹配负载；利用安捷伦公司的具有矢量混频校准功能的网络分析仪仪器，将对测试的数据自动进行计算以进行表征；

表征完成后的数据存到一个数据文件中，在以后需要时，调出来直接使用。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S4中的直通校准，是指将校准混频器的中频输出口与矢量网络仪的端口2连接，同时矢量网络仪的端口1与校准混频器的射频输入端连接，完成直通校准，得频偏误差数据。

所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其所述步骤S5中，将校准混频器的位置用被测下变频接收通道进行替代，在测试的结果数据中扣除频偏误差数据，为被测下变频接收通道的幅相特性。

本发明方法的有益效果是：

1)对接收变频通道的幅相特性测试方便快捷。

本方法在实际操作过程中，当端口校准数据和校准混频器的表征数据存入矢网后，以后在进行测试时可直接调用表征数据，无需重新校准和表征，这样就大大提高的测试效率，尤其对于多个接收机通道的测试。

2)对接收变频通道的幅相特性测试精度高。

本方法在操作过程对所用的辅助器件：参考混频器和校准混频的频率特性要求并不高，在校准过程中能够将混频器端口匹配特性带来的***误差去除掉，大大提高了测试精度和测试的可重复性。

附图说明

图1是本发明的一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法流程图；

图2是本发明方法的测试台搭建框图；

图3是本发明方法中参考混频器的位置示意图；

图4是本发明方法中校准混频器表征示意图；

图5是本发明方法的校准混频器直通校准示意图；

图6a是本发明方法实施例中被测下变频通道幅频特性的测量结果；

图6b是本发明方法实施例中被测下变频通道相频特性的测量结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法进一步详细说明。

本发明方法通过频偏误差修正的矢量网络分析仪技术对SAR中频接收机下变频接收通道幅相特性进行测量，方法步骤如图1所示。首先说明一下测量原理和具体要求，然后给出利用本发明方法的测量实例。

本发明的测试方法测量精度较高，实现也较为便捷。在测量中，我们希望对各个子通道幅相频特性进行精确标定，但因为每个通道都经过了一次下变频，也就是该通道的输入输出频率不同，而对于不同的频率，相位不能进行比较，相位的测量需要在同频上进行定义，这就需要产生一个理论上瞬时零长度即零时延的参考相位。实际上我们利用矢量网络分析仪对接收通道测试的相频响应是相对于这个理论零时延参考相位的响应，参考信号与接收机的中频信号具有同频，所以能够进行相位的比较。利用带有频偏误差修正的矢量网络分析仪测试变频组件通道特性的测试台搭建框图如图2所示。搭建测试平台需要用到两种混频器：参考混频器和校准混频器。下面对两种混频器的作用和要求进行简单阐述：

(1)参考混频器：

参考混频器主要用来提供测试相位参考，它连接到网络分析仪的参考接收机路径上，位于源输出和接收机R1输入端口之间，如图3所示。可以看到，参考混频器连入网络分析仪的参考通道，成为网络分析仪的一部分，在校准和测试过程中，参考混频器无需移动，它始终保持在应有的位置上。

对于参考混频器的要求：1)频率范围：参考混频器的工作频率范围应等于或者宽于被测器件的频率范围。2)对变频损耗和互易性的要求：对参考混频器的变频损耗没有要求，也不需要具有互易性。互易性是指混频器正反向的频率特性相同。3)回波损耗(或称端口匹配)：参考混频器端口驻波越小越好，一般要求驻波小于2就可以满足需要了。4)本振功率电平：参考混频器的本振功率电平在***校准和测试期间都应该保持不变。

(2)校准混频器

校准混频器在搭建测试台时，与被测器件(DUT)放的位置相同，如图5所示。它主要用于对整个测试***进行校准，也就是进行频偏误差修正。也就是说只有利用校准混频器才能得到整个***的误差数据，在进行实际变频组件测试时，将在测试结果中扣除这些误差数据得到真实的测试结果。

对于校准混频器的要求：1)频率范围：校准混频器的频率范围应与被测件的频率范围相同或更宽。2)由于混频器的非线性，在混频器的输出端口会产生需要杂散分量，这些杂散信号可能会从网络仪的测试端口反射回混频器，与其他分量混频，在所需的输出频率点生成错误的信号，在校准混频器的输入输出端口加入滤波器能够尽量避免这样的问题发生。所以在实际应用中，常采用“混频+滤波”组件作为校准混频器。3)变频损耗：校准混频器的变频损耗应小于10dB。4)本振功率电平：校准混频器在进行表征时应当与进行直通校准时所用的本振功率相同。5)隔离度：校准混频器本振与射频口的隔离度以及本振与中频口的隔离度至少为20dB。

以上对于参考混频器和校准混频器的要求，一般商用混频器基本都能够达到上述要求。

下面结合测试实例进行说明。

针对一款高分辨力合成孔径雷达***，该***的接收通道要实现对中心频率14.8GHz，带宽3.2GHz的线性调频信号进行接收，这里采用了多通道接收机技术，即将带宽3.2GHz的雷达信号平均分成八个子带进行接收，每个子带带宽为400MHz，八个子带均被下变频到中心频率1GHz，带宽400MHz的中频频率上，八个通道具体情况如下：其中RFn代表第n个下变频通道的输入频率，LOn代表第n个通道的本振频率，IF代表下变频通道输出的中频频率。

第一通道：RF1＝13.2～13.6GHz    LO1＝12.4GHz

第二通道：RF2＝13.6～14.0GHz    LO2＝12.8GHz

第三通道：RF3＝14.0～14.4GHz    LO3＝13.2GHz

第四通道：RF4＝14.4～14.8GHz    LO4＝13.6GHz

第五通道：RF5＝14.8～15.2GHz    LO5＝14.0GHz

第六通道：RF6＝15.2～15.6GHz    LO6＝14.4GHz

第七通道：RF7＝15.6～16.0GHz    LO7＝14.8GHz

第八通道：RF8＝16.0～16.4GHz    LO8＝15.2GHz

八通道输出：IF＝0.8～1.2GHz

要完成3.2GHz带宽线性调频信号的合成，就需要对八个下变频通道的幅相特性进行精确测试，即利用本方法进行测量。

测试台的搭建：

(1)参考混频器型号：成都亚光公司HSPK1812

(2)校准混频器型号：成都亚光公司HSP188

(3)滤波器：中电13所通带0.8～1.2GHz的LC带通滤波器

首先将参考混频器连入矢量网络分析仪相应位置上，具***置如图3所示。

然后在被测第n路下变频接收通道的输入频率范围和输出频率范围内对矢量网络分析仪的两个端口进行标准的单端口校准；例如，第一路下变频接收通道的输入频率范围是13.2-13.6GHz，输出频率范围是0.8-1.2GHz。分别在矢网的端口1和端口2进行上述两个频率范围内的单端口校准。

之后将校准混频器接在矢网上，完成校准混频器的表征，如图4所示。

再将校准混频器的输出端连接在矢网的端口2上，矢网的端口1仍然连接校准混频器的输入端，完成直通校准，如图5所示。

最后将校准混频器从测试***中取出，接入被测下变频接收通道，如图2所示，从而完成变频组件的幅相特性测试。图6即为第1下变频接收通道的幅相特性结果。

Claims (6)

1.一种超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其特征在于，包括步骤：

S1)搭建参考混频器，并接入矢量网络分析仪；

S2)分别在被测下变频接收通道的输入频率范围和输出频率范围内对矢量网络分析仪的两个端口进行标准的单端口校准；

S3)搭建校准混频器，并进行校准混频器的表征；

S4)利用校准混频器进行直通校准；

S5)将校准混频器的位置用被测的下变频接收通道进行替代后，测试下变频接收通道的幅相特性从而完成测试；

其中，所述步骤S2中的单端口校准，是指在被测器件变频前后的频率范围内，分别对矢量网络分析仪的两个端口进行开路、短路、匹配负载的校准；

所述步骤S4中的直通校准，是指将校准混频器的中频输出口与矢量网络仪的端口2连接，同时矢量网络仪的端口1与校准混频器的射频输入端连接，完成直通校准，得频偏误差数据。

2.按权利要求1所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其特征在于，所述步骤S1中的参考混频器，采用普通商用混频器，其工作频率范围要等于或宽于被测器件的频率范围；参考混频器接于矢量网络分析仪的源输出(1)和接收机R1输入端口(2)之间。

3.按权利要求1所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其特征在于，所述步骤S3中搭建校准混频器，采用普通商用混频器级联低通滤波器来实现。

4.按权利要求1所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其特征在于，所述步骤S3中的表征，是指利用一系列的特性参数：输入及输出匹配、幅相特性来表示这个元器件的特性。

5.按权利要求1或4所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性的测试方法，其特征在于，所述表征的过程，是将校准混频器的射频端与矢量网络仪端口1连接，在被测器件变频后的频率范围内对校准混频器的中频输出端进行单端口校准，校准包括开路、短路、匹配负载；利用安捷伦公司的具有矢量混频校准功能的网络分析仪，将对测试的数据自动进行计算以进行表征；

表征完成后的数据存到一个数据文件中，在以后需要时，调出来直接使用。

6.按权利要求1所述的超宽带SAR接收机下变频接收通道幅相特性测试方法，其特征在于，所述步骤S5中，将校准混频器的位置用被测下变频接收通道进行替代，在测试的结果数据中扣除频偏误差数据，为被测下变频接收通道的幅相特性。