发明内容
本发明实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪,用户在使用过程中不需要进行任何的手动校准操作,可随时进行测试。
根据本发明的一个方面,实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试仪,所述天线与传输线测试仪包括:信号合成模块(1)、功分器(2)、定向耦合器(3)、幅相接收机模块(5)、FPGA数字中频处理模块(6)、CPU控制器(7)、FLASH存储器(9)、温度传感器(10);测试端口(4)与定向耦合器(3)相连;通信接口(8)与CPU控制器(7)相连。
根据本发明的一个方面,信号合成模块(1)由激励信号源(11)和本振信号源(12)组成。
根据本发明的一个方面,所述温度传感器(10)实时进行温度检测,所述FLASH存储器(9)内预存误差系数文件。
根据本发明的一个方面,幅相接收机模块包括两个混频器和两个模数(A/D)转换器,第一混频器用于对功分器(2)输出的一路作为参考信号的信号和本振信号源(12)输出的一路信号进行混频,混频输出信号经R通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第一输入端口;第二混频器用于对定向耦合器(3)输出的一路作为被测件反射信号的信号和本振信号源(12)输出的另一路信号进行混频,混频输出信号经A通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第二输入端口。
根据本发明的一个方面,FPGA数字中频处理模块(6)对数字中频信号进行I/Q分解和滤波,提取被测网络的幅度信息和相位信息,并发送给CPU控制器(7)。
根据本发明的另一个方面,实现了一种能够实时自动校准的天线与传输线测试方法,当测试仪开机时,首先将误差系数文件读取到内存;根据当前频率值和当前温度值进行误差系数的二维插值计算,得到合适的误差系数项;其特征在于,误差系数求解步骤包括:
A、判断当前频率f的范围:
当前频率f范围的判断过程,即判断f值位于误差系数文件哪两个频率点之间:
步骤①:设一计数变量i=0;
步骤②:判断freqStart+i×freqStep≤f≤freqStart+(i+1)×freqStep是否成立;
步骤③:若步骤②不成立,令i=i+1,重复步骤②~③;若步骤②成立,则进行步骤④;
步骤④:若步骤②成立,则频率f值位于误差系数文件中第i和第i+1个点之间,第i点的频率值为freqStart+i×freqStep记为f1;第i+1点的频率值为freqStart+(i+1)×freqStep记为f2,完成判断。
其中,freqStart为仪器中预存的误差系数文件中,误差系数对应的起始频率;
freqStep为仪器中预存的误差系数文件中,误差系数对应的步进频率;
N为仪器中预存的误差系数文件中,误差系数对应的频率点个数。
在以上判断过程中,i变量可由0增加到N-2,当i=N-2时即频率f位于误差系数文件中最后两个频率点之间f1=freqStart+(N-2)×freqStep,f2=freqStart+(N-1)×freqStep
若freqStart+i×freqStep≤f≤freqStart+(i+1)×freqStep 0≤i≤N-2
则令f1=freqStart+i×freqStep;
f2=freqStart+(i+1)×freqStep;
当前频率f位于[f1,f2]范围,频率插值计算将使用f1点和f2点数据;
B、判断当前温度C的范围:
从数据文件中读取三个温度值,使得当前温度处于这三个温度值中某两个之间,并对它们进行排序,设排序结果为C1≤C2≤C3,若c≤C2,则使用数据文件中温度C1和温度C2对应的数据进行插值计算,若c>C2,则使用数据文件中温度C2和温度C3对应的数据进行插值计算,此处设当前温度c≤C2;
C、根据频率进行插值:
温度C1、频率f处的方向性误差系数数据通过线段插值得出:
温度C1、频率f处源匹配、反射跟踪误差系数为:
温度C2、频率f处的误差系数为:
D、通过线段插值得到当前温度c处的方向性误差系数:
温度c处的源匹配、反射跟踪误差系数为:
根据本发明的另一个方面,当温度c,频率f发生变化时,测试仪自动重复步骤A、B、C得到新的误差系数项。
本发明的测试仪在使用过程中不需要任何的校准操作,节省时间,提高测试效率;该测试仪的自动校准算法会根据温度及频率设置的变化实时进行误差系数计算。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的硬件设计方案原理框图如图2所示,主要包括:信号合成模块1、功分器2、定向耦合器3、幅相接收机模块5、FPGA数字中频处理模块6、CPU控制器7、FLASH存储器9、温度传感器10。
信号合成模块由激励信号源11和本振信号源12组成;幅相接收机模块包括两个混频器和两个模数(A/D)转换器,第一混频器用于对功分器2输出的一路作为参考信号的信号和本振信号源12输出的一路信号进行混频,混频输出信号经R通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第一输入端口;第二混频器用于对定向耦合器3输出的一路作为被测件反射信号的信号和本振信号源12输出的另一路信号进行混频,混频输出信号经A通道被放大滤波和模数转换后输出到FPGA数字中频处理模块的第二输入端口。
通信接口8接到CPU控制器;测试端口4连接到定向耦合器3。
激励信号源产生激励信号,经功分器分为两路,一路作为参考信号送入R通道表征入射波,另一路经定向耦合器加到被测件作为被测件的激励信号,定向耦合器将被测件的反射波分离出来送入A通道。本振信号源产生与激励信号源同步的频差固定的本振信号,进入R通道和A通道的信号与本振信号进行基波混频,输出中频信号。中频信号经过放大滤波和A/D数字化,转换为数字化中频,FPGA数字中频处理模块对数字中频进行I/Q分解和滤波,提取被测网络的幅度信息和相位信息,发送给CPU。CPU经过比值运算、误差修正求出被测网络的反射参数。
出厂前,天线与传输线测试仪进行温度试验:设置好频率范围、扫描点数等扫描参数,本实施例中设置频率范围为3MHz~88Mz,频率步进为1MHz,扫描点数为86。分别在不同的温度下,本实施例为0℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃,对测试仪使用传统方法进行校准,得到不同温度下的误差系数并以文件形式存储在FLASH存储器中,文件格式如图3所示。误差系数文件包含内容为:起始频率、频率步进、点数,温度值C1及对应的误差系数项(源匹配、方向性、反射跟踪),温度值C2及对应的误差系数项(源匹配、方向性、反射跟踪),温度值C3及对应的误差系数项(源匹配、方向性、反射跟踪),依此类推。
天线与传输线测试仪实时自动校准方法是:当测试仪开机时,程序将读取误差系数文件到内存,并根据当前频率值和当前温度值进行误差系数的二维插值计算,得到合适的误差系数项。若当前温度值为c,测量频率点f,此时频率点f处的误差系数项表示如下:
方向性:Ed(c,f)
源匹配:Es(c,f)
反射跟踪:Er(c,f)
当前误差系数求解步骤如下:
①判断当前频率f的范围
若freqStart+i×freqStep≤f≤freqStart+(i+1)×freqStep 0≤i≤N-2
设f1=freqStart+i×freqStep
f2=freqStart+(i+1)×freqStep
则当前频率f位于[f1,f2]范围,频率插值计算将使用f1点和f2点数据。
②判断当前温度c的范围
从数据文件中读取出三个温度值,使得当前温度处于这三个温度值中某两个之间,并对它们进行排序,设排序结果为C1≤C2≤C3,若c≤C2,则使用数据文件中温度C1和温度C2对应的数据进行插值计算,若c>C2,则使用数据文件中温度C2和温度C3对应的数据进行插值计算。此处设当前温度c≤C2。
③根据频率插值
如图4所示为数据文件中温度C1对应的方向性误差系数,频率f处的方向性误差系数数据通过线段插值得出,如公式(2)所示。同样温度C1、频率f处源匹配、反射跟踪误差系数如公式(3)、(4)所示,温度C2、频率f处的误差系数如公式(5)、(6)、(7)所示。
其中,Ed(C1,f1):误差系数文件中,温度C1,频率f1处的方向性误差系数;
Ed(C1,f2):误差系数文件中,温度C1,频率f2处的方向性误差系数;
Ed(C1,f):插值出的,温度C1,频率f处的方向性误差系数。
其中,Es(C1,f1):误差系数文件中,温度C1,频率f1处的源匹配误差系数;
Es(C1,f2):误差系数文件中,温度C1,频率f2处的源匹配误差系数;
Es(C1,f):插值出的,温度C1,频率f处的源匹配误差系数。
其中,Er(C1,f1):误差系数文件中,温度C1,频率f1处的反射跟踪误差系数;
Er(C1,f2):误差系数文件中,温度C1,频率f2处的反射跟踪误差系数;
Er(C1,f):插值出的,温度C1,频率f处的反射跟踪误差系数。
其中,Ed(C2,f1):误差系数文件中,温度C2,频率f1处的方向性误差系数;
Ed(C2,f2):误差系数文件中,温度C2,频率f2处的方向性误差系数;
Ed(C2,f):插值出的,温度C2,频率f处的方向性误差系数。
其中,Es(C2,f1):误差系数文件中,温度C2,频率f1处的源匹配误差系数;
Es(C2,f2):误差系数文件中,温度C2,频率f2处的源匹配误差系数;
Es(C2,f):插值出的,温度C2,频率f处的源匹配误差系数。
其中,Er(C2,f1):误差系数文件中,温度C2,频率f1处的反射跟踪误差系数;
Er(C2,f2):误差系数文件中,温度C2,频率f2处的反射跟踪误差系数;
Er(C2,f):插值出的,温度C2,频率f处的反射跟踪误差系数。
④根据温度插值
图5所示为在温度C1,C2,C3下频率f处的方向性误差系数,通过线段插值可以得到当前温度c处的方向性误差系数,如公式(8),同理可以得到温度c处的源匹配、反射跟踪误差系数,如公示(9),(10)所示。
其中,Ed(C1,f):公式(2)插值结果:温度C1,频率f处的方向性误差系数;
Ed(C2,f):公式(5)插值结果:温度C2,频率f处的方向性误差系数;
Ed(c,f):插值出的,温度c,频率f处的方向性误差系数。
其中,Es(C1,f):公式(3)插值结果:温度C1,频率f处的源匹配误差系数;
Es(C2,f):公式(6)插值结果:温度C2,频率f处的源匹配误差系数;
Es(c,f):插值出的,温度c,频率f处的源匹配误差系数。
其中,Er(C1,f):公式(4)插值结果:温度C1,频率f处的反射跟踪你误差系数;
Er(C2,f):公式(7)插值结果:温度C2,频率f处的反射跟踪误差系数;
Er(c,f):插值出的,温度c,频率f处的反射跟踪误差系数。
通过以上步骤最终确定在温度c下,频率f处的误差系数项。当温度c,频率f发生变化时,重复步骤①、②、③得到新的误差系数项。
相比现有技术,本发明的测试仪在使用过程中不需要任何的校准操作,节省时间,提高测试效率。该测试仪的自动校准算法会根据温度及频率设置的变化实时进行误差系数计算。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。