CN104914393A - 一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置，包括第一和第二微波信号输入端；正交耦合器，基于第一微波信号产生两路相位差为90°的正弦信号；功分器，将第二微波信号分为第一路信号和第二路信号；驱动信号输入端，为被校准梳状谱发生器提供驱动信号；时域波形输出端，输出被校准梳状谱发生器产生的时域波形；取样示波器，在第二路信号的触发下，采集基于所述两路相位差为90°的正弦信号产生的计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器产生的时域波形；相位校准单元，基于计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器时域波形，对被校准梳状谱发生器进行相位谱校准。解决了梳状谱发生器相位校准过程中时基失真对校准结果影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及相位谱校准技术。更具体地，涉及一种梳状谱发生器相位谱校准的装置和方法。
背景技术
梳状谱发生器作为谐波相位标准，已广泛的应用于非线性矢量网络分析仪相位校准、非线性器件特性表征等领域之中。目前，梳状谱发生器相位谱校准工作在国内尚处于探索阶段，常用的校准设备是取样示波器。梳状谱发生器校准工作主要难点有两个：一是取样示波器数据采集窗口选取不同的时间延时，对应的梳状谱发生器相位谱并不相同，这是因为信号在时域上平移，等效于频域上相位谱加上一个线性的增量，使得对同一个梳状谱发生器进行测量，得到的相位谱并不相同；二是取样示波器的时基失真会对梳状谱发生器时域波形的准确测量产生影响，进而影响相位谱的准确校准。本发明为解决以上问题，研究了一种用于梳状谱发生器相位谱准确校准的装置和方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种梳状谱发生器相位谱校准的装置，该装置解决梳状谱发生器相位谱的校准问题，同时解决了梳状谱发生器相位校准过程中时基失真对校准结果影响的问题，并对取样示波器数据采集窗口选取不同时间延迟以及使用不同测量***时，所得梳状谱发生器相位谱进行处理，得到一致的可对比的校准结果。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置，该装置包括，
第一微波信号输入端；
第二微波信号输入端；
正交耦合器，基于第一微波信号产生两路相位差为90°的正弦信号；
功分器，将第二微波信号分为第一路信号和第二路信号；
驱动信号输出端，为被校准梳状谱发生器提供驱动信号；
时域波形输入端，输入被校准梳状谱发生器基于所述驱动信号产生的时域波形；
取样示波器，在所述第二路信号的触发下，采集基于所述两路相位差为90°的正弦信号产生的计算时基失真所需的数据和被梳状谱发生器产生的时域波形，该时基失真所需的数据包括相位、频率、信号带宽等相关数据；
相位校准单元，基于所述计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器时域波形，对被校准梳状谱发生器进行相位谱校准。
优选的，所述第一微波信号输入端和第二微波信号输入端输入的第一微波信号和第二微波信号为同步共时基信号。
优选的，所述取样示波器包括多个数据通道和触发通道；
所述正交耦合器发出的两路信号分别输入所述取样示波器的第一通道和第二通道；
时域波形输出端与除第一通道和第二通道之外的其他数据通道连接；
所述功分器输出的第二路信号输入所述触发通道。
优选的，该装置进一步设置在正交耦合器和第一微波信号输入端之间的带通滤波器。
优选的，所述相位校准单元包括
时基失真修正模块，用于对由第一通道和第二通道产生的所述计算时基失真所需的数据进行修正，获得时基失真修正值；
补偿模块，将时基失真修正值与所述被校准梳状谱发生器时域波形相结合，获得修正时基失真的梳状谱发生器时域波形；
傅里叶变换模块，对所述修正时基失真的梳状谱发生器时域波形进行傅里叶变换，获得被校准梳状谱发生器相位谱；
相位谱校准模块，基于最小二乘估计对所述被校准梳状谱发生器相位谱进行校准。
一种用于梳状谱发生器相位谱校准的方法，该方法的步骤包括：
正交耦合器基于第一微波信号产生两路相位差为90°的正弦信号，并分别输入取样示波器的第一通道和第二通道；
功分器将第二微波信号分为第一路信号和第二路信号；
被校准梳状谱发生器基于所述第一路信号输出时域波形，并输入至取样示波器的除第一通道和第二通道之外的其他数据通道；
取样示波器在所述第二路信号的触发下，基于所述两路相位差为90°的正弦信号产生计算时基失真所需的数据，并采集被梳状谱发生器产生的时域波形；
基于所述计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器时域波形，对被校准梳状谱发生器进行相位谱校准。
优选的，所述对被校准梳状谱发生器进行相位校准的步骤包括
对由第一通道和第二通道产生的所述计算时基失真所需的数据进行修正，获得时基失真修正值；
将时基失真修正值与所述被校准梳状谱发生器时域波形相结合，获得修正时基失真的梳状谱发生器时域波形；
对所述修正时基失真的梳状谱发生器时域波形进行傅里叶变换，获得被校准梳状谱发生器相位谱；
基于最小二乘估计对所述被校准梳状谱发生器相位谱进行校准。
优选的，所述第一微波信号和第二微波信号为同步共时基信号。
优选的，该方法的步骤进一步包括对所述第一微波信号进行带通滤波处理，滤除干扰频率。
本发明的有益效果如下：
本发明装置可以得到准确的梳状谱发生器相位谱校准结果，使不同测量***、不同测量条件下所得相位谱校准结果之间可以直接地进行比较。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置示意图。
图中，1.第一微波信号源，2.第二微波信号源，3.带通滤波器，4.功分器，5.正交耦合器，6.梳状谱发生器，7.取样示波器，8.计算机，A1.第一微波信号输入端，A2.第二微波信号输入端，A3.驱动信号输出端，A4.时域信号输入端。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置，包括第一微波信号源1，第二微波信号源2，带通滤波器3，功分器4，正交耦合器5，梳状谱发生器6，取样示波器7，计算机8，第一微波信号输入端A1，第二微波信号输入端A2，驱动信号输出端A3，时域信号输入端A4；第一微波信号源1发出的第一微波信号经第一微波信号输入端A1输入至带通滤波器3的输入端，带通滤波器3的信号输出端通过同轴电缆与正交耦合器5的信号输入端连接，正交耦合器5的两路输出端通过等长的同轴电缆与取样示波器7的第一通道和第二通道连接；第一微波信号源1的微波信号同步输出端通过同轴电缆连接至第二微波信号源2的同步输入端，第二微波信号源2发出的第二微波信号经第二微波信号输入端A2输入至功分器4的输入端，功分器4的第一输出端输出的驱动信号通过驱动信号输出端A3输入至梳状谱发生器6，为其提供驱动信号，梳状谱发生器6基于驱动信号输出的时域波形信号通过时域信号输入端A4输入取样示波器7的除第一通道和第二通道之外的其他数据通道；功分器4的第二输出端通过同轴电缆与取样示波器7的触发端连接；取样示波器7的信号输出端与计算机8连接，计算机8内设有相位校准单元，相位校准单元包括时基失真修正模块，补偿模块，傅里叶变换模块和相位谱校准模块。
如图1所示装置的工作过程：第一微波信号源1的第一微波信号经第一微波信号输入端A1输入至带通滤波器3的输入端，经带通滤波器3滤除干扰梳状谱发生器相位谱校准结果的频率分量后，该第一微波信号由带通滤波器3的输出端通过同轴电缆输入正交耦合器5的输入端，该微波信号经正交耦合器5的输出端输出为两路相位差为90°的正弦信号，相位差为90°的两路正弦信号经等长同轴电缆分别输入取样示波器7的第一通道输入端和第二通道输入端，两路输入信号作为修正取样示波器7时基失真的数据；同时第一微波信号源1输出端通过同轴电缆同步输出微波信号至第二微波信号源2的同步输入端，以实现两台信号源的同步输出，第二微波信号源2的与第一微波信号源1同步的第二微波信号经第二微波信号输入端A2输入至功分器4的输入端，该第二微波信号被功分器4功分为两路信号，功分器4功分的第一路信号通过驱动信号输出端A3输入至梳状谱发生器6，作为梳状谱发生器6的驱动信号，梳状谱发生器基于该驱动信号输出时域信号，通过时域波形输入端A4输入取样示波器7的除第一通道和第二通道之外的其他数据通道；功分器4功分的第二路信号通过同轴电缆输入取样示波器7的触发输入端，为取样示波器7开始测量提供触发信号；取样示波器7在接收到触发信号后开始进行测量，取样示波器7一方面测量用于修正取样示波器7时基失真的信号数据，另一方面测量梳状谱发生器6输出的时域波形信号；计算机8与取样示波器7通过GPIB-USB数据线连接，计算机8内的时基失真修正模块通过采集软件采集计算时基失真所需数据与梳状谱发生器的原始时域波形信号，然后通过时基失真修正软件获得时基失真修正值；补偿模块将时基失真修正值与梳状谱发生器的原始时域波形相结合，得到修正时基失真以后的梳状谱发生器时域波形；傅里叶变换模块则对时基失真修正后的时域波形进行傅立叶变换，得到梳状谱发生器相位谱；相位谱校准模块对相位谱进行基于最小二乘估计的去斜率算法，使相位谱平坦分布，完成梳状谱发生器相位谱校准。
利用本发明的校准装置对梳状谱发生器相位谱进行校准的具体实施步骤为：
a)将第一微波信号源1的输出端通过同轴电缆连接至带通滤波器3的输入端；
b)将带通滤波器3的输出端通过同轴电缆连接至正交耦合器5的输入端，正交耦合器5输出两路相位差为90°的正弦信号；
c)正交耦合器5的两路输出端通过同轴电缆连接至取样示波器7的第一通道和第二通道；
d)将第一微波信号源1的同步输出端通过同轴电缆连接至第二微波信号源2的同步输入端；
e)将第二微波信号源2的输出端通过同轴电缆连接至功分器4，功分器4的第一功分信号输出端通过同轴电缆连接至梳状谱发生器6的驱动信号输入端；
f)将功分器4的第二功分信号输出端通过同轴电缆连接至取样示波器7的触发输入端；
g)将梳状谱发生器6的时域波形输出端通过同轴电缆连接至取样示波器7除第一通道和第二通道之外的其他数据通道；
h)将计算机8与取样示波器7通过GPIB-USB数据线连接，计算机8内的时基失真修正模块通过采集软件采集计算时基失真所需数据与梳状谱发生器的原始时域波形信号，然后通过时基失真修正软件获得时基失真修正值；
i)补偿模块将时基失真修正值与梳状谱发生器的原始时域波形相结合，得到修正时基失真以后的梳状谱发生器时域波形；
j)傅里叶变换模块则对时基失真修正后的时域波形进行傅立叶变换，得到梳状谱发生器相位谱；
k)相位谱校准模块对相位谱进行基于最小二乘估计的去斜率算法，使相位谱平坦分布，完成梳状谱发生器相位谱校准。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种用于梳状谱发生器相位谱校准的装置，其特征在于，该装置包括，
第一微波信号输入端；
第二微波信号输入端；
正交耦合器，基于第一微波信号产生两路相位差为90°的正弦信号；
功分器，将第二微波信号分为第一路信号和第二路信号；
驱动信号输出端，为被校准梳状谱发生器提供驱动信号；
时域波形输入端，输入被校准梳状谱发生器基于所述驱动信号产生的时域波形；
取样示波器，在所述第二路信号的触发下，采集基于所述两路相位差为90°的正弦信号产生的计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器产生的时域波形；
相位校准单元，基于所述计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器时域波形，对被校准梳状谱发生器进行相位谱校准。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一微波信号输入端和第二微波信号输入端输入的第一微波信号和第二微波信号为同步共时基信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样示波器包括多个数据通道和触发通道；
所述正交耦合器发出的两路信号分别输入所述取样示波器的第一通道和第二通道；
时域波形输出端与除第一通道和第二通道之外的其他数据通道连接；
所述功分器输出的第二路信号输入所述触发通道。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括设置在正交耦合器和第一微波信号输入端之间的带通滤波器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位校准单元包括时基失真修正模块，用于对由第一通道和第二通道产生的所述计算时基失真所需的数据进行修正，获得时基失真修正值；
补偿模块，将时基失真修正值与所述被校准梳状谱发生器时域波形相结合，获得修正时基失真的梳状谱发生器时域波形；
傅里叶变换模块，对所述修正时基失真的梳状谱发生器时域波形进行傅里叶变换，获得被校准梳状谱发生器相位谱；
相位谱校准模块，基于最小二乘估计对所述被校准梳状谱发生器相位谱进行校准。
6.一种用于梳状谱发生器相位谱校准的方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
正交耦合器基于第一微波信号产生两路相位差为90°的正弦信号，并分别输入取样示波器的第一通道和第二通道；
功分器将第二微波信号分为第一路信号和第二路信号；
被校准梳状谱发生器基于所述第一路信号输出时域波形，并输入至取样示波器的除第一通道和第二通道之外的其他数据通道；
取样示波器在所述第二路信号的触发下，基于所述两路相位差为90°的正弦信号产生计算时基失真所需的数据，并采集被校准梳状谱发生器产生的时域波形；
基于所述计算时基失真所需的数据和被校准梳状谱发生器时域波形，对被校准梳状谱发生器进行相位谱校准。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对被校准梳状谱发生器进行相位校准的步骤包括
对由第一通道和第二通道产生的所述计算时基失真所需的数据进行修正，获得时基失真修正值；
将时基失真修正值与所述被校准梳状谱发生器时域波形相结合，获得修正时基失真的梳状谱发生器时域波形；
对所述修正时基失真的梳状谱发生器时域波形进行傅里叶变换，获得被校准梳状谱发生器相位谱；
基于最小二乘估计对所述被校准梳状谱发生器相位谱进行校准。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一微波信号和第二微波信号为同步共时基信号。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法的步骤进一步包括对所述第一微波信号进行带通滤波处理，滤除干扰频率。
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