CN106788784A - 动态无源互调参考信号发生器 - Google Patents

Abstract

一种动态无源互调参考信号发生器，用于对互调测试设备的校准，其主要由功率分配耦合网络、一个可处于偏置条件下的非线性器件和电压调制模块构成。通过功率分配耦合网络实现对载波信号的提取，提取得到的载波信号激励非线性器件产生互调信号，这部分信号与激励信号一同被相同的功率分配耦合网络耦合回发生器的两个端口，形成反射和传输参考互调电平，作为校准互调测试设备的参考源。电压调制发生模块可以产生特定值的电压波，实现对互调信号的调制，通过调制的互调信号波形对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间功率值和互调瞬态响应特性的校准。

Description

动态无源互调参考信号发生器

所属技术领域

本发明属于无源互调(passive intermodulation PIM)测试***校准技术领域，尤其涉及一种可提供特定连续可调制的无源互调参考信号、用于无源互调测试设备校准标定的动态无源互调参考信号发生器。

背景技术

两个或两个以上的载波信号经过具有非线性响应的部件时，会产生不同于载波频率的新信号，此现象称为互调。无源互调(passive intermodulation PIM)是指两个或两个以上频率的发射载波在无源非线性器件中混合而产生的杂散信号。

目前通用的无源互调测试装置,基于载波合路和载波与互调信号分离原理对待测无源器件的互调特性予以测试,使用放大后的双载波或多载波激励待测件,将与在载波激励条件下伴生的无源互调通过双工器、滤波器滤出，得出无源互调功率值，评估待测无源器件的互调指标。目前对无源互调测试装置的校准，通常采用单端口固定互调值的无源互调信号校准源对测试装置进行评估，通过比较上述无源互调信号校准源与实测结果之间差别来评价测试装置的准确度。针对目前常用的互调校准过程而言，其存在如下几个问题：

1、常见的单端口无源互调信号校准源只能对无源互调测试装置的反射互调值评估，而实际上反射互调性能只是表征无源互调测试装置的一个方面，在缺少传输互调指标下的单一反射互调指标并不能完全评估无源互调测试装置的性能；

2、在目前测试中,强的无源互调信号容易准确测试，弱的无源互调信号是无源互调测试中的难点。而单端口无源互调校准源所提供互调功率值单一，只能产生一种功率电平的互调信号，使得提供的参考无源互调值只能针对测试装置的某个互调功率点进行校准,在没有被互调参考电平校准的互调测试功率值点，无源互调测试装置给出的测试结果说服力还有待提高，而目前，这方面的解决方法只能通过更换不同的校准源来实现，其过程繁琐，且再次引入了多个校准源与互调测试设备连接不确定问题；

3、针对互调测试装置随时间变化的瞬态响应特性，诸如，测试过程中出现的连续异常波动现象，其评估和检测目前还没有解决方案。

总结来说，本发明针对上述问题，提出一个完整的动态双端口无源互调校准源结构；其在可以提供传输和反射互调参考信号的同时；使得其产生的参考电平能大动态范围调节，满足互调测试设备大区间内测试点的校准；最后其产生的互调参考电平可以实现关于时间调制来检测评估互调测试设备的瞬态响应特性，从而解决目前互调测试过程中存在的上述问题。

发明内容

为克服一般单端口固定互调值校准件的不足，本发明提出一个新的结构和解决方案，其不仅能提供双端口互调电平值，作为互调测试***的反射和传输互调参考源用于互调测试设备的校准，进一步的，本发明还引入动态互调电平控制技术，可以对互调参考电平进行瞬态调制，实现一个互调参考源可提供多个互调参考电平，并可以通过观测互调测试设备在多个互调值下的变化规律来检测互调测试设备的瞬态响应特性。

本发明的技术方案如下：

一种无源互调参考信号发生器，该参考信号发生器包括两个低互调连接器(8,9)、多级功率分配耦合网络、可处于偏置条件下的非线性器件(7)、两非线性器件匹配偏置网络(5,6)；其中，所述非线性器件匹配偏置网络(5,6)连接非线性器件(7)，使其处于偏置状态；通过所述多级功率分配耦合网络实现对载波信号的提取，提取得到的载波信号激励所述非线性器件产生无源互调信号，无源互调信号与激励信号再一同被相同的所述功率分配耦合网络耦合回发生器的与待标定互调测试***连接端口，传输至所述低互调连接器(8,9)处，分别形成反射和传输参考互调电平。

进一步的，所述发生器还设有电压调制模块(10)，通过非线性器件匹配偏置网络(5,6)可对所述非线性器件(7)的偏置电压进行调节，由电压调制模块10引入的偏置电压可由正至负进行一定范围的调节，从而通过一个信号发生器产生多个互调电平值，对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值的校准。

更进一步的，所述发生器是一种动态无源互调参考信号发生器，所述电压调制模块(10)可引入偏置电压由正至负的连续调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势，从而，通过调制的互调信号波形，在对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值进行校准的同时，可以实现互调瞬态响应特性的校准。

本发明的有效效果在于：

(1)提供双端口等功率值的参考反射和传输互调电平，对无源互调测试设备的反射互调值和传输互调值进行评估，获得反射互调指标和传输互调指标，以此对无源互调测试设备进行更加全面的评估和校准；

(2)可以对互调电平进行瞬态调制，实现一个校准源能产生多个参考互调电平的功能，从而可以对一定范围内的互调测试功率值点进行校准；

(3)可以控制多个互调电平之间的转换响应时间，从而检验互调测试设备对待测件互调信号的瞬态响应特性。

附图说明

图1是本发明一个实施例中的动态无源互调参考信号发生器的原理框架图；

图2是利用本发明中动态无源互调参考信号发生器进行互调测试***校准的原理框架图；

图3是针对二极管的互易性匹配网络的框架图；

图4是通过不同转接器连接到相应的互调测试***的示意图；

图5是本发明实物测得互调功率随偏置电压变化的的示意图；

图6(a)是增加偏置电压控制调制模块实现互调参考信号的瞬时调节的示意图；

图6(b)是通过控制偏置电压控制调制模块后实现的互调波形的效果图；

图6(c)是通过设定偏置电压控制调制模块后实现的多种互调波形连续阶跃转换的效果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术中单端口固定互调值的无源互调参考信号发生器的主要缺陷，本发明提出了一种新的结构，可提供双端口互调电平值，作为互调测试***的反射和传输互调参考源用于互调测试设备的校准，进一步的，其还涉及动态互调电平控制技术，可以对互调参考电平进行瞬态调制，实现一个互调参考源可提供多个互调参考电平，并可以检测互调测试设备的瞬态响应特性。

下面结合图1对本发明一个实施例中的动态无源互调参考信号发生器进行说明，其主要由低互调连接器8,9、多级功率分配耦合网络、可处于偏置条件下的非线性器件7、非线性器件匹配偏置网络5,6组成。其中，非线性器件匹配偏置网络5,6连接非线性器件7，使其处于偏置状态；功率分配耦合网络实现对载波信号的提取，提取得到的载波信号继而激励非线性器件产生无源互调信号，无源互调信号与激励信号再一同被相同的功率分配耦合网络耦合回发生器的两个端口，传输至低互调连接器8,9处，分别形成反射和传输参考互调电平，从而实现一种双端口信号发生器，可同时对互调测试***的反射互调和传输互调指标进行评价。

进一步的，该发生器还设有电压调制模块10，通过非线性器件匹配偏置网络5,6可对非线性器件的偏置电压进行调节，由电压调制模块10引入的偏置电压可由正至负进行一定范围的调节，从而可以通过一个信号发生器产生多个互调电平值，对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值的校准。

更进一步的，该发生器涉及动态互调电平控制技术，电压调制模块10可引入偏置电压由正至负的连续调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势，从而，通过调制的互调信号波形，在对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值进行校准的同时，可以实现互调瞬态响应特性的校准。

具体的，该多级功率分配耦合网络包括四个定向耦合器1-4和四个负载匹配电阻10－13，形成两级耦合***，通过具有高隔离度的定向耦合器构成的一级耦合***来避免沿着载波路径两个反方向耦合的载波信号对消，与此同时，两个定向耦合器3,4的主臂形成载波激励路径，当激励信号完成激励非线性器件之后，通过相同的耦合网络，和产生的互调信号一起，被重新耦合回载波传输路径，使得整个参考源发生器的插损减到最小，通过一级耦合***与二级耦合***来实现对功率的调配，以实现特定的互调参考电平值。

具体的，上述非线性器件可采用肖特基或变容二极管。同时，为了获得无干扰噪声的互调参考信号，更加精确的对互调测试设备进行校准，整个信号发生器电路适合于制作在高频低PIM介质板上；通过相同的微波传输线理论，也可以通过腔体或同轴结构来实现上述结构达到相同的功能。

在一个实施例中，上述动态无源互调参考信号发生器由于具有双端口，能同时提供两个方向的互调参考信号，使用该信号发生器可同时校准传输和反射模式，待校准的互调测试设备应当处于传输和反射互调测试模式都开启的状态。而在只单独开启其中任意一个测试模式时，该参考源信号发生器功能不受影响，可作为单独的传输或反射互调校准源。

在另一个实施例中，将上述信号发生器的其中一个端口端接一低PIM负载，作为单端口互调参考信号发生器使用，其能像一般的单端口互调参考信号发生器一样用于单一的反射互调的校准。

将上述动态无源互调参考信号发生器具体应用到实际互调测试***校准时，具体参照图2进行说明，从图2中可见整个互调测试***的校准结构和流程,从两个载波信号源S1,S2发出的载波信号经功放和环形器，通过合路器和前级双工器后输入到PIM参考源(此处采用本发明中动态无源互调参考信号发生器)中,最后被测试***的负载吸收。当合路形成的载波信号进入该动态无源互调参考信号发生器中，在该动态无源互调参考信号发生器的两端口处可分别获得传输互调参考信号和反射互调参考信号，其中，逆向于载波路径传播的反射互调参考信号经由后级双工器的互调信道被接收机接收测量,沿着载波路径传播的传输互调信号经由前级双工器的互调信道被接收机接收测量，从而，同时实现反射互调和传输互调测试的校准。

进一步的，利用动态互调电平控制技术，对该动态无源互调参考信号发生器中非线性器件的偏置电压进行调节，偏置电压可由正至负调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势，从而，通过调制的互调信号波形可以对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值和互调瞬态响应特性的校准。

在一个具体实施例中，该动态无源互调参考信号发生器引入了互易性二极管匹配网络，如图3所示，二极管的互易性匹配网络是基于对称结构实现，左至由顺次包括源、匹配段、二极管、匹配段、对称的负载源，一对偏置网络结合于两段互易性的匹配段之中。基于该互易性结构，产生于非线性器件(二极管)的互调参考信号能等幅等相位传输到两端口，从而分别提供等幅等相位的反射互调参考信号与传输互调参考信号。在这种结构中，采用偏置网络结合于互易性的匹配段之中，通过使用一对偏置器，实现针对不同的非线性器件，其偏置电压可由正至负调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势。

进一步的，如图4所示，在对不同无源互调测试***进行校准时，要考虑不同无源互调测试***的差异性，现有的无源互调测试***具有多种不同结构，除了同轴互调测试***外，还包括微带、腔体等互调测试***，在实际校准应用时，针对不同的测试***结构，对实施例进行不同的改进，采用相应的不同的低PIM转接器实现微带到同轴，微带到波导，微带到微带等的转接，实现对同轴、腔体、微带等互调测试***的校准，其实现过程不仅限于微带传输线，仍然可以通过其他微波传输线结构，诸如同轴、波导传输结构来实现，并通过使用相应的低PIM转接器，不仅适用于同轴互调测试***，也适用于微带、同轴或腔体互调测试***。

更进一步的，在一个实施例中，如图5实测得的曲线所示，通过调整二极管两端的电压值，互调功率电平发生明显变化。通过调整不同的电压转变过程，即如图6(a)所示，作为改进优化，增加一偏置电压控制调制模块，该偏置电压控制调制模块通过一对偏置器的直流输入端口接入参考信号发生器中，使得输出的互调信号电平与偏置电压控制调制模块输出电压关系相关联，或以该偏置电压控制调制模块替代上述电压调制模块，以实现对互调参考信号的快速连续调节，通过控制该偏置电压控制调制模块输出连续电压波形，即可对应得到互调信号发生器上的互调信号波形，输出如图6(b)，图6(c)所示的PIM信号关于时间的波形，诸如正弦，梯形，方波，阶跃三角，或上述波形的结合形式，间接通过控制输出电压波的阶跃过程，来调制PIM波形阶跃的转变过程，通过对比待校准设备实测的波形与发生器所产生的波形，实现对互调测试设备大范围区间的互调瞬态响应的评估。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术任一来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术任一应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种动态无源互调参考信号发生器，其特征在于，该参考信号发生器包括两个低互调连接器(8，9)、多级功率分配耦合网络、可处于偏置条件下的非线性器件(7)、两非线性器件匹配偏置网络(5，6)；其中，所述非线性器件匹配偏置网络(5，6)连接非线性器件(7)，使其处于偏置状态；通过所述多级功率分配耦合网络实现对载波信号的提取，提取得到的载波信号激励所述非线性器件产生无源互调信号，无源互调信号与激励信号再一同被相同的所述功率分配耦合网络耦合回发生器的与待标定互调测试***连接端口，传输至所述低互调连接器(8，9)处，分别形成反射和传输参考互调电平。

2.根据权利要求1所述的参考信号发生器，其特征在于：优选的，所述发生器还设有电压调制模块(10)，通过非线性器件匹配偏置网络(5，6)可对所述非线性器件(7)的偏置电压进行调节，由电压调制模块10引入的偏置电压可由正至负进行一定范围的调节，从而通过一个信号发生器产生多个互调电平值，对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值的校准。

3.根据权利要求2所述的参考信号发生器，其特征在于：所述发生器是一种动态无源互调参考信号发生器，所述电压调制模块(10)可引入偏置电压由正至负的连续调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势，从而，通过调制的互调信号波形，在对互调测试设备进行标称范围内互调测试区间不同功率值进行校准的同时，可以实现互调瞬态响应特性的校准。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的参考信号发生器，其特征在于：所述多级功率分配耦合网络包括四个定向耦合器(1-4)和四个负载匹配电阻(10-13)，形成两级耦合***，两个定向耦合器(3，4)的主臂形成载波激励路径，副臂与二级耦合器连接形成互调功率激励网络，通过一级耦合***与二级耦合***来实现对功率的调配，实现特定的互调参考电平值。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的参考信号发生器，其特征在于：其能同时提供两个方向的互调参考信号，使用所述参考信号发生器同时校准传输和反射模式时，待校准的互调测试设备应当处于传输和反射互调测试模式都开启的状态；而在只单独开启其中任意一个测试模式时，所述参考信号发生器功能不受影响，可作为单独的传输或反射互调校准源。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的参考信号发生器，其特征在于：所述参考信号发生器基于左右互易性原理构成，当其中一个端口接低PIM负载，可用于一般的反射互调的校准源，其参考电平调节功能不受影响。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的参考信号发生器，其特征在于：所述非线性器件采用肖特基二极管或变容二极管。

8.根据权利要求7所述的参考信号发生器，其特征在于：所述参考信号发生器引入了互易性二极管匹配网络，左至由顺次包括源、匹配段、二极管、匹配段、对称的负载源，采用偏置网络结合于互易性的匹配段之中，通过使用一对偏置器，其偏置电压可由正至负调节，实现互调信号随偏置电压不同的变化趋势。

9.根据权利要求1所述的参考信号发生器，其特征在于：根据不同互调测试***设置相应不同的低PIM转接器，其实现过程不仅限于微带传输线，还可以通过微波传输线来实现，所述微波传输线为同轴或波导传输结构，并不仅适用于同轴互调测试***，也适用于微带、同轴或腔体互调测试***。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的参考信号发生器，其特征在于：增加一偏置电压控制调制模块，通过调制可输出连续电压波形，所述偏置电压控制调制模块通过一对偏置器的直流输入端口接入参考信号发生器中，使得互调信号电平与所述偏置电压控制调制模块输出电压关系相关联，对应得到互调信号波形，从而通过调制偏置电压，实现参考互调电平的连续及瞬时调节功能。