變頻群時延測試解決方案的探討

葛久志

摘 要 在衛(wèi)星通信鏈路、雷達收發(fā)鏈路和收發(fā)信機的研發(fā)、設(shè)計及測量中普遍會遇到內(nèi)嵌本振的多級變頻通道的應用，針對這些應用的增多，相應的測量方法也必須隨之更新。本文介紹基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行內(nèi)嵌本振的多級變頻被測設(shè)備群時延測試的解決方案。

關(guān)鍵詞 多級變頻通道 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 群時延測試

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A

0引言

變頻器件廣泛應用于通信、雷達、衛(wèi)星等系統(tǒng)的上行和下行鏈路中，變頻器件的群時延是影響誤碼率的關(guān)鍵參數(shù)。僅通過最大峰—峰相位波動并不足以全面反映器件的相位特性，而利用群時延卻能有效表達相位失真的跡象。群時延是指群信號通過電氣系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)傳播時，系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)對信號整體產(chǎn)生的時延。群時延測量是基于相位的測量，可通過取相位差與頻率差的比值來近似微分計算。

1測試原理及分析

1.1群時延測試原理

群時延（或群延時%m g ）又稱為包絡(luò)時延，信號傳輸時，總相移隨角頻率而變化的速度，亦即相位/頻率特性曲線的斜率：

Tg=

在測試中用較小頻率間隔HUf代替df，測試相應的相位差HU%odeg ：

Tg=

在變頻被測件中，其輸入與輸出端口的相位關(guān)系不能直接測量，因為這兩個頻率并不相等。同時，其相位特性不僅僅與其自身相關(guān)，還受本振源相位的影響。

因此，混頻器相位和群時延的測試是使用所謂的參考混頻器技術(shù)。但是，當被測件的本振不能接入或接出時群時延測量就不能使用參考混頻器技術(shù)，在以往一般采用“本振重建”技術(shù)。該方法是使用外部信號源或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀第二個源作為參考混頻器的本振，然后通過控制信號源的頻率，直到中頻的相位相對于時間的漂移很小。這一技術(shù)具有很多缺點，如動態(tài)范圍和測量精度惡化、被測件本振不穩(wěn)定時測量結(jié)果不穩(wěn)定、測量速度低、當測量多級變頻模塊時更會出現(xiàn)不可預測的問題等。因此，采用雙音法激勵被測設(shè)備，測量被測設(shè)備的群時延，很好的克服了以往技術(shù)所存在的問題。

1.2雙音法測試原理

在新的測試方法中，采用雙音信號激勵被測件。在輸入和輸出端分別測試雙音信號的相位差，取其差值就得到DUT產(chǎn)生的相位偏移，從而獲得群時延%mg，而DUT中的內(nèi)置本振的相位%oLO不會影響群時延的測試結(jié)果。除了群時延，可以通過對群時延的積分計算其相對相位特性。

1.3校準原理及過程

測試之前需要采用已知參量的混頻器作校準，即可測量出絕對群時延。如果需要測量相對群時延，則可以采用一個“理想混頻器”（具有現(xiàn)行相位和平坦的群時延的混頻器）用作校準。參考混頻器的選擇要求：工作頻率等于或覆蓋被測設(shè)備的測量頻率范圍，損耗盡量低，駐波盡量好，無需互易特性。

對于用作參考的混頻器的絕對群時延值，可以由混頻器廠家給出，也可由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量，在校準時將測量結(jié)果文件導入到儀器中；對于群時延值相對參考混頻器很大（不在一個量級）的被測設(shè)備可以在校準時近似 采用一個模糊的常數(shù)值代替。測量結(jié)果的誤差將會是參考混頻器群時延真實值與該模糊常數(shù)值的差。

在實際測量應用中，為了消除鏡像頻率對測量結(jié)果的影響，通常在被測設(shè)備的輸出端加入濾波器（根據(jù)需要可選擇低通濾波，高通濾波或帶通濾波）。而為了改善參考混頻器 與被測件之間的匹配狀態(tài)，可以在參考混頻器和被測設(shè)備的輸入和輸出端分別接入3～6dB的匹配衰減器。

2系統(tǒng)設(shè)置

2.1測試系統(tǒng)連接

測試系統(tǒng)的基本連接請參見下圖。

圖 1雙音法測試系統(tǒng)連接圖

2.2測試系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)核心是配備了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。同時校準過程需要根據(jù)被測設(shè)備的實際工作情況選用相應的信號發(fā)生器提供本振信號以及已知參量的混頻器。

圖2 掃頻模式下頻率設(shè)置

3測試實例及測量結(jié)果

3.1測試實例

本測試實例選用4端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，ZVA8作為測試儀器，信號分析儀（FSQ26）作為內(nèi)嵌本振的多級變頻被測設(shè)備，測量R&SFSQ26射頻輸入到中頻輸出間的群時延值。

考慮到內(nèi)嵌本振多級變頻設(shè)備舉例的一般適用性，本實例采用信號分析儀（FSQ26）作為被測設(shè)備來舉例。信號分析儀（FSQ26）為內(nèi)嵌本振的多級變頻設(shè)備，內(nèi)部采用本振根據(jù)射頻輸入掃頻、中頻固定的工作方式。儀器后面板有兩個中頻輸出口（BNC），分別為IF OUT1（404.4 MHz）和IF OUT2（20.4 MHz）。本實例采用了掃頻測量模式，對FSQ26射頻輸入和中頻輸出之間的群時延進行了測試，并且記錄了測試的重要步驟和測試結(jié)果，對于內(nèi)嵌本振的變頻模塊群時延測量具有普遍的適用性。依據(jù)本實例，可以廣泛的指導內(nèi)嵌本振多級變頻模塊的群時延的測試。說明該方案是進行內(nèi)嵌本振的多級變頻設(shè)備群時延測試的良好解決方案。

3.2測量結(jié)果

3.2.1 測量儀器設(shè)置

本測試實例中頻率設(shè)置RF Frequency為Sweep；LO Frequency為Fixed；IF Frequency 為Auto；Start Frequency和Stop Frequency的設(shè)置根據(jù)被測設(shè)備的RBW值改變，太寬 不利于準確的查看測試結(jié)果；太窄則不能完全顯示測試結(jié)果。本測試實例中采用RF中心 頻率為5 GHz。

3.2.2 IF OUT1時延測試結(jié)果

改變被測設(shè)備的RBW，IF OUT1時延測量結(jié)果如下圖3所示：

圖3 RBW 50 MHz（Aperture 8 MHz）Figure 5RBW 20 MHz（Aperture 4 MHz）

4結(jié)論

本文采用雙音法，通過掃頻測量方式，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對被測設(shè)備（本例為信號分析儀R&SFSQ26）的RF輸入（RF IN）到IF輸出（IF OUT1與IF OUT2）之間的群時延進行了詳細的測試，測試結(jié)果真實的反映了被測設(shè)備的群時延值。證明雙音法能夠準確的測試內(nèi)嵌本振的多級變頻設(shè)備的群時延。

本方法嚴格按照群時延的定義，在已知頻率差的情況下測量相位差。本文的測試過程，可對內(nèi)嵌本振的多級變頻設(shè)備的群時延測試提供一定的指導意義，具有普遍的可操作性和適用性。