基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁波能量的測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各種先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)在諸如寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)中的廣泛采用，為了降低系統(tǒng)的誤碼率，設(shè)計人員不僅需要關(guān)心整個射頻收發(fā)系統(tǒng)的幅頻特性，同時也要求對其相頻特性進(jìn)行測量。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種通用的微波毫米波測量儀器，對于射頻收發(fā)系統(tǒng)中廣泛使用的如放大器、濾波器、雙工器等輸入輸出頻率相同的所謂同頻部件，可以實(shí)現(xiàn)對其幅頻和相頻矢量特性的精確測量。
[0003]傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主要進(jìn)行小信號線性測量，對激勵信號源功率指標(biāo)要求相對較低?，F(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功能越來越多，開始由線性向非線性測量過渡，非線性特性和功率相關(guān)，所以現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的非線性測試功能對功率指標(biāo)提出了更高的要求。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀從硬件上主要分為信號源和接收機(jī)兩大部分，所以在源功率控制方面?zhèn)鹘y(tǒng)的做法是采用合成信號源中廣泛使用的自動電平控制(ALC)技術(shù)來對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率進(jìn)行控制。
[0004]傳統(tǒng)的自動電平控制原理框圖如圖1所示。在源輸出端由功分器分出一路信號進(jìn)行檢波，為增大對功率的控制范圍，將檢波信號進(jìn)行對數(shù)放大。參考電平由D/A輸出，用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)對功率的設(shè)置。參考電平與對數(shù)放大的輸出電壓進(jìn)行比較并且對比較誤差進(jìn)行積分，最終反饋到源通路中的電調(diào)衰減器上，這樣組成一個負(fù)反饋環(huán)路，實(shí)現(xiàn)源功率的自動穩(wěn)幅和控制。
[0005]申請?zhí)枮?01210252024.7的發(fā)明專利申請?zhí)岢隽艘环N基于中頻檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制方案，如圖2所示。
[0006]此方案利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的激勵信號源Source和接收機(jī)本振源LO始終保持固定的中頻進(jìn)行同步掃描的特點(diǎn)，通過在中頻進(jìn)行檢波實(shí)現(xiàn)對激勵信號源功率的自動控制。由于中頻檢波帶寬較窄，從而提高了檢波信噪比，增大了功率穩(wěn)幅范圍和功率準(zhǔn)確度。
[0007]由于這兩種方案完全用模擬電路來實(shí)現(xiàn)，模擬電路帶寬相對較寬，噪聲較大導(dǎo)致功率控制精度相對較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)及方法，通過數(shù)字接收通路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)方案中的檢波器及對數(shù)放大電路，組成一個數(shù)模混合ALC環(huán)路對功率進(jìn)行控制，進(jìn)而提高檢波靈敏度及檢波準(zhǔn)確度，達(dá)到提高功率穩(wěn)幅范圍和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射端口功率控制精度的目的。為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)，包括:
[0009]激勵信號源、衰減器、第一耦合器、第二耦合器、混頻器、本振源、功率放大器、帶通濾波器、測試通道、參考通道、CPU以及驅(qū)動放大器；
[0010]其中，所述激勵信號源通過所述衰減器與所述第一耦合器的輸入端連接；
[0011]所述第一親合器的第一輸出端與所述第二親合器的輸入端連接，其第二輸出端與所述混頻器的第一輸入端連接；
[0012]所述混頻器的第二輸入端與所述本振源連接，其輸出端通過所述功率放大器與所述帶通濾波器連接；
[0013]所述帶通濾波器通過所述參考通道與所述及CPU的第一輸入端連接；
[0014]所述第二耦合器的第一輸出端與輸出端口連接，所述第二耦合器的第二輸出端通過所述測試通道與所述CPU的第二輸入端連接；
[0015]所述CPU的輸出端通過所述驅(qū)動放大器與所述衰減器連接。
[0016]進(jìn)一步的，所述參考通道包括:相互連接的第一高速A/D轉(zhuǎn)換器以及第一高速數(shù)字信號處理器DSP ;其中，所述第一高速A/D轉(zhuǎn)換器與所述帶通濾波器連接，所述第一高速DSP與所述CPU的第一輸入端連接；
[0017]所述測試通道包括:相互連接的第二高速A/D轉(zhuǎn)換器以及第二高速DSP ;其中，所述第二高速A/D轉(zhuǎn)換器與所述第二耦合器的第二輸出端連接，所述第二高速DSP與所述CPU的第二輸入端連接。
[0018]另一方面，本發(fā)明提供了一種基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制方法，包括:
[0019]激勵信號源產(chǎn)生的激勵信號，通過第一耦合器耦合器分為測試信號和參考信號；
[0020]所述測試信號經(jīng)過第二耦合器后通過輸出端口輸出；
[0021]該第二耦合器將反射信號經(jīng)測試通道進(jìn)行采樣和計算處理完成檢波后，發(fā)送至CPU ；
[0022]所述參考信號與本振源產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，生成中頻信號；該中頻信號經(jīng)放大及帶通濾波后，由參考通道進(jìn)行采樣和計算處理完成檢波后，發(fā)送至CPU ;
[0023]所述CPU根據(jù)處理后的參考信號以及處理后的反射信號，生成反饋信號，并將該反饋信號發(fā)送至驅(qū)動放大器，以使該驅(qū)動放大器驅(qū)動衰減器改變衰減量，實(shí)現(xiàn)對所述激勵信號的功率的自動控制。
[0024]進(jìn)一步的，所述測試通道對所述反射信號進(jìn)行采樣和計算處理，具體為:
[0025]通過第二高速A/D轉(zhuǎn)換器對所述反射信號進(jìn)行采樣，通過第二高速DSP對采樣后的反射信號進(jìn)行計算處理；
[0026]所述參考通道對所述中頻信號進(jìn)行采樣和計算處理，具體為:
[0027]通過第一高速A/D轉(zhuǎn)換器對所述中頻信號進(jìn)行采樣，通過第一高速DSP對采樣后的中頻信號進(jìn)行計算處理。
[0028]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0029]上述技術(shù)方案采用數(shù)字檢波及處理的方式，通過數(shù)字信號處理技術(shù)幾乎能夠設(shè)計任意帶寬的數(shù)字濾波器，從而提高檢波的信噪比，達(dá)到提高功率掃描范圍的目的。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀數(shù)字檢波鏈路線性度極高，提高了功率控制準(zhǔn)確度。采用數(shù)字檢波及處理的功率控制方法，不需要設(shè)計微波檢波器及對數(shù)放大器等電路，簡化了環(huán)路硬件設(shè)計，由于對中頻進(jìn)行檢波，不受信號源頻率范圍的限制，因此只要中頻不變，同一套穩(wěn)幅系統(tǒng)可以應(yīng)用于不同頻率范圍的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率控制。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的自動電平控制原理框圖；
[0032]圖2是現(xiàn)有技術(shù)基于中頻檢波的功率控制原理框圖；
[0033]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的基于高速數(shù)字檢波的網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)原理框圖；
[0034]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是微波毫米波器件和設(shè)備性能測試領(lǐng)域不可或缺的測量儀器。隨著微波毫米波技術(shù)的迅速發(fā)展，對測試儀器的性能指標(biāo)要求越來越高。比如在高精度接收機(jī)所使用的混頻器和放大器的壓縮點(diǎn)測試中，測量IdB壓縮點(diǎn)已經(jīng)不能滿足要求，希望測量0.1dB甚至更高精度的壓縮點(diǎn)，高精度壓縮點(diǎn)的測量只有在激勵源功率精度高的條件下才能進(jìn)行。放大器測試中，有時需要測試多級級聯(lián)放大器的增益及壓縮點(diǎn)，這時對功率掃描范圍也提出了更高的要求?，F(xiàn)有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制技術(shù)都是直接采用合成信號源的功率控制技術(shù)，完全用模擬電路實(shí)現(xiàn)功率控制，模擬電路一般帶寬相對比較寬，精度相對較低，目前國內(nèi)外矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率掃描范圍指標(biāo)小于50dB，功率控制精度在± IdB以內(nèi)。難以實(shí)現(xiàn)0.1dB壓縮點(diǎn)測試等要求。
[0037]基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種基于高速數(shù)字檢波的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)及方法，以解決提高微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率控制精度及功率掃描范圍的瓶頸，實(shí)現(xiàn)大幅提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射端口功率準(zhǔn)確度和功率掃描范圍指標(biāo)，便于實(shí)現(xiàn)0.1dB以上的高精度壓縮點(diǎn)測試。
[0038]實(shí)施例一
[0039]如圖3所示，為本實(shí)施例基于高速數(shù)字檢波的網(wǎng)絡(luò)分析儀功率控制系統(tǒng)的原理框圖，包括:
[0040]激勵信號源101、衰減器102、第一親合器103、第二親合器104、混頻器105、本振源106、功率放大器107、帶通濾波器108、測試通道109、參考通道110、CPUlll以及驅(qū)動放大器112 ；
[0041]其中，所述激勵信號源101通過所述衰減器102與所述第一耦合器103的輸入端連接；
[0042]所述第一親合器103的第一輸出端與所述第二親合器104的輸入端連接，其第二輸出端與所述105混頻器的第一輸入端連接；
[0043]所述混頻器105的第二輸入端與所述本振源106連接，其輸出端通過所述功率放