基于多音激励阶跃恢复二极管脉冲发生器的网络分析仪测
量互调谱线的方法
技术领域
背景技术
[0002] 基于
阶跃恢复二极管脉冲发生器在
正弦波激励下输出的脉冲序列具有显著的频域谐波非线性，可为非线性
矢量网络分析仪（NVNA，Nonlinear Vector Network Analyzer）和LSNA等非线性网络测量平台提供有效的谐波
相位参考
信号。基于阶跃恢复二极管（SRD，Step Recovery Diode)）脉冲发生器的传统相位参考都工作在单音正弦激励下的谐波模式，在保证有效谐波带宽的同时无法提供精细的
频谱分辨率，仅能实现对宽带谐波信号的相位测量，无法满足对窄带调制信号的相位测试需求。
[0003] 目前为止，所有的相位参考设计都是基于谐波方案，均面临着谐波方式中由“最高可利用谐波次数”导致的“带宽与分辨率之间的矛盾”，即在确定带宽的情况下不能无限地提高频谱分辨率。基于单音激励的SRD脉冲发生器的谐波相位参考的频谱分辨率受到SRD物理特性的制约，一方面，单音
激励信号的
频率需要控制在一定范围才能保证理想的阶跃恢复效果。另一方面，激励功率的上限决定了各谐波分量的最大值，相当于限制了可为NVNA利用的最高谐波次数和带宽。因此，对于谱线频率间隔为MHz以下、载波及其谐波频率在百MHz甚至GHz以上的复杂调制信号的测量，基于SRD的NVNA谐波相位参考难以达到要求，无法在各次谐波频点附近提供数量与分辨率均可控制的互调谱线。
发明内容
[0004] 本发明为了解决现有基于单音激励的SRD脉冲发生器的谐波相位参考无法在各次谐波频点附近提供数量与分辨率均可控制的互调谱线的问题。而提供的
基于多音激励阶跃恢复二极管脉冲发生器的网络分析仪测量互调谱线的方法。
[0005] 基于多音激励阶跃恢复二极管脉冲发生器的网络分析仪测量互调谱线的方法，所述测量方法的具体实现步骤为：
[0006] 步骤一、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的信号输出端与非线性矢量网络分析仪的相位参考信号输入端相连；
[0007] 步骤二、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的激励信号输入端与多音激励信号发生器的激励信号输出端相连；
[0008] 步骤三、设置多音激励信号发生器中多音激励的音数n、中心频率f和频率间隔Δf，所述中心频率设置为f的整数倍，设置频率间隔为Δf的整数倍，根据所需测量信号所需分辨率的大小设置频率间隔；
[0009] 步骤四、开启多音激励信号发生器，在基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器上处于包络不同
位置的正弦载波周期均生成一个和当前幅度相对应的窄脉冲，所有窄脉冲周期性排列在一起，具备了不同的频谱成分，在时域上实现了
能量的局部集中，在频域上则完成了能量从基波到各次谐波的转移，进而获得谐波、互调谱线；
[0010] 步骤五、根据所需测量信号的属性设置非线性网络分析仪的测量频点，即起始频率fstart=中心频率-(n-1)÷2×
步进频率，终止频率fstop=中心频率+(n-1)÷2×步进频率；n为n音的调制信号；
[0011] 步骤六、按照基于阶跃恢复二极管脉冲发生器的校准向导进行仪器校准；
[0012] 步骤七、将所需测量信号的n
音调制信号输入非线性网络分析仪的信号测量端口，同时基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器产生的
信号传输到非线性网络分析仪的相位参考信号输入端，相位参考信号的加入在所有测量频点上同时提供连续稳定的互调谱线，所述互调谱线与测量通道相位谱的差值不随时间改变更不受
本振相位的干扰；
[0013] 步骤八、通过将相位参考信号相位连同通道延迟一并补偿后，得到被测通道相位谱的有效测量值。
[0014] 本发明所述测量互调谱线的方法可以在各次谐波频点附近提供数量与分辨率均可控制的互调谱线。基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器在时域上实现了能量的局部集中，而在频域上则相当于完成了能量从基波到各次谐波的转移，主要体现了谐波非线性行为。并由图1，图2对比可知，用多音激励跃恢复二极管的脉冲发生器进一步开发其互调特性，在各次谐波附近提供丰富的高分辨率谱线，随着谐波次数的提高，中心频率附近的谱线数量会逐渐增加，进而解决了非线性网络分析仪窄带调制信号的相位测试需求和在确定带宽的情况下不能无限地提高频谱分辨率的问题，提高了非线性网络分析仪对复杂调制信号的测量功能。
附图说明
[0015] 图1为脉冲发生器单音激励的输入输出的频率幅度
波形；
[0016] 图2为多音激励下的脉冲发生器输入输出的频率幅度波形；
[0017] 图3 10MHz分辨率设置下的时域波形测试效果图；
[0018] 图4 1MHz分辨率设置下的时域波形测试结果效果图；
[0019] 图5为799MHz,800MHz,801MHz三音激励下的基波互调谱线；
[0020] 图6为799MHz,800MHz,801MHz三音激励下的二次谐波谱线；
[0021] 图7为799MHz,800MHz,801MHz三音激励下的三次谐波谱线。
具体实施方式
[0022] 具体实施方式一、本实施方式所述基于多音激励阶跃恢复二极管脉冲发生器的网络分析仪测量互调谱线的方法，所述测量方法的具体实现步骤为：
[0023] 步骤一、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的信号输出端与非线性矢量网络分析仪的相位参考信号输入端相连；
[0024] 步骤二、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的激励信号输入端与多音激励信号发生器的激励信号输出端相连；
[0025] 步骤三、设置多音激励信号发生器中多音激励的音数n、中心频率f和频率间隔Δf，所述中心频率设置为f的整数倍，设置频率间隔为Δf的整数倍，根据所需测量信号所需分辨率的大小设置频率间隔；
[0026] 步骤四、开启多音激励信号发生器，在基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器上处于包络不同位置的正弦载波周期均生成一个和当前幅度相对应的窄脉冲，所有窄脉冲周期性排列在一起，具备了不同的频谱成分，在时域上实现了能量的局部集中，在频域上则完成了能量从基波到各次谐波的转移，进而获得谐波、互调谱线；
[0027] 步骤五、根据所需测量信号的属性设置非线性网络分析仪的测量频点，即起始频率fstart=中心频率-(n-1)÷2×步进频率，终止频率fstop=中心频率+(n-1)÷2×步进频率；n为n音的调制信号；
[0028] 步骤六、按照基于阶跃恢复二极管脉冲发生器的校准向导进行仪器校准；
[0029] 步骤七、将所需测量信号的n音调制信号输入非线性网络分析仪的信号测量端口，同时基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器产生的信号传输到非线性网络分析仪的相位参考信号输入端，相位参考信号的加入在所有测量频点上同时提供连续稳定的互调谱线，所述互调谱线与测量通道相位谱的差值不随时间改变更不受本振相位的干扰；
[0030] 步骤八、通过将相位参考信号相位连同通道延迟一并补偿后，得到被测通道相位谱的有效测量值。
[0031] 具体实施方式二、本实施方式是对具体实施一所述基于多音激励阶跃恢复二极管脉冲发生器的网络分析仪测量互调谱线的方法的进一步说明，在非线性矢量网络分析仪测量一个17音的调制信号，所述中心频率为5GHz，频率间隔为40kHz。进行测量的步骤如下：
[0032] 步骤一、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的信号输出端与非线性矢量网络分析仪的相位参考信号输入端相连；
[0033] 步骤二、基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器的激励信号输入端与多音激励信号发生器的激励信号输出端相连；
[0034] 步骤三、设置多音激励信号发生器中多音激励的音数n、中心频率f和频率间隔Δf，所述中心频率设置为f的整数倍，设置频率间隔为Δf的整数倍，根据所需测量信号所需分辨率的大小设置频率间隔；需要保证5GHz为f的整数倍，40kHz为Δf的整数倍。如n=3，f＝1GHz，Δf＝10kHz，或n=5，f＝500MHz，Δf＝40kHz；
[0035] 步骤四、开启多音激励信号发生器，在基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器上处于包络不同位置的正弦载波周期均生成一个和当前幅度相对应的窄脉冲，所有窄脉冲周期性排列在一起，具备了不同的频谱成分，在时域上实现了能量的局部集中，在频域上则完成了能量从基波到各次谐波的转移，进而获得谐波、互调谱线；步骤五、根据所需测量信号的属性设置非线性网络分析仪的测量频点，即起始频率fstart=中心频率-(n-1)÷2×步进频率，终止频率fstop=中心频率+(n-1)÷2×步进频率；n为n音的调制信号；即起始频率fstart=5GHz-(17-1)÷2×40kHz=4.999680GHz，终止频率fstop=5GHz+(17-1)÷2×40kHz=5.000320GHz，步进fstep=40kHz；
[0036] 步骤六、按照基于阶跃恢复二极管脉冲发生器的校准向导进行仪器校准；
[0037] 步骤七、将所需测量信号的n音调制信号输入非线性网络分析仪的信号测量端口，同时基于阶跃恢复二极管的脉冲发生器产生的信号传输到非线性网络分析仪的相位参考信号输入端，相位参考信号的加入在所有测量频点上同时提供连续稳定的互调谱线，所述互调谱线与测量通道相位谱的差值不随时间改变更不受本振相位的干扰；
[0038] 步骤八、通过将相位参考信号相位连同通道延迟一并补偿后，得到被测通道相位谱的有效测量值。
[0039] 根据上述设置方式分别对分辨率为1MHz，10MHz频率的波形进行测试，如图3，图4所示；在输入包络幅度较高的部分，SRD具有同单音正弦波激励下一样的脉冲生成效果，脉冲的幅度与当前的瞬时激励功率有关；随着输入包络幅度降低，小于SRD脉冲发生对激励功率要求时，相位参考的输出波形的脉冲效果减弱，逐渐成为变包络的正弦波；并由图5、图6、图7的测试结果得出1MHz分辨率设置下，三音激励对应相位参考在谐波频点附近的输出
功率谱。由于NVNA的动态范围极宽，达到85dB甚至超过100dB；随着激励音数的增加，各次谐波中心频率附近的功率谱线会更加平坦，衰落效果也随之减弱，相当于提供了更理想的相位参考谱线。同时，1KHz的分辨率也不是实验采用的相位参考的极限，其至少可以工作在100Hz的频率间隔以下。这一性能是在保证几GHz谐波带宽前提下，当前所有谐波相位参考方案都无法实现的。为了检验互调谱线的相位测量指标，在NVNA
原型样机上采用10KHz分辨率的三音激励SRD脉冲发生器作为相位参考，测试了第二台矢量信号发生器生成的九音信号（10KHz频率间隔，依次扫过各谐波频点）10次重复测量的结果如表1，表2，表3。
[0040] 表1 800MHz基波附近重复测量的相位结果（单位：度）
[0041]
[0042] 表2 800MHz三次谐波附近重复测量的相位结果（单位：度）
[0043]
[0044] 表3 800MHz十次谐波附近重复测量的相位结果（单位：度）
[0045]
[0046] 表1，表2，表3表明；在已经引入信号源和接收机噪声的情况下，该测试条件在各次谐波频点附近的相位测量随机不确定度普遍小于0.3°，低频部分甚至普遍低于0.1°，仅在个别频点上达到最高的0.76°，可以满足NVNA原型样机对相位测量
精度的指标要求。
