變頻群時延測試解決方案的探討

葛久志

摘 要 在衛星通信鏈路、雷達收發鏈路和收發信機的研發、設計及測量中普遍會遇到內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絡分析儀進行內嵌本振的多級變頻被測設備群時延測試的解決方案。

關鍵詞 多級變頻通道 矢量網絡分析儀 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、衛星等系統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鍵參數。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或網絡傳播時，系統或網絡對信號整體產生的時延。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，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。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，在以往一般采用“本振重建”技術。該方法是使用外部信號源或矢量網絡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。這一技術具有很多缺點，如動態范圍和測量精度惡化、被測件本振不穩定時測量結果不穩定、測量速度低、當測量多級變頻模塊時更會出現不可預測的問題等。因此，采用雙音法激勵被測設備，測量被測設備的群時延，很好的克服了以往技術所存在的問題。

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產生的相位偏移，從而獲得群時延%mg，而DUT中的內置本振的相位%oLO不會影響群時延的測試結果。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，也可由矢量網絡分析儀測量，在校準時將測量結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）的被測設備可以在校準時近似 采用一個模糊的常數值代替。測量結果的誤差將會是參考混頻器群時延真實值與該模糊常數值的差。

在實際測量應用中，為了消除鏡像頻率對測量結果的影響，通常在被測設備的輸出端加入濾波器（根據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，可以在參考混頻器和被測設備的輸入和輸出端分別接入3～6dB的匹配衰減器。

2系統設置

2.1測試系統連接

測試系統的基本連接請參見下圖。

圖 1雙音法測試系統連接圖

2.2測試系統硬件組成

本系統核心是配備了矢量網絡分析儀。同時校準過程需要根據被測設備的實際工作情況選用相應的信號發生器提供本振信號以及已知參量的混頻器。

圖2 掃頻模式下頻率設置

3測試實例及測量結果

3.1測試實例

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

考慮到內嵌本振多級變頻設備舉例的一般適用性，本實例采用信號分析儀（FSQ26）作為被測設備來舉例。信號分析儀（FSQ26）為內嵌本振的多級變頻設備，內部采用本振根據射頻輸入掃頻、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果，對于內嵌本振的變頻模塊群時延測量具有普遍的適用性。依據本實例，可以廣泛的指導內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嵌本振的多級變頻設備群時延測試的良好解決方案。

3.2測量結果

3.2.1 測量儀器設置

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

3.2.2 IF OUT1時延測試結果

改變被測設備的RBW，IF OUT1時延測量結果如下圖3所示：

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

4結論

本文采用雙音法，通過掃頻測量方式，利用矢量網絡分析儀對被測設備（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，測試結果真實的反映了被測設備的群時延值。證明雙音法能夠準確的測試內嵌本振的多級變頻設備的群時延。

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，可對內嵌本振的多級變頻設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。