[发明专利]一种射频信号到达时间差的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于测试测量技术领域中的无线电微波测量技术，具体涉及一种射频信号到达时间差的测量方法及装置。

背景技术

在无线电测试测量领域中，最主要的测量参数就是频率，功率和相位。传统的方法对于频率功率测量都比较成熟，而信号的相位由于变化快，受环境影响的因素比较多，往往不易测量。而另一方面，随着现代通信的发展，相位误差影响到整个系统，因此相位测量占据了越来越显得重要。

传统微波测量方法，都必须借助混频器将高频的信号变频道低频进行测量，不仅设备复杂，包括了混频器，本振信号源以及数采模块等设备，而且会引入诸如多个本振之间的相位误差等额外不确定因素，从而增加了测量的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信号驻波测量，多信道同步采集的射频信号到达时间差的测量方法及装置。

本发明利用2个天线接收到的信号在传输线内形成驻波，测量驻波的波节长度与位置，从而计算出输入信号的频率与相位差。根据物理学原理，两个同频的无线电波，能够在传输线中形成干涉现象，在某些特定位置，振幅加强(称为波峰或波谷)，在某些特定位置，振幅减弱(称为波节)。波节与波节之间的距离取决于信号电波的频率，而波节在传输线中的绝对位置取决于输入信号的相位差。通过测量传输线每个位置的信号变化，就可以计算出输入信号的频率与相位差。

本发明提出的射频信号到达时间差的测量方法，具体步骤如下：

(1)在传输线上顺序取n个点，相邻的两个点之间的间隔不能完全相同；

(2)接收天线A和接收天线B将信号分别传送至传输线，信号在传输线中形成驻波；

(3)触发同步电路根据预先设定，测量向信号采集点阵发出的触发信号，信号采集点阵收到触发信号后进行采集，当第一个触发信号产生时，n个信号采集点阵同时对传输线上的n个位置的信号幅度进行采集，得到每个位置上的电平，完成一次采集；

(4)触发同步电路再次发出下一次触发信号，信号采集点阵进行第二次采集，得到第二个时刻每个位置上的电平；周而复始，完成对驻波信号的同步连续测量；

(5)采集完成，将信号采集点阵上所有的采样数据汇总到计算机进行频率和相位的计算，从而获得输入天线A和输入天线B的相位差，通过计算判断输入信号的发射方向；

其中：驻波计算频率和相位差的方法如下：

在整个采集过程中，令X_i (i=0,1,2,…,n-1)为传输线中不同采集点所在的位置。对于每个采集点X_i，其在t时刻进行采样获得的信号电平为Y_i(t)，通过计算得到该位置上的振幅A_i；

。

其中：Y_i(t)为传输线上采集到的信号电平， A_i是X_i位置上的振幅，t是采集的时间。

通过将测量得到的A_i和X_i拟合出驻波振幅曲线，得到传输线上任意一点的振幅A(x)。

，

其中：A₁是输入天线A接收到的信号幅度，A₂是输入天线B接收到的信号幅度，λ_g为信号在传输线中的波长，为信号到达输入天线A和输入天线B的相位差；

驻波振幅曲线上的每一点振幅表明该点的振动情况，振幅大的点就是波峰，振幅小的点就是波谷。通过判断波峰和波谷的相对位置，就可以计算出信号的波长，频率以及到达时间差信息；

以传输线为X轴，并使得X轴的零点满足到达天线A和天线B的信号时间差相等。在理想情况下，X轴零点就是传输线的中点。对于实际情况，可以向天线A和天线B同时输入一个相同的校准信号，传输线中振幅最大点即为传输线的零点。

当输入天线A和输入天线B的信号相位相同时，X轴零点(r)就是一个波峰(波谷)，其左右相邻的两侧，各有一个波节点p，q，满足：

X_r = 0，X_q = - X_p > 0。

当输入天线A和输入天线B的信号相位不同时，上述波峰(波谷)r，波节p和q的位置会发生平移，平移距离(ΔL)为：

ΔL=X_r – 0 = ( X_q + X_p ) / 2。    (1)