[发明专利]一种基于中频检波的矢量网络分析仪功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于中频检波的矢量网络分析仪功率控制方法。

背景技术

矢量网络分析仪在射频、微波毫米波测试领域的重要性有目共睹。其中一个典型应用就是对种类繁多的放大器的指标测试，如在测量高精度放大器的压缩点时，希望测试仪器输出的源功率精度尽量高；在测量高增益高功率微波放大器时，希望测试仪器的源功率具有较宽的功率扫描范围；在脉冲调制信号激励时，希望脉冲功率得到准确的控制。

现有测试仪器的功率控制技术，基本都采用基于内部源端口进行宽带检波的自动电平控制(ALC)技术，由于采用直接从源端口进行宽带检波，随着带宽的增加，噪声功率随之增加，精度明显下降，尤其是在小信号状态下，功率精度的恶化更加严重。此外，脉冲源的应用越来越广泛，比如脉冲雷达，基于时域反射技术的电缆分布特性测试等都需要发射脉冲信号，而脉冲信号的稳幅，一直以来也是一个难题。

传统的自动电平控制原理框图如图1所示。在源输出端由功分器分出一路信号进行检波，为增大对功率的控制范围，将检波信号进行对数放大。参考电平由D/A输出，用于实现主机对功率的设置。参考电平与对数放大的输出电压进行积分，最终反馈到源通路上的电调衰减器上，这样组成一个负反馈环路，实现源功率的自动稳幅和控制。

为了保证源输出的绝对功率准确度，最后用功率计对端口功率进行校准。要想获得较高的功率平坦度，需要校准更多的点数，但是校准点数越多，所花费的时间也越长。如果源输出为脉冲状态时，从频域上看，宽带检波是针对脉冲的所有频率成分，而不只针对脉内的载波功率，从时域上看，检波输出会有针对脉冲开关的越变，很难使功率稳定在由参考电平设定的功率上。传统的脉冲功率控制方法为开环后用软件补偿的办法，即将图1中开关断开，将环路设置成开环状态，用功率计对端口输出功率进行校准，校准过程中不断调整参考电平，直到端口功率达到所要设定的功率值，将校准数据保存。这种方式无法保证未校准频点或功率点的精度，由于校准时间较慢，通常我们只校准少数测试点，这样，脉冲状态下的功率精度无法保证。

现有的功率控制技术由于采用直接从微波信号源的输出端口进行宽带检波，噪声必然随带宽增加而增加，并且很容易受信号源谐杂波的影响。这直接影响到源功率的准确度，线性度，功率扫描范围等指标。并且对于某些大功率器件的测试，当网络分析仪外需要增加额外的驱动放大器时，此时外加放大器输出的功率精度将更难以保证。另外，这种稳幅方式无法实现脉冲状态下的自动稳幅。

发明内容

针对上述缺点，本发明充分利用矢量网络分析仪的特点，即矢量网络分析仪包含激励源和接收机两部分，且激励源和接收机本振源的频率偏差始终不变，提出了一种基于中频检波的功率控制方法，由于矢量网络分析仪中频频率固定，并且很低，一般为几MHz，所以可以将窄带中频检波器用于控制宽带微波信号源功率上，并且可以通过中频滤波提取脉冲源的载波，实现脉冲状态下闭环的自动稳幅。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

激励源通过耦合器分成两路，一路作为测试信号经过耦合器通过端口输出，另一路作为参考信号，与本振源进行混频，输出的中频信号再分成两路，一路进入接收机进行网络参数计算，另一路经带通滤波，中频检波、对数放大后，与控制电压进行积分，积分器的输出反馈至激励源中的可变衰减器，这样，激励源和中频之间组成一个闭环自动电平控制链路。

利用矢量网络分析仪自身的特点，即矢量网络分析仪的激励源和本振源始终以中频的频率偏差同步扫描。中频功率和激励源功率成线性关系，这样，就可以用中频检波替代直接源端口宽带检波的方式。由于中频为固定的点频，并且频率较低，所以可以通过带通滤波器滤波后进行窄带检波，降低噪声功率，提高了信噪比，并且可以减小带通滤波器带外的谐杂波对检波的影响。

为了保证端口功率的绝对精度，用功率计对端口功率进行校准。由于矢量网络分析仪的中频较低，且为固定频率，所以很容易设计带通滤波器将中频滤波。这样，加到检波器上的噪声更小，对功率控制精度更高，且可以实现更小信号的检波处理，增加功率扫描范围。并且有专门针对中频的高性能对数放大器，可以大大简化电路设计。

当激励源输出为脉冲状态时，要实现对脉内载波的稳幅，需要获得载波功率。当激励源与本振源混频后，载频被降到了较低的中频，通过带通滤波器便可得到载波的中频，相对来说，中频滤波器更容易设计，并且当脉冲频率越高，脉冲频谱的谱线之间的间隔越大，带通滤波效果越好，最终稳幅效果越好。用这种方式，脉冲稳幅可以同连续波稳幅采用相同的闭环的方式，提高带内功率平坦度。