一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法技術

一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法，步驟為：(1)選取一臺PNA?X系列的矢量網絡分析儀和一臺帶有矢量網絡分析儀測試通路的開關矩陣作為測試設備；(2)對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準；(3)利用矢量網絡分析儀分別對系統上行測試通路和下行測試通路進行校準；(4)將矢量網絡分析儀與開關矩陣、待測轉發器進行連接，構建測試通路；(5)在矢量網絡分析儀中進行相關參數的設置，由矢量網絡分析儀自控完成掃頻模式下的幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，并同時繪制出對應的信號跡線；(7)提取三種測試項目的測量結果數據，并分別扣除測試通路的插損和時延，獲得最終被測轉發器的通道頻率響應測試結果。

【技術實現步驟摘要】
一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法
本專利技術屬于通信衛星測試領域，涉及一種通信衛星轉發器通道頻率響應特性的測試方法，特別適用于通信衛星上波束及通路數較多、交鏈組合復雜的大規模轉發器，可以在保證極高測試精度的前提下，大幅提升測試效率。
技術介紹
隨著通信衛星平臺的不斷發展，以及用戶對通信容量需求的不斷提高，通信衛星有效載荷中的天線波束和轉發器路數越來越多，不同波束間的交鏈也越來越復雜，多波束和相控陣技術層出不窮，射頻測試任務量比起以往有了顯著增加，載荷測試效率已經成為通信衛星研制過程中的瓶頸環節。其中，轉發器射頻通道頻響類測試項目在整星各階段的電測過程中占比極大，綜合反映了轉發器對業務信號的失真影響。轉發器通道頻響類測試項目一般包括通道幅頻特性、通道群時延特性以及帶外抑制特性。幅頻特性，即增益頻率特性，是指當轉發器受到不同頻率恒定幅度的信號照射時，轉發的下行信號幅度隨頻率變化的情況；群時延特性，即轉發器相頻特性的導數，表示信號的色散失真；帶外抑制特性，是指本通道對其通帶外信號的抑制能力。目前，幅頻特性和帶外抑制特性，是根據轉發器輸入功率的回退要求，在固定轉發器輸入電平不變的前提下，按照技術文件要求的頻率步進和測量頻率范圍，改變信號源輸入轉發器的信號頻率，同時，利用頻譜儀測量對應頻點轉發器輸出信號的功率。整個測試過程中，用功率計實時監視轉發器上下行功率。最后，根據多個測量頻點處的轉發器增益(轉發器輸出電平與輸入電平之差)，計算得出轉發器的幅頻特性(包括增益平坦度和增益斜率)和帶外抑制特性，并繪制曲線，測試原理如圖1所示。群時延特性采用調制法測量，即信號源產生基帶FM調制信號，一路直接輸入示波器，一路在信號源內部對載波進行調制后輸出至開關矩陣，并進入轉發器，經轉發器轉發后，利用頻譜儀下變頻，并輸入示波器。示波器對兩路信號同時進行采樣，采樣后的數字信號經過解調、比相，得到兩路相差，計算得出群時延特性，并繪制曲線，測試原理如圖2所示。以上所述方法在實際工程測試中，具有一定的局限性：(1)系統由一臺信號源、一臺功率計(兩個功率計探頭)、一臺頻譜儀、一臺示波器及一臺開關矩陣組成，測試硬件系統體積大、功耗大、成本高、集成度低，儀器設備之間的射頻和低頻連接較多，狀態復雜，整體可控性較差。此外，由于整星各電測階段需要頻繁在不同測試場所之間轉運測試設備和重新搭建系統，因此繁多的儀器設備和復雜的系統使得轉場和聯調工作量大，需耗費大量人力和時間成本；(2)測試過程中，系統需要人為按照先后時序控制信號源、頻譜儀、示波器等儀器實現信號的發送和接收。為保證每一步操作都能被測試設備準確無遺漏地執行，需要在每一條操作指令之間插入時間延遲(通常為0.5s～2s)，測試設備之間完全獨立，測試過程不存在任何意義的硬件同步，因此測試效率較低，且由于測試過程中人為操作過多，導致風險控制度不夠；(3)在測前校準時，需要逐個頻點進行測試鏈路插損標校。在測試實施時，需要以固定頻率步進的方式，逐個頻點進行測試，且在每一個頻點處都需要利用頻譜儀重新精搜頻率并測量功率，測試結果還需手動扣除該頻點的測試鏈路插損值，才能得出真實的轉發器增益。在轉發器通道帶寬較寬，測試要求擴展帶寬較寬、頻率步進較小時，單路轉發器的測試點數就會非常多，因此多路大規模轉發器的測試效率極低，甚至會影響整星的研制進度；(4)系統在幅頻特性和帶外抑制特性的測試過程中，僅對轉發器上下行信號進行了功率監視，并未考慮儀器間連接失配問題以及測試儀器自身的非理想頻響問題，并且利用頻譜儀測量單點功率本身就存在較高的不確定度。在群時延特性的測試過程中也并未考慮測試鏈路本身所帶來的相頻特性誤差，因此系統的測量精度不夠；(5)系統利用調制法完成群時延特性的測試，還需要專門在上位機軟件中實現較復雜的數字信號處理算法，因此系統功能具有一定開發、實現和調試難度，測試系統整體魯棒性不強。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于矢量網絡分析儀的轉發器通道頻率響應測試方法，利用矢量網絡分析儀的收發共用硬件平臺，設計了測試鏈路分段快速校準方案和多項目并行同步掃頻測試方案，完成對衛星轉發器分系統的幅頻特性、群時延特性、帶外抑制特性等通道頻響類項目的高效高精度測試，可以顯著提高通信衛星轉發器系統通道頻率響應類項目的測試效率、測試精度、測試系統集成度、測試實施便捷性和測試自動化程度，尤其對于大規模多通道轉發器而言，可以大幅縮減測試成本。本專利技術的技術解決方案是：一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法，包括如下步驟：(1)選取一臺帶有ScalarMixer/Converter+Phase模式矢量網絡分析儀和一臺帶有矢量網絡分析儀測試通路的開關矩陣作為測試設備；所述的矢量網絡分析儀測試通路包括上行和下行，上行的輸入端口標記為矢網A口，該端口直接連接至開關矩陣內部的上行波束端口的輸入，上行的輸出端口為所述上行波束端口的輸出；下行的輸入端口為開關矩陣內部的下行波束端口的輸入，下行的輸出端口標記為矢網B口，該端口為開關矩陣內部的多選一射頻開關的一路可選輸出；(2)對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準，并將校準完成后的測試通道存儲為矢量網絡分析儀內部的.csa文件；(3)利用矢量網絡分析儀對包括開關矩陣測試通路和星地測試電纜在內的上行鏈路和下行鏈路進行校準，得到上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延；(4)將矢量網絡分析儀的PORT1連接至開關矩陣的矢網A口，將矢量網絡分析儀的PORT2連接至矢網B口，將上行星地測試電纜兩端分別連至待測轉發器的輸入測試耦合器直通輸入口和開關矩陣的一個上行波束端口，將下行星地測試電纜的兩端分別連至待測轉發器的輸出測試耦合器耦合口和開關矩陣的一個下行波束端口；在待測轉發器的直通輸出口連接吸收負載，在開關矩陣的頻譜儀端口端接匹配負載；(5)在矢量網絡分析儀中調用已存儲的.csa校準環境，然后根據當前待測轉發器通路的相關參數，在<Freq→MixerSetup→MixerFrequency>中設置矢量網絡分析儀內部的掃頻范圍，具體包括上下行起始頻率、上下行終止頻率、轉換頻率；設置矢量網絡分析儀的中頻帶寬；在<Freq→MixerSetup→Power>中設置矢量網絡分析儀輸出電平；(6)在矢量網絡分析儀測試通道中建立三個測試軌跡，分別對應幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，然后開啟嵌入式本振跟蹤模式，打開矢量網絡分析儀PORT1射頻功率輸出，由矢量網絡分析儀自控完成掃頻模式下的幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，并同時繪制出對應的信號跡線；(7)提取三種測試項目的測量結果數據，并分別扣除步驟(3)中得出的上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延，獲得最終被測轉發器的通道頻率響應測試結果。所述步驟(2)中對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準的方法為：將功率計后面板的GPIB口和矢量網絡分析儀后面板的GPIB(0)Controller口相連接，利用矢量網絡分析儀控制功率計完成功率采集和校準；接著將電子校準件的USB接口連接矢量網絡分析儀前面板的USB接口，在矢量網絡分析儀中建立測量通道，在<Measurem本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法，其特征在于包括如下步驟：(1)選取一臺帶有Scalar?Mixer/Converter+Phase模式矢量網絡分析儀和一臺帶有矢量網絡分析儀測試通路的開關矩陣作為測試設備；所述的矢量網絡分析儀測試通路包括上行和下行，上行的輸入端口標記為矢網A口，該端口直接連接至開關矩陣內部的上行波束端口的輸入，上行的輸出端口為所述上行波束端口的輸出；下行的輸入端口為開關矩陣內部的下行波束端口的輸入，下行的輸出端口標記為矢網B口，該端口為開關矩陣內部的多選一射頻開關的一路可選輸出；(2)對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準，并將校準完成后的測試通道存儲為矢量網絡分析儀內部的.csa文件；(3)利用矢量網絡分析儀對包括開關矩陣測試通路和星地測試電纜在內的上行鏈路和下行鏈路進行校準，得到上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延；(4)將矢量網絡分析儀的PORT1連接至開關矩陣的矢網A口，將矢量網絡分析儀的PORT2連接至矢網B口，將上行星地測試電纜兩端分別連至待測轉發器的輸入測試耦合器直通輸入口和開關矩陣的一個上行波束端口，將下行星地測試電纜的兩端分別連至待測轉發器的輸出測試耦合器耦合口和開關矩陣的一個下行波束端口；在待測轉發器的直通輸出口連接吸收負載，在開關矩陣的頻譜儀端口端接匹配負載；(5)在矢量網絡分析儀中調用已存儲的.csa校準環境，然后根據當前待測轉發器通路的相關參數，在<Freq→Mixer?Setup→Mixer?Frequency>中設置矢量網絡分析儀內部的掃頻范圍，具體包括上下行起始頻率、上下行終止頻率、轉換頻率；設置矢量網絡分析儀的中頻帶寬；在<Freq→Mixer?Setup→Power>中設置矢量網絡分析儀輸出電平；(6)在矢量網絡分析儀測試通道中建立三個測試軌跡，分別對應幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，然后開啟嵌入式本振跟蹤模式，打開矢量網絡分析儀PORT1射頻功率輸出，由矢量網絡分析儀自控完成掃頻模式下的幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，并同時繪制出對應的信號跡線；(7)提取三種測試項目的測量結果數據，并分別扣除步驟(3)中得出的上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延，獲得最終被測轉發器的通道頻率響應測試結果。...

【技術特征摘要】
1.一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法，其特征在于包括如下步驟：(1)選取一臺帶有ScalarMixer/Converter+Phase模式矢量網絡分析儀和一臺帶有矢量網絡分析儀測試通路的開關矩陣作為測試設備；所述的矢量網絡分析儀測試通路包括上行和下行，上行的輸入端口標記為矢網A口，該端口直接連接至開關矩陣內部的上行波束端口的輸入，上行的輸出端口為所述上行波束端口的輸出；下行的輸入端口為開關矩陣內部的下行波束端口的輸入，下行的輸出端口標記為矢網B口，該端口為開關矩陣內部的多選一射頻開關的一路可選輸出；(2)對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準，并將校準完成后的測試通道存儲為矢量網絡分析儀內部的.csa文件；(3)利用矢量網絡分析儀對包括開關矩陣測試通路和星地測試電纜在內的上行鏈路和下行鏈路進行校準，得到上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延；(4)將矢量網絡分析儀的PORT1連接至開關矩陣的矢網A口，將矢量網絡分析儀的PORT2連接至矢網B口，將上行星地測試電纜兩端分別連至待測轉發器的輸入測試耦合器直通輸入口和開關矩陣的一個上行波束端口，將下行星地測試電纜的兩端分別連至待測轉發器的輸出測試耦合器耦合口和開關矩陣的一個下行波束端口；在待測轉發器的直通輸出口連接吸收負載，在開關矩陣的頻譜儀端口端接匹配負載；(5)在矢量網絡分析儀中調用已存儲的.csa校準環境，然后根據當前待測轉發器通路的相關參數，在<Freq→MixerSetup→MixerFrequency>中設置矢量網絡分析儀內部的掃頻范圍，具體包括上下行起始頻率、上下行終止頻率、轉換頻率；設置矢量網絡分析儀的中頻帶寬；在<Freq→MixerSetup→Power>中設置矢量網絡分析儀輸出電平；(6)在矢量網絡分析儀測試通道中建立三個測試軌跡，分別對應幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，然后開啟嵌入式本振跟蹤模式，打開矢量網絡分析儀PORT1射頻功率輸出，由矢量網絡分析儀自控完成掃頻模式下的幅頻特性測量、帶外抑制測量和群時延測量，并同時繪制出對應的信號跡線；(7)提取三種測試項目的測量結果數據，并分別扣除步驟(3)中得出的上行測試通路的插損和時延以及下行測試通路的插損和時延，獲得最終被測轉發器的通道頻率響應測試結果。2.根據權利要求1所述的一種基于矢網的轉發器通道頻率響應的測試方法，其特征在于：所述步驟(2)中對矢量網絡分析儀進行頻率掃描自校準的方法為：將功率計后面板的GPIB口和矢量網絡分析儀后面板的GPIB(0)Controller口相連接，利用矢量網絡分析儀控制功率計完成功率采集和校準；接著將電子校準件的USB接口連接矢量網絡分析儀前面板的USB接口，在矢量網絡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊博，侯衛國，謝華，楊冬雪，劉煥生，魏振超，溫潔，周慧，滿梓峰，
申請(專利權)人：中國空間技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11