微波组件中相位测试的方法.pdf

经常使用网分，但有些功能还是补太清楚，请教高人，如何用网络分析仪测量相位差？或者网分有没有这个功能

这个网站可供参考：微波组件中相位及相位差测试的方法
http://www.rfconnector.com.cn/Auto/2009/11/1112261200912261.html

微波组件中相位测试的方法

摘 要：随着雷达固态发射机的发展和微波部件模块化，功率合成就必不可少，其直接影响到发射机的功率指标和稳定性，目前相位测量法主要有利用脉冲矢量网络分析仪法和利用宽带示波器法，此两种方法各有优缺点，本文验证了利用移相器和混频器法在固态发射组件配相可以取代昂贵的脉冲矢量网络分析仪。移相器和混频器法仅仅利用价格低廉的混频器和移相器就可以达到一般雷达发射组件的相位测试精度要求。
关键词：矢量网络分析仪；移相器；混频器；相位测试

Abstract: With the solid-state radar transmitters and microwave components of the development of modular synthesis of the essential power， and its direct impact on transmitter power and stability of target， the current phase measurement method has to use the main pulse vector network analyzer and the use of broadband Oscilloscopes law， these two methods have advantages and disadvantages， this paper validate the use of phase shifters and mixers in the solid-state components with the launch phase of the pulse can be expensive to replace the vector network analyzer. Phase shifter and mixer method using only low-cost mixers and phase shifters can be achieved on the general components of the launch phase of radar testing accuracy.
     Key word: the Vector Network Analyzer ;Phase shifter; Mixers ; Phase test.
中图分类号：TM933.3+12           文献标识码：A            文章编号：1671-8089（2009）06-0010-03



一、引言
随着固态器件的大规模的应用，在导航、通讯中应用部件功率合成的现象越来越多，特别是在雷达发射机中，一般的固态发射机都是利用若干个功率组件进行功率合成，从而得到较大的输出功率的，而这些单个组件的相位指标不仅影响了合成的效率，而且对整个发射机的可靠性指标都有较大的影响。即使有源相控阵雷达的T/R组件的相位差可以通过移相器来加以补偿，也必须首先测量出其相位值。目前对固态组件相位测试的方法有矢量网络分析仪法、示波器直接测试法等，本文针对这两种测试进行介绍并提出了利用移相器和混频器的新测试相位的方法。
二、三种测试方法
1、矢量网络分析仪测试相位。矢量网络分析仪是主要用于两信号之间的振幅、相位等关系的测量设备。主要由合成扫源(激励源)、测试装置(信号分离部分)、接收部分、微处理器四大部分组成，如图1所示，工作原理：先将激励源的信号分成二路，一路作为参考信号R，另一路经过衰减送入测试端口作为被测网络的激励源，并通过定向耦合器取出，经过被测网络的反射信号A和传输信号B后作为测试信号，再用采样变频法将该两路微波信号中所包含的幅度和相位信息线性地转移到中频或低频上，进行幅度和相位关系的测量。
矢量网络分析仪是通过采用适当的转换器来测量模拟电路线性区域的传输和反射系数，通常，采用S参数测试装置作为转换装置，如图2所示。 S参数被用来分析高频电路。S21 和S12 分别代表正向和反向传输因子，从而能得到传输特性。S11 和S22分别代表正向和反向反射因子，便能得到阻抗特性。
矢量网络分析仪测量无源网络的幅相特性最方便，无需其它辅助设备，可直接测量，且测量精度高。
要测量放大器的幅相特性，可把网络分析仪的输出信号作为组件的输入信号，组件的输出信号作为网络分析仪的输入信号。
但一般矢量网络分析仪的输出功率很小只有几dBm，远远小于固态组件通常所需要的十几甚至几十W的输入功率，且固态组件的输出功率也远远大于矢量网络分析仪接收通道可承受的功率，所以通常要在组件前加推动放大器，功放的输出端加适当的衰减器，再连接到矢网接收端。用脉冲矢量网络分析仪进行组件的相位的测试框图如图3：
图3：矢量网络分析仪参与固态组件相位测试框图
实际中，需要测量的是一批功放的相对相位，绝对插入相移没有意义。因此，把其中一个组件作为基准，把网络分析仪相位校零，再换上其它组件，矢网上的读数就是被测组件与基准组件的相位差。
测试时，先把矢量网络分析仪的扫频范围设置到组件工作的范围，输出功率设置到推动放大器所需值，脉冲发生器设置为组件所需脉宽和周期。另外在测量过程中，推动放大器、电缆、连接器、衰减器等辅助设备都用同一套，只换接被测组件，以防止辅助设备变换带来测量误差。
在我们的实际应用过程中，为了保证不同批次的组件的相位一直性，我们会选一个标准件，同型号每套产品的相位都以该组件为基准进行调节。
2、利用宽带示波器进行直接测量。测试框图如下：
先把射频信号源和脉冲信号源的参数设置到组件工作的范围，可从示波器上读出功放输出信号(信道2)与信道1信号的相位差。要得到某两个功放的相位差，还需把两个功放测得的相位值相减。
此种方法在早期是由于信号源的功能缺陷，需要用脉冲和射频两种信号源，所以测试时，示波器的两个通道不容易得到同步。如果信道1是连续波，用通道1触发，则容易同步，得到稳定波形;如果信道1是脉冲调制的信号，脉冲信号源和射频信号源相参，也容易同步。如果信道1是脉冲调制的信号，脉冲信号源和射频信号源又不相参，每个脉冲开始时，射频信号的相位是不确定的，则无法同步，需用示波器的时延触发功能方能勉强同步，得到较稳定波形，效果不如以上两种情况好。同步不好，波形晃动，测量误差就大。
随着信号源的发展，射频信号源和脉冲信号源合并成一个射频脉冲信号源时，测试框图如下，测试时就不需要考虑相位同步的问题，基本能满足组件测相位指标测试要求。
3、利用混频器和移相器对组件的相位进行测量。采用本方法进行测试，可以避免使用价格昂贵的脉冲矢量网络分析仪，也避免了示波器直接测试的读数不准确，利用价格便宜的移相器、混频器和低通滤波器的方法来进行组件的相位测量。方案原理图如下：
混频器是有混频作用的非线性器件，它利用器件的非线性特性将不同频率的输入信号RF与本振信号LO进行叠加，得到它们的和频与差频信号。
先介绍一下此方法的原理：
我们假设经过移相器的信号为A1cos(wt+Φ0)，耦合器2的输出信号为A2cos(wt+Φ1)，为了简单起见，我们不考虑调制信号。经过混频器混频：A1cos(wt+Φ0)* A2cos(wt+Φ1)=0.5A1A2[cos(Φ0-Φ1)+ cos(Φ0+Φ1)]
混频后产生了零频信号和二倍频信号，经过滤波器后，把二倍频信号几滤掉，得到一个零频信号，观察示波器的波形，同时调节移相器，直到示波器的幅值为零(过零点测试法)。即cos(Φ0-Φ1)为零，此时Φ0-Φ1=Kл+л/2。
将图上所示的两个耦合器直通后，调节移相器，使输出波形为一条直线（即过零点，此处假定为正过零点），此时移相器指示为Ф0，记为系统误差。此时经过移相器的激励信号记为A1ωt+Ф0)。cos
此种测试测得的相位值是相对值的，所以也需要进行校零和测试基准组件的相位，测试时先将两个耦合器直通后，调节移相器，使输出波形为一条直线（即过零点，此处假定为正过零点），此时移相器指示为Φ0，记为系统误差。然后将组件接入测试系统，调节移相器，使输出波形仍为同一过零点产生一条直线，此时移相器指示为Φ1，记（Φ1-Φ0）为组件的相位。
此测试过程相对烦琐，在零点的选择上可能会有测试误差，但由于混频器的精度较高，本振对中频的隔离度也大于30dB，且为两个相干信号相混，误差可以忽略不计，而示波器的最小分辨率与信号幅度之比再乘以90度，误差范围也在1°以下。另一个误差主要来源为移相器的精度，目前在窄带条件下，移相器精度可以控制在1°以下，对一般固态组件要求的±10°—±15°来说可以完全满足要求。
在实际应用中，我们利用某公司的TKE-N 系列移相器对S波段的某型号雷达固态发射组件（30件）用移相器法进行测试和调整后用矢量网络分析仪进行验证，读取了其中十个组件的相位数据和基准组件相位，结果如下表：

组件号	矢量分析仪法验证	备注
X-1	-75°	基准组件相位为-79°
X-2	-82°
X-3	-82°
X-4	-74°
X-5	-80°
X-6	-78°
X-7	-81°
X-8	-84°
X-9	-80°
X-10	-75°

由此可见，用移相器和混频器法测试、调整相位可以满足一般固态组件的相位要求（±10°）。
三、三种方法的比较
矢量网络分析仪法：优点是比较方便且测量精确，只要在仪表的使用频率范围内可以在多个频段上使用。缺点是所用的仪表较为昂贵，而且样件一旦出现故障，维修后的状态将无法确认，另外微波器件随时间推移，性能上不可避免的会出现一些变化，相位的变化也同样没有标准进行定期的校准；
宽带示波器法：优点是仪表价格低廉，操作方便，缺点是测试时是对两路信号的波形进行对比，不能直接的读出相位值，精度相对较低；

移相器法：优点是仪表价格低廉，操作方便，测量精度基本满足要求。缺点是操作相对烦琐。
四、应用前景

根据军标的要求，对所有批产生产的装备并且有与样件进行比较的企业内部必须对样件的控制、定标有严格的要求，在矢量网络分析仪法中，价格昂贵的脉冲矢量网络分析仪作为普通的测仪表使用，使用频率高，经常会出现故障，而临时搭建的测试工位随意性太大，显然不符合军标的要求，只适合在实验室中精确测量，不适合在雷达站点或阵地上测试、调整；宽带示波器法：造价低廉，但宽带示波器不常用，且不能直接读相位值，测试结果误差大，也不满足微波组件相位的测试要求；移相器法由于造价低廉，且移相器的指标可以使用脉冲矢量网络分析仪进行定期的校准、测试工位也可以固定，还可以投产一些用微带板或电缆做的直通电路来代替产品用的标准件，一方面节约成本，一方面加强了稳定性，满足实验室、雷达阵地等不同场合的测试要求
五、 结束语
通过以上理论分析和实验验证，在实际的应用中，以上三种相位测试方法都可行，但利用不同频段的移相器和混频器有更大的实用性，可以替代价格昂贵的矢量网络分析仪和宽带示波器在雷达阵地实时对固态组件进行移相器法测试、调整相位。
参考文献：
[1]毛钧杰，刘荧，朱建清.电磁场和微波工程基础[M].北京：电子工业出版社，2004
[2] Thilo Bedno. 用于脉冲形状测量的矢量网络分析系统. 国外电子测量技术，2007
[3]孟庆鼐.微波技术，合肥工业大学出版社
作者简介：李正江（1975——），男，1998年毕业于安徽大学无线电专业，现为中国电子科技集团第三十八研究所工程师，主要从事雷达发射系统工程。潘华府（1982——），男， 2005年毕业于合肥学院电子信息工程专业，现为中国电子科技集团第三十八研究所助理工程师，主要从事雷达发射系统工程。

我不是高手，了解一点点，好像大概似乎不能测量相位差

如果不行，多看看网分的说明书

测量相位，提取数据，数据处理，写个小程序

--------------------

thanks for your share

nothing, a piece of cake.

如果这种风气能全面形成的话，相信中国的技术会有更大的突破

十分感谢大家的支持，让我们大家一起努力，把这种好的风气发扬下去

大家知道如何测试相位中心吗

向各位学习了……

可以测量相位差，但是需要自己编写一个程序，我跟安捷伦的技术工程师请教过这个问题，但是我不懂vba，所以工程师给我程序后也不敢随便操作。