最小相位重構(gòu)算法及精細(xì)頻率柵相位校準(zhǔn)機(jī)理.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越高的頻率和越來(lái)越大的功率給射頻無(wú)線電測(cè)試計(jì)量領(lǐng)域帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，小信號(hào)線性S參數(shù)的理論及測(cè)試計(jì)量方法已不能滿足現(xiàn)今大信號(hào)條件下的非線性測(cè)試要求。“超越S參數(shù)”、PHD(Poly-Harmonic Distortion)模型分析(Agilent公司稱(chēng)之為“X參數(shù)”模型，并將“X參數(shù)”注冊(cè)為國(guó)際商標(biāo))、非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析表征方法已經(jīng)成為射頻測(cè)試領(lǐng)域嶄新的研究方向，非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。<

2、br>　　非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在對(duì)被測(cè)器件或系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，需要同時(shí)獲取被測(cè)信號(hào)的幅度和相位信息。幅度測(cè)量依賴(lài)于功率計(jì)的功率探頭，溯源到國(guó)家功率基準(zhǔn)。而相位測(cè)量則需要利用一個(gè)穩(wěn)定的相位參考來(lái)獲取被測(cè)信號(hào)各次諧波之間相位的關(guān)系。諧波相位參考在頻域上稱(chēng)為梳狀波發(fā)生器，在時(shí)域上則稱(chēng)為超窄脈沖信號(hào)發(fā)生器。現(xiàn)在諧波相位參考的定標(biāo)依賴(lài)于高速寬帶采樣示波器。所以寬帶采樣示波器的校準(zhǔn)，尤其是相位校準(zhǔn)就顯得尤為重要。
　　本文首先從基于諧波采樣

3、的大信號(hào)網(wǎng)絡(luò)分析儀與基于混頻器的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理入手，介紹了兩種不同設(shè)計(jì)方案的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)及校準(zhǔn)方法。進(jìn)而，設(shè)計(jì)了一種基于共面波導(dǎo)的皮秒級(jí)脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器利用階躍恢復(fù)二極管(SRD)和基于片上結(jié)構(gòu)的短路延遲線來(lái)產(chǎn)生超寬帶脈沖信號(hào)。測(cè)試結(jié)果表明該電路可產(chǎn)生半幅脈沖寬度(FWHM)為80ps，重復(fù)頻率為100MHz-500MHz且幅度相位特性穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。該脈沖發(fā)生器的相位可重復(fù)性在20次諧波以前優(yōu)于±1.

4、75°，可用作非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的相位參考及諧波相位校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)組件。此外，其還可作為相位傳遞標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)帶寬小于20GHz的采樣示波器及其它電子設(shè)備的復(fù)頻率響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
　　其次提出了一種通過(guò)測(cè)量等效采樣示波器幅度響應(yīng)來(lái)獲得其相位響應(yīng)的算法。此方法是基于Kramers-Kronig關(guān)系式并配以基于NTN(Nose-to-Nose)校準(zhǔn)的相位響應(yīng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。實(shí)例證明：雖然Kramers-Kronig變換計(jì)算時(shí)的截?cái)嘣斐闪讼辔还烙?jì)上非

5、常大的誤差，但是此誤差可以通過(guò)少量的正交基函數(shù)擬合出來(lái)。作為一個(gè)實(shí)例,本文利用NTN校準(zhǔn)和掃頻法校準(zhǔn)的結(jié)果獲得了等效采樣示波器在1MHz-50GHz頻率范圍內(nèi)的復(fù)頻率響應(yīng)。重構(gòu)出的相位響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度在小于50GHz時(shí)優(yōu)于±0.6°。結(jié)果表明：此方法可以重構(gòu)出等效采樣示波器任意頻率柵(arbitrary frequency grid)復(fù)頻率響應(yīng)。
　　然后本文針對(duì)現(xiàn)有的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相位校準(zhǔn)時(shí)，相位校準(zhǔn)頻率分辨率較低的問(wèn)題，

6、提出了一種基于精細(xì)頻率柵定標(biāo)的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀精細(xì)頻率相位響應(yīng)校準(zhǔn)新方法。利用校準(zhǔn)過(guò)的平方律檢波器實(shí)現(xiàn)非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的精細(xì)頻率柵相位校準(zhǔn)。推到了校準(zhǔn)的基本原理、給出了校準(zhǔn)流程并通過(guò)ADS仿真和原型樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。獲得了窄帶調(diào)制信號(hào)激勵(lì)時(shí)，非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量時(shí)所需要的精細(xì)頻率柵相位參考，其相位校準(zhǔn)頻率分辨率達(dá)到了100KHz。
　　最后，介紹了一種新型可溯源的電信號(hào)波形的超寬頻帶表征方法——電光采樣(E