[发明专利]一种双频非线性矢量网络参数测试装置及方法

权利要求书

1.一种双频非线性矢量网络参数测试装置，其特征在于：包括频率参考模块、选择开关、测试端口、倍频选择单元、接收机、耦合器、混频器、计算机模块以及负载；其中：

所述选择开关，包括第一选择开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关、第六选择开关和第七选择开关；

所述测试端口，包括第一测试端口、第二测试端口和第三测试端口；

所述倍频选择单元，包括第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，用于实现信号的直通、二倍频、三倍频至N倍频的选择；

所述接收机，包括用于提供非线性测试的相位参考的R接收机、用于测试第一信号源的输出信号的R1接收机、用于测试第二信号源的输出信号的R2接收机、用于测试进入第一测试端口信号的A接收机、用于测试进入第二测试端口信号的B接收机以及用于测试进入第三测试端口信号的C接收机；

所述接收机主要由混频模块、中频调理模块、A/D转换模块以及DSP矢量计算模块组成；

所述耦合器，包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器；

所述第一耦合器，用于从第一信号源的发射信号耦合部分信号送入R1接收机；

所述第二耦合器，用于从第二信号源的发射信号耦合部分信号送入R2接收机；

所述第三耦合器，用于从第一测试端口的入射信号耦合部分信号送入A接收机；

所述第四耦合器，用于从第二测试端口的入射信号耦合部分信号送入B接收机；

所述第五耦合器，用于从第三测试端口的入射信号耦合部分信号送入C接收机；

所述混频器，用于混频第一倍频选择单元输出信号和第二倍频选择单元输出信号，并将混频后的信号经第五选择开关输出至R接收机；

所述负载包括第一负载和第二负载；

第一选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第一耦合器连接至第一信号源，其第一选择端通过第三选择开关、第三耦合器连接至第一测试端口，其第二选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口；

第二选择开关为单刀三掷开关，其公共端通过第二耦合器连接至第二信号源，其第一选择端通过第四选择开关、第五耦合器连接至第三测试端口，其第二选择端直接连接至第二测试端口，其第三选择端通过第一选择开关连接至第一测试端口；

第三选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第三耦合器连接至第一测试端口，其第一选择端通过第一选择开关、第一耦合器连接第一信号源使得信号从第一测试端口输出，其第二选择端直接连接至第二负载使从第一测试端口进入的信号由第二负载吸收；

第四选择开关为单刀双掷开关，其公共端通过第五耦合器连接至第三测试端口，其第一选择端通过第二选择开关连接至第二信号源使得信号从第三测试端口输出，其第二选择端直接连接至第一负载使从第三测试端口进入的信号由第一负载吸收；

第五选择开关为单刀三掷，其公共端连接至R接收机，其第一选择端通过第六选择开关连接至第一倍频单元得到第一信号源的倍频信号，其第二选择端通过第七选择开关连接至第二倍频单元得到第二信号源的倍频信号，其第三选择端直接连接至混频器；

第六选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第一倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

第七选择开关为单刀双掷，其公共端连接至第二倍频选择单元，其第一选择端通过第五选择开关连接至R接收机，其第二选择端通过混频器、第五选择开关连接至R接收机；

所述频率参考模块，产生第一信号源和第二信号源两个信号源和一个用于为接收机提供本振信号的本振源；所述第一信号源和第二信号源独立或合路输入至第一测试端口或第三测试端口，第二信号源独立输出至第二测试端口，本振源为R接收机、R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机、C接收机六个接收机提供本振信号；

所述第一信号源和第二信号源的两路信号分别功分进入第一倍频选择单元和第二倍频选择单元，从第一倍频选择单元输出的信号，经第六选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第二倍频选择单元输出的信号，经第七选择开关、第五选择开关送入R接收机；或从第一倍频选择单元输出的信号和从第二倍频选择单元输出的信号分别经第六选择开关和第七选择开关后进入混频器混频，经过混频器混频后经第五选择开关送入R接收机；

R接收机中的信号和经过第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器耦合分别进入R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机中的信号分别与本振源产生的本振信号进行混频输出中频信号，所述中频信号经过中频调理模块进行中频调理后进入A/D转换模块进行采样、转换，之后进入DSP矢量计算模块，对数字化中频信号进行I/Q分解和滤波，测试接收信号的幅度和相位，测试数据交由计算机模块进行非线性建模；同时计算机模块又控制第一信号源和第二信号源和本振源的扫描频率和功率。

2.一种双频非线性矢量网络参数测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种双频非线性矢量网络参数测试装置，包括如下步骤：

步骤1：对于双端口被测网络，将被测件接入第一测试端口和第三测试端口；

步骤2：用于测试同频反射响应和同频传输响应；关闭第二信号源，令第一选择开关选通第一测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第一信号源产生的测试信号由第一测试端口加载至被测件，传输至第三测试端口的信号由第一负载吸收，校准后测试二端口网络的正向全频段S参数，使用R1接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反射响应和同频传输响应；

步骤3：用于测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；关闭第一信号源，令第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第二负载，第四选择开关选通第二信号源，第二信号源产生的测试信号由第三测试端口加载至被测件，传输至第一测试端口的信号由第二负载吸收，校准后测试二端口网络的反向全频段S参数，使用R2接收机与A接收机和C接收机的测试结果，测试同频反向反射响应和同频反向传输响应；

步骤4：用于测试正向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第一倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试正向谐波响应；

步骤5：用于测试反向谐波响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三选择开关选通第一信号源，第四选择开关选通第一负载，第六选择开关选通R接收机，第五选择开关选通第一信号源，第二倍频选择单元选择N倍频，N为大于2的正整数，校准后测试N次谐波响应，使用R接收机、R1接收机、A接收机和C接收机的测试结果，测试反向谐波响应；

步骤6：重复步骤4和步骤5的开关动作，测试谐波频率对于基波频率的影响，测试激励频率1/N频率分量的响应；

步骤7：用于测试双音信号的相互耦合作用；设双信号之间频差为Δ＝ω₂-ω₁，测试双音信号的相互耦合作用；

步骤8：用于测试正向激励响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试正向激励响应；

步骤9：用于测试反向激励响应；令第一选择开关选通第三测试端口，第二选择开关选通第三测试端口，第三测试端口输出为双音信号，使用R1接收机、R2接收机、A接收机、B接收机和C接收机的数据，测试反向激励响应；

步骤10：用于测试双音信号和频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₁+ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向响应；

步骤11：用于测试双音信号差频的正向响应和反向响应；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向响应，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向响应；

步骤12：用于测试双音信号和频的正向3阶互调和反向3阶互调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁+ω₂或ω₁+2ω₂，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号和频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号和频的反向3阶互调；

步骤13：用于测试双音信号差频的正向3阶互调和反向3阶交调；令第一选择开关选通第一测试端口，第二选择开关选通第一测试端口，第一测试端口输出为双音信号，第一倍频选择单元选择直通，第二倍频选择单元选择直通，第六选择开关和第七选择开关选择混频，第五选择开关选择混频输出，令R接收机接收频率为2ω₁-ω₂或2ω₂-ω₁，使用R接收机、R1接收机、B接收机和C接收机的数据，测试双音信号差频的正向3阶互调，同理第三测试端口输出双音信号时，测试双音信号差频的反向3阶交调；

步骤14：将测试结果使用双频非线性微波W散射函数矩阵来表示，[b]＝[W][a]，其中，i和j表示W矩阵位置,k为输入a波的端口号,l为输出b波的端口号，m和n表示双音阶数，均为整数且不同时为0，(m_a,n_a)表示频率为m_aω₁+n_aω₂的a波频率，(m_b,n_b)-(m_a,n_a)频率为m_bω₁+n_bω₂的b波对a波的响应。