[发明专利]无源互调非线性特性参数的多状态测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种无源互调非线性特性参数的多状态测量方法和装置，用于测量具有电流‑电压非线性效应而易发生无源互调的部件或结构，在屏蔽外界电磁干扰的环境中使用，该方法包括以下步骤：获取多个状态下测量待测器件的输入电压和输出电流；基于指数形式的无源互调非线性模型，利用多组输入电压和输出电流建立非线性参数待定的方程组；利用方程组求解计算得到待测器件的无源互调非线性特性参数，并使用无源互调非线性特性参数来描述待测器件的无源互调非线性特性。

技术领域

本发明涉及通信无源互调技术领域，特别是涉及一种用于测量非线性部件或结构的无源互调非线性特性参数的多状态方法及其装置。

背景技术

无源互调(Passive Inter-Modulation，简称“PIM”)是指两个或两个以上不同频率的载波信号通过非线性无源器件产生的作用于通信系统的高阶干扰信号。在无线通信系统中，常见的非线性无源器件有射频线连接头、波导传输线、双工器、天线等。如果互调信号落入接收频带内，其强度超过系统中有用信号的幅度下限，则会使接收信号的信噪比下降，造成接收机的灵敏度降低甚至无法正常工作，严重影响通信系统的容量和质量。随着通信技术的发展和通信系统质量要求的提高，微波器件的无源互调效应越来越受到重视。

伏安非线性特性是产生无源互调的根源，其本质是器件或结构的电场—磁场非线性行为。微波和射频频段通信系统中的PIM干扰主要来自两种无源非线性，即接触非线性和材料非线性。前者表示任何具有非线性电流/电压行为的接触(如松动、氧化和腐蚀金属连接)引起的非线性；后者指的是具有固有非线性导电特性的材料(如铁磁材料和碳纤维)引起的非线性。目前对于无源互调非线性内在的多种微观物理机理还没有完全研究清楚，但是为了对通信系统的无源互调水平进行预测和控制，需要通过测量方法确定非线性部件或结构外在表现的无源互调非线性特性。

目前还没有一种通用的无源互调非线性特性参数的测量方法。直流非线性特性的测量比较容易，例如可以采用恒定电流源向非线性器件输入电流，并通过数字电压表测量器件两端的电压，即可得到非线性器件的直流伏安特性。但是直流非线性特性在其他频段是不适用的，需要一种在微波频段可以使用的无源互调非线性特性参数的测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量非线性部件或结构的无源互调非线性特性参数的多状态方法及其装置，通过在多个状态下测量待测器件的输入信号和输出信号并建立非线性系数待定的方程组，可以求解得到待测器件的无源互调非线性特性参数，从而能够较为准确地确定非线性器件的无源互调非线性特性，且广泛适用于微波及微波以下频段。

为实现上述目的，本发明提供的一种无源互调非线性特性参数的多状态测量方法，该方法用于测量具有电流-电压非线性效应而易发生无源互调的部件或结构，该方法在屏蔽外界电磁干扰的环境中使用，该方法包括以下步骤：获取多个状态下测量待测器件的输入电压和输出电流；基于指数形式的无源互调非线性模型，利用多组输入电压和输出电流建立非线性参数待定的方程组；利用方程组求解计算得到待测器件的无源互调非线性特性参数，并使用无源互调非线性特性参数来描述待测器件的无源互调非线性特性。

可选地，获取多个状态下测量待测器件的输入电压和输出电流，包括以下步骤：使用两个发射天线向待测器件分别发射不同载波频率的发射信号，使用一个接收天线接收待测器件产生的三阶或更高阶的无源互调信号；改变任一发射天线的测试距离或/和发射功率，在多个状态下对待测器件进行测量；通过测试结果结合频域电磁数值方法，计算提取待测器件在上述多个状态下的输入电压和输出电流。

可选地，无源互调非线性模型为：

I＝ae^bV，

其中，V为待测器件的输入电压，I为待测器件的输出电流，a，b均为非线性系数。

可选地，方程组为超定方程组，使用拟合方法从方程组中求解待测器件的无源互调非线性特性参数。