· 42
科技论坛
基于平方律检波器的NVNA相位校准机理研究
王海洁金代亮
（哈尔滨工业大学网络与信息中心，黑龙江哈尔滨150001）
摘要：本文针对现有的非线性失量网络分析仪(NVNA)相位校准时，相位校准频率分辨率较低的问题,提出了一种基于平方率检波器定标的NVNA精细频率相任响应校准方法。对平方律检波器进行了仿真分析,推导了校准过的平方律检波器实现对非线性失量网络分析仅的窄带校准的基本原理
关键词：平方律检波器；非线性失量网络分析仅：相位绝对校准
20世纪90年代，随着射颠、微波理论与技术的进步，直接测量含有非线性元件器件和系统的大信号网络分析技术应运而生。非线性失量网络分析仪(NVNA)是能完成大信号网络分析的代表。本文是为解决提高相位校准的频率分辨率作的尝试。
目前已经先后提出了两种NVNA典型方案：基于谐波采样 NVNA和基于混颠器NVNA。基于混频器的NVNA结构框图如图1 所示。
其中相位参考组件是这种非线性失量网络分析仪的关键组成部分。其相位校准件又称谐波相位参考或植状波发生器，它是用经 NTN校准的等效采样示波器定标的，因此校准采样示波器的相位响应就显得尤为重要。目前我国仅能对等效采样示波器的相位响应作 NTN校准。由于NTN自身技术的限制，其频率分辨率只能达到 250MHz。面利用阶跃二极管(SRD)设计的谐波相位参考，其频率分辨率也较低(100MHz-1GHz)，不能满足现代通信系统的研发与维护迫切需求。在实际的通信系统中，牵带通信是最常见也是适用范围最广的一种通信方法。为此.我们利用平方律检波器设计了一种新的相位参考源，用以对非线性失量网络分析仪进行了案带校准。原型实验表明案带内的相位校准颠率分排率达到100KHz
1精细频率栅校准机理
调幅信号xa(t）的表达形式为：
xar (n)=
V, cos[2(J, )e + ]
+V, cos[2x f,t + |+ V, cos[2x (J。 + /aad ) + 9]
(1)
其中f,是载波频率，调制频率为f.上、下边颠分别为f-f和 f+f，V1、V2、V3分别为上述频率点的电压，$21为它们的相位。该信号通过平方律检波器和低通滤波器后为：
1/2(* +V +V)+ VV; cos 2xF +( ) +
V,), cos[2 m/ + (g, )] + VV, cos[2(2 )r + () 9 )]
(2)
式(2)信号的频谱成分只需要做低频测量便可以用来表征式(1) 调幅信号的调制特性。然而，实际中的平方律检波器不可能是理想的.利用NTN校准或光电采样系统(EOS)校准过的等效采样示波器，可以对非理想的平方律检波器进行表征。反复重复上面的步骤即改变调制频率fc，便可以在载波（例如0.6GHz)两侧获得频率间隔非常案(例如100KHz)的频谱，这种颠谱称为精细颠率栅
为了用上述平方律晶体检波器精细频率栅相位参考作为精细频率概相位传递标准，必须对它校准围。校准过程概述如图2所示：调幅信号载波颠率固定，例如0.6GHz。改变调制频率，频率范用从 100KHz到1MHz.测量不同调制额率下，输出和输人信号间的相位差。并制成数据表格存储起来。这种经过了校准的平方律晶体检波器和它的调制频率相位差数据表格称之为精细颠率概相位参考标准(NTNFPR)
假设非线性失量网络分析仪在载波(例如0.6GHz)上的相位误差为△（先通过谐波相位参考标准校准获得），f二为调制频率，在-f和f+f的相位误差分别为，和△$则非线性失量网络分析仪测得的射频已调信号为：
U,eos[2rU,-Ja.d)+p,+Ap,]
a()=
+U,cos[2=r++P,]
+U,eos[2rU,+ Ja.) + 8, +e,
ADC
检划信号
数据处理与实量校正
ADC
ADC
待装器件
Ref
ADC
ADC
图1基于混频器的NVNA结构框图
调额信号：平方率检波器果样示波等
获得平方率检波器的
相位响应特性采样示波等
调幅信号2
非线性失量网络分析仪
非践性矢量网络分新仪精组频率栅相位响应
图2非线性失量网络分析仪精细频率相位校准方案
国
RANSEN
s
s
图3平方律检波器精细频率栅相位校准试验仿真电路图
式中△,可以通过使用谐波相位参考(NTN-HPR)校准事先求得，面△和△是需要校准的精细频率上相位误差，UI、U2、 U3为非线性失量网络分析仪测量的幅度。上述测量信号通过理想
的平方律变换器，滤除2次谐波后得：
3）
作者简介：王海洁(1979-)，男，黑龙江跨岗人，工程师，硕士，哈尔滨工业大学网络与信息中心主任助理；全代亮(1981-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士，哈尔滨工业大学网络与信息中心数据中心主任。