本发明涉及一种关于微波器件的测试定位系统，尤其涉及一种的宽带无源互调发生点的测试和定位系统及方法。
背景技术：
无源互调(passiveintermodulation，简称pim)指在高功率无线通信系统中，由无源器件的电磁非线性产生的非线性失真。随着高功率通信技术的飞速发展，对接收系统的灵敏度要求日益提高，由于非线性产生的微弱无源互调信号一旦落到接收频带内，可能会对系统的工作造成很大的影响。因此检测无源互调发生点的位置对设计和工程中有效地抑制和减小无源互调的发生是十分重要的。
在无源互调的早期研究中，研究方向主要为无源互调的产生机理，抑制以及消除，但关于无源互调的定位研究相对较少。如图1所示为无源互调的窄带定位系统，采用带通滤波器滤除无源互调中的载波分量并利用鉴相器提取出参考信号和无源互调信号的相位差实现无源互调发生点的定位。由于引入了带通滤波器，它的通带限制了实际的定位应用，而且高品质因数的带通滤波器设计也带来了很大的制造成本。
技术实现要素：
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出一种宽带无源互调测试和定位系统及方法。
本发明采用的技术方案是：
一、一种宽带无源互调测试和定位系统：
系统包括第一激励信号源、第二激励信号源、无源互调分量参考信号源、第一功率放大器、第二功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、合路器、定向耦合器、第一矢量调制器、第二矢量调制器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一3db电桥、第二3db电桥、数模转换器、功分器、第一下变频解调器、第二下变频解调器和模数转换器；第一激励信号源经第一功率放大器连接到第一耦合器的输入端口，第一耦合器的输出端口连接到合路器的一个输入端；第二激励信号源经第二功率放大器连接到第二耦合器的输入端口，第二耦合器的输出端口连接到合路器的另一个输入端；合路器的输出端连接到定向耦合器的输入端，定向耦合器的输出端连接到待测器件/低互调匹配负载，定向耦合器的耦合端连接到第一3db电桥的一个输入端，第一激励信号源所连接的第一耦合器的耦合端连接到第一矢量调制器的一个输入端，第一矢量调制器的输出端经第一低通滤波器连接到第一3db电桥的另一个输入端；第一3db电桥的输出端连接到第二3db电桥的一个输入端，第二激励信号源所连接的第二耦合器的耦合端连接到第二矢量调制器的一个输入端，第二矢量调制器的输出端经第二低通滤波器连接到第二3db电桥的另一个输入端；第一激励信号源和第二激励信号源中以输出信号频率较低的信号源输出端经功分器分别连接到第一下变频解调器和第二下变频解调器的一个输入端，无源互调分量参考信号源连接到第一下变频解调器的另一个输入端，第二3db电桥的输出端连接到第二下变频解调器的另一个输入端，第一下变频解调器和第二下变频解调器的输出端均连接到模数转换器，
所述的第一功率放大器和第二功率放大器结构相同，均是由前级功放、第三低通滤波器、后级功放依次连接构成。
所述的第一激励信号源、第二激励信号源分别产生不同频率的两路激励信号，无源互调分量参考信号源产生一路无源互调分量参考信号。
所述的待测器件为二极管或者同轴连接端口。
所述的低互调匹配负载为电阻，电阻一端连接待测器件，另一端接地。
所述的功分器采用1:1功率均分方式。
所述的第一矢量调制器、第二矢量调制器还连接数模转换器，由外部控制信号输入数模转换器进而控制第一矢量调制器、第二矢量调制器的相位调制。
二、一种宽带无源互调测试和定位方法：
采用上述系统，利用由三路相干信号源发生器生成两路激励信号和一路无源互调分量参考信号，由第一激励信号源产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源产生频率为f2的激励信号，f2>f1，以频率较低的一路激励信号作为本征信号，由无源互调分量参考信号源产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后进入合路器，然后经由定向耦合器生成一路双音信号馈入待测器件产生无源互调信号，待测器件的无源互调信号反馈到定向耦合器，由定向耦合器的耦合端进入3db电桥，两个激励信号源所连接的第一耦合器耦合出的部分激励信号经由矢量调制器幅相调整后输入到3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的激励信号分量同幅反相，实现对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制，如图3所示；3db电桥输出信号进入第二下变频解调器由一个功分器、两个下变频解调器和一个模数转换器构成的采样模块进行测量出激励信号和参考信号的幅度相位，实现对无源互调的测量；计算出激励信号和参考信号的两路信号之间的相位差，并用相位差校正待测器件的信号传输过程中的固定相位差，得到待测器件中的无源互调发生点产生的信号相位，实现对无源互调的更准确定位。
方法包括：
1)在定向耦合器直接连接低互调匹配负载情况下，利用由三路相干信号源发生器生成两路激励信号和一路无源互调分量参考信号，由第一激励信号源产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源产生频率为f2的激励信号，f2>f1，以频率较低的一路激励信号作为本征信号，由无源互调分量参考信号源产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后进入合路器，生成一路双音信号，
信号经由定向耦合器的直通端通过待测器件生成无源互调信号并被低互调匹配负载吸收，由待测器件产生的无源互调信号反射回到定向耦合器，由定向耦合器的耦合端进入第一3db电桥，同时第一激励信号源所连接的第一耦合器耦合出的部分激励信号经由第一矢量调制器幅相调整后输入到第一3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f1激励信号分量同幅反相，在第一3db电桥中实现对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制，即消除无源互调信号中的频率为f1激励信号分量；
第一3db电桥输出信号进入第二3db电桥，同时第二激励信号源所连接的第二耦合器耦合出的部分激励信号经由第二矢量调制器幅相调整后输入到第二3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f2激励信号分量同幅反相，在第二3db电桥中对无源互调信号中频率为f2激励信号分量的功率抑制，即消除无源互调信号中的频率为f2激励信号分量；
第一激励信号源产生频率为f1的激励信号经功分器分为两路，功分器的一路进入第一下变频解调器和无源互调分量参考信号进行解算获得无源互调分量参考信号的相位并输入；第一3db电桥输出信号进入第二下变频解调器，功分器的另一路进入第二下变频解调器，第二下变频解调器中进行解算获得激励信号的相位；模数转换器中奖无源互调分量参考信号的相位和激励信号的相位作差作为固定相位差；
2)在定向耦合器经待测器件直接连接低互调匹配负载情况下，利用由三路相干信号源发生器生成两路激励信号和一路无源互调分量参考信号，由第一激励信号源产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源产生频率为f2的激励信号，f2>f1，以频率较低的一路激励信号作为本征信号，由无源互调分量参考信号源产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后经由合路器生成一路双音信号，然后经由定向耦合器的直通端馈入待测器件产生无源互调信号，待测器件的无源互调信号反馈到定向耦合器，由定向耦合器的耦合端进入第一3db电桥，同时第一激励信号源所连接的第一耦合器耦合出的部分激励信号经由第一矢量调制器幅相调整后输入到第一3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f1激励信号分量同幅反相，在第一3db电桥中实现对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制，即消除无源互调信号中的频率为f1激励信号分量；
第一3db电桥输出信号进入第二3db电桥，同时第二激励信号源所连接的第二耦合器耦合出的部分激励信号经由第二矢量调制器幅相调整后输入到第二3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f2激励信号分量同幅反相，在第二3db电桥中实现对无源互调信号中频率为f2激励信号分量的功率抑制，即消除无源互调信号中的频率为f2激励信号分量；
第一激励信号源产生频率为f1的激励信号经功分器分为两路，功分器的一路进入第一下变频解调器和无源互调分量参考信号进行解算获得无源互调分量参考信号的相位并输入；第一3db电桥输出信号进入第二下变频解调器，功分器的另一路进入第二下变频解调器，第二下变频解调器中进行解算获得激励信号的相位；模数转换器中奖无源互调分量参考信号的相位和激励信号的相位作差后减去步骤1)获得的固定相位差后作为最终的无源互调发生点产生的信号相位。
所述的采样模块包括，参考信号和调零后的无源互调信号分别输入到两个下变频解调器，同时激励信号中频率较小的分量从功分器的out1、out2输出分别与下变频解调器的本征信号输入端相连，作为下变频的本征信号。
两个下变频解调器输出端和模数转换器相连，实现两路信号的采样。
本发明方法通过矢量调制器产生等频同幅反相激励信号从而抑制无源互调信号中的激励信号分量，并且利用模数转换器采样下变频后的无源互调信号和参考信号，通过校正提取出相位信息，定位出无源互调发生点的位置，同时也可以用于无源互调的测量。
本发明具有的有益效果：
本发明通过矢量调制器和电桥实现对无源互调信号中的激励信号分量的幅度抑制，进而通过模数转换器测量出无源互调信号与该无源互调参考信号的相位信息，来对无源互调发生点实现宽带定位。
同时，本发明还可以用于大功率器件的无源互调的测量。
附图说明
图1是现有方法无源互调定位的一种窄带结构框图。
图2是本发明中装置的结构框图。
图3是本发明中采样模块的下变频示意图。
图中：第一激励信号源(1)、第二激励信号源(2)、无源互调分量参考信号源(3)、第一功率放大器(4)、第二功率放大器(5)、第一耦合器(6)、第二耦合器(7)、合路器(8)、定向耦合器(9)、待测器件(10)、低互调匹配负载(11)、第一矢量调制器(14)、第二矢量调制器(17)、第一低通滤波器(13)、第二低通滤波器(16)、第一3db电桥(12)、第二3db电桥(15)、数模转换器(18)、功分器(19)、第一下变频解调器(20)、第二下变频解调器(21)、模数转换器(22)、前级功放(23)、第三低通滤波器(24)、后级功放(25)。
图4是本发明中定位测试的模拟待测器件实物图。
图中：(1)表示电缆同轴馈线，(2)表示多螺钉矩形滤波器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，详细描述本发明的实施过程。
如图1所示，具体实施的系统包括第一激励信号源1、第二激励信号源2、无源互调分量参考信号源3、第一功率放大器4、第二功率放大器5、第一耦合器6、第二耦合器7、合路器8、定向耦合器9、第一矢量调制器14、第二矢量调制器17、第一低通滤波器13、第二低通滤波器16、第一3db电桥12、第二3db电桥15、数模转换器18、功分器19、第一下变频解调器20、第二下变频解调器21和模数转换器22；第一激励信号源1经第一功率放大器4连接到第一耦合器6的输入端口，第一耦合器6的输出端口连接到合路器8的一个输入端；第二激励信号源2经第二功率放大器5连接到第二耦合器7的输入端口，第二耦合器7的输出端口连接到合路器8的另一个输入端；合路器8的输出端连接到定向耦合器9的输入端，定向耦合器9的输出端连接到待测器件10/低互调匹配负载11，定向耦合器9的耦合端连接到第一3db电桥12的一个输入端，第一激励信号源1所连接的第一耦合器6的耦合端连接到第一矢量调制器14的一个输入端，第一矢量调制器14的输出端经第一低通滤波器13连接到第一3db电桥12的另一个输入端；第一3db电桥12的输出端连接到第二3db电桥15的一个输入端，第二激励信号源2所连接的第二耦合器7的耦合端连接到第二矢量调制器17的一个输入端，第二矢量调制器17的输出端经第二低通滤波器16连接到第二3db电桥15的另一个输入端；第一激励信号源1和第二激励信号源2中以输出信号频率较低的信号源输出端经功分器19分别连接到第一下变频解调器20和第二下变频解调器21的一个输入端，无源互调分量参考信号源3连接到第一下变频解调器20的另一个输入端，第二3db电桥15的输出端连接到第二下变频解调器21的另一个输入端，第一下变频解调器20和第二下变频解调器21的输出端均连接到模数转换器22，由第一下变频解调器20、第二下变频解调器21和模数转换器22构成了采样模块。
第一功率放大器4和第二功率放大器5结构相同，均是由前级功放23、第三低通滤波器24、后级功放25依次连接构成。
第一激励信号源1、第二激励信号源2分别产生不同频率的两路激励信号，以频率较低的一路激励信号作为本征信号，无源互调分量参考信号源3产生一路无源互调分量参考信号。
具体实施中，待测器件10为二极管或者同轴连接端口(例如带有同轴端口的金属器具)。低互调匹配负载11为电阻，电阻一端连接待测器件10，另一端接地。功分器19采用1:1功率均分方式。
第一矢量调制器14、第二矢量调制器17还连接数模转换器18，由外部控制信号输入数模转换器18进而控制第一矢量调制器14、第二矢量调制器17的相位调制。
本发明采用如图2所示的系统架构，射频信号源采用两路激励信号1、2和一路参考信号源3，共用同一个参考时钟。两路激励信号分别经功率放大器4、5和耦合器6、7，通过合路器8形成一路双音激励信号。由图2中的虚线框所示，其中4,5代表的功率放大器分别由三个部分直连构成分别是前级功率放大器23，低通滤波器24和后级功率放大器25。耦合器6、7的作用是耦合部分信号用于激励信号的幅度抑制。双音信号通过定向耦合器9进入待测器件10，由待测器件中的某个位置的无源互调发生点产生无源互调信号，通过定向耦合器的耦合端口一次进入电桥12、15。从电桥15输出的无源互调信号与参考信号源3产生的参考信号源分别经过下变频解调器21、20，然后通过数模转换器22采集信号数据。
本发明的具体例及其实施过程如下：
具体实施中，考虑到前端的第一、第二耦合器(5)(6)以及合路器和定向耦合器在实际系统架构中是电气连接的关系，因此设计是将三者作为整体进行设计制造，整个结构工作频带在0.7～2.3ghz，并且承载功率范围大于43dbm。待测器件采用如图4所示的电缆同轴馈线以及高功率多螺钉矩形滤波器来模拟单点和多点的无源互调发生源，其中低互调匹配负载采用高功率50欧姆电阻，待测器件输入端口和定向耦合器连接，输出端口经50欧姆低互调匹配负载接地。
下变频的本征信号选取两路激励信号频率较低的一路作为本征信号。如图3所示，以三阶互调分量为例，两路激励信号的频率关系如以下公式：
f2>f1δf＝f2-f1
其中，以f1作为本征信号，下变频后的频率分量2δf表示的目标三阶互调分量。
激励信号分量的幅度抑制和采样模块的数模转换器的采样动态范围需要根据产生的无源互调信号与激励信号的功率差值进行设计。它们的关系如下式：
pse snr≥δp
其中，pse表示的幅度抑制程度，snr表示采样模块中的数模转换器的采样动态范围，δp表示产生的无源互调信号中的激励信号分量与目标信号的功率差，这里统一以db作为单位描述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
1.一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：包括第一激励信号源(1)、第二激励信号源(2)、无源互调分量参考信号源(3)、第一功率放大器(4)、第二功率放大器(5)、第一耦合器(6)、第二耦合器(7)、合路器(8)、定向耦合器(9)、第一矢量调制器(14)、第二矢量调制器(17)、第一低通滤波器(13)、第二低通滤波器(16)、第一3db电桥(12)、第二3db电桥(15)、数模转换器(18)、功分器(19)、第一下变频解调器(20)、第二下变频解调器(21)和模数转换器(22)；第一激励信号源(1)经第一功率放大器(4)连接到第一耦合器(6)的输入端口，第一耦合器(6)的输出端口连接到合路器(8)的一个输入端；第二激励信号源(2)经第二功率放大器(5)连接到第二耦合器(7)的输入端口，第二耦合器(7)的输出端口连接到合路器(8)的另一个输入端；合路器(8)的输出端连接到定向耦合器(9)的输入端，定向耦合器(9)的输出端连接到待测器件(10)/低互调匹配负载(11)，定向耦合器(9)的耦合端连接到第一3db电桥(12)的一个输入端，第一激励信号源(1)所连接的第一耦合器(6)的耦合端连接到第一矢量调制器(14)的一个输入端，第一矢量调制器(14)的输出端经第一低通滤波器(13)连接到第一3db电桥(12)的另一个输入端；第一3db电桥(12)的输出端连接到第二3db电桥(15)的一个输入端，第二激励信号源(2)所连接的第二耦合器(7)的耦合端连接到第二矢量调制器(17)的一个输入端，第二矢量调制器(17)的输出端经第二低通滤波器(16)连接到第二3db电桥(15)的另一个输入端；第一激励信号源(1)和第二激励信号源(2)中以输出信号频率较低的信号源输出端经功分器(19)分别连接到第一下变频解调器(20)和第二下变频解调器(21)的一个输入端，无源互调分量参考信号源(3)连接到第一下变频解调器(20)的另一个输入端，第二3db电桥(15)的输出端连接到第二下变频解调器(21)的另一个输入端，第一下变频解调器(20)和第二下变频解调器(21)的输出端均连接到模数转换器(22)。
2.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的第一功率放大器(4)和第二功率放大器(5)结构相同，均是由前级功放(23)、第三低通滤波器(24)、后级功放(25)依次连接构成。
3.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的第一激励信号源(1)、第二激励信号源(2)分别产生不同频率的两路激励信号，无源互调分量参考信号源(3)产生一路无源互调分量参考信号。
4.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的待测器件(10)为二极管或者同轴连接端口。
5.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的低互调匹配负载(11)为电阻，电阻一端连接待测器件(10)，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的功分器(19)采用1:1功率均分方式。
7.根据权利要求1所述的一种宽带无源互调测试和定位系统，其特征在于：所述的第一矢量调制器(14)、第二矢量调制器(17)还连接数模转换器(18)，由外部控制信号输入数模转换器(18)进而控制第一矢量调制器(14)、第二矢量调制器(17)的相位调制。
8.一种宽带无源互调测试和定位方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一系统：由第一激励信号源(1)产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源(2)产生频率为f2的激励信号，f2>f1，由无源互调分量参考信号源(3)产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后进入合路器(8)，然后经由定向耦合器(9)馈入待测器件(10)产生无源互调信号，待测器件(10)的无源互调信号反馈到定向耦合器(9)，由定向耦合器(9)的耦合端进入3db电桥，两个激励信号源所连接的第一耦合器耦合出的部分激励信号经由矢量调制器幅相调整后输入到3db电桥，使得该部分激励信号与无源互调信号的激励信号分量同幅反相，实现对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制；3db电桥输出信号进入第二下变频解调器(21)由一个功分器、两个下变频解调器和一个模数转换器构成的采样模块进行测量出激励信号和参考信号的幅度相位；计算出激励信号和参考信号的两路信号之间的相位差，并用相位差校正待测器件的信号传输过程中的固定相位差，得到待测器件中的无源互调发生点产生的信号相位，实现对无源互调的更准确定位；
方法包括：
1)在定向耦合器(9)直接连接低互调匹配负载(11)情况下，由第一激励信号源(1)产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源(2)产生频率为f2的激励信号，f2>f1，由无源互调分量参考信号源(3)产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后进入合路器(8)，生成一路双音信号，信号经由定向耦合器(9)的直通端通过待测器件(10)生成无源互调信号并被低互调匹配负载吸收，由待测器件(10)产生的无源互调信号反射回到定向耦合器(9)，由定向耦合器(9)的耦合端进入第一3db电桥(12)，同时第一激励信号源(1)所连接的第一耦合器(6)耦合出的部分激励信号经由第一矢量调制器(14)幅相调整后输入到第一3db电桥(12)，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f1激励信号分量同幅反相，在第一3db电桥(12)中对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制；
第一3db电桥(12)输出信号进入第二3db电桥(15)，同时第二激励信号源(2)所连接的第二耦合器(7)耦合出的部分激励信号经由第二矢量调制器(17)幅相调整后输入到第二3db电桥(15)，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f2激励信号分量同幅反相，在第二3db电桥(15)中对无源互调信号中频率为f2激励信号分量的功率抑制；
第一激励信号源(1)产生频率为f1的激励信号经功分器(19)分为两路，功分器(19)的一路进入第一下变频解调器(20)和无源互调分量参考信号进行解算获得无源互调分量参考信号的相位并输入；第一3db电桥(12)输出信号进入第二下变频解调器(21)，功分器(19)的另一路进入第二下变频解调器(21)，第二下变频解调器(21)中进行解算获得激励信号的相位；模数转换器(22)中奖无源互调分量参考信号的相位和激励信号的相位作差作为固定相位差；
2)在定向耦合器(9)经待测器件(10)直接连接低互调匹配负载(11)情况下，由第一激励信号源(1)产生频率为f1的激励信号，由第二激励信号源(2)产生频率为f2的激励信号，f2>f1，由无源互调分量参考信号源(3)产生一路无源互调分量参考信号，两路激励信号依次经由各自的功率放大器、耦合器后经由合路器(8)生成一路双音信号，然后经由定向耦合器(9)的直通端馈入待测器件(10)产生无源互调信号，待测器件(10)的无源互调信号反馈到定向耦合器(9)，由定向耦合器(9)的耦合端进入第一3db电桥(12)，同时第一激励信号源(1)所连接的第一耦合器(6)耦合出的部分激励信号经由第一矢量调制器(14)幅相调整后输入到第一3db电桥(12)，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f1激励信号分量同幅反相，在第一3db电桥(12)中对无源互调信号中频率为f1激励信号分量的功率抑制；
第一3db电桥(12)输出信号进入第二3db电桥(15)，同时第二激励信号源(2)所连接的第二耦合器(7)耦合出的部分激励信号经由第二矢量调制器(17)幅相调整后输入到第二3db电桥(15)，使得该部分激励信号与无源互调信号的频率为f2激励信号分量同幅反相，在第二3db电桥(15)中对无源互调信号中频率为f2激励信号分量的功率抑制；
第一激励信号源(1)产生频率为f1的激励信号经功分器(19)分为两路，功分器(19)的一路进入第一下变频解调器(20)和无源互调分量参考信号进行解算获得无源互调分量参考信号的相位并输入；第一3db电桥(12)输出信号进入第二下变频解调器(21)，功分器(19)的另一路进入第二下变频解调器(21)，第二下变频解调器(21)中进行解算获得激励信号的相位；模数转换器(22)中奖无源互调分量参考信号的相位和激励信号的相位作差后减去步骤1)获得的固定相位差后作为最终的无源互调发生点产生的信号相位。
技术总结