本发明涉及微电子测量领域，尤其涉及对非线性器件的失真水平测量领域，具体说的是对多端口非线性器件的谐波检测装置。
背景技术：
随着微电子行业的飞速发展，无线电子设备产品的电路集成度越来越高，结构越紧密越灵巧，对现代通信质量的要求也就越严苛。目前存在的大部分微电子器件都是非线性的，在正常工作情况下会激发大量高次谐波。所产生的谐波对现代通信网络的打击是致命的，一方面大量谐波会产生附加的谐波损耗，增大系统功耗，降低通信效率；另一方面谐波会引发局部谐振或与周边器件耦合，产生严重干扰，降低通信质量；另外，高次谐波会引发杂散，污染邻近信道，影响其他频段通信质量。现代通信系统中，谐波问题是无法回避的，为了更好的提高通信质量，减少硬件消耗，降低谐波污染，对谐波的研究也是迫在眉睫。大部分非线性器件都是多端口器件，其工作情况下产生的谐波会通过各个端口向不同支路传播，对不同支路产生干扰。通信系统中对于非线性器件产生的谐波，目前没有很好的规避方法，一般只有通过理论分析或者模型分析尽量避开谐波部分，或者是通过仿真进行参数设置等尽量降低谐波能量，减少干扰。谐波测量是谐波研究中基础环节，只有在充分了解掌握微电子器件的非线性特性即谐波水平的基础上，才能对谐波进行更进一步的研究，才能对谐波采取有效的规避措施，才能对谐波危害提出更优的解决方案。本文提出的是对现代通信系统中的多端口器件的谐波检测装置，对通信系统中的谐波检测和谐波研究分析有着重要意义。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，就是提出一种针对多端口非线性器件的谐波检测装置，解决微电子器件多端口谐波测量难，动态范围大，精度低等技术问题。
解决以上技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，用于测量多端口非线性器件的谐波水平，该装置包括：隔离滤波模块、基波分离模块、基波检测模块、谐波分离模块1、谐波检测模块1、水平基板、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n、多路数据处理模块以及显示模块；激励信号接入隔离滤波模块，隔离滤波模块的输出信号输入给基波分离模块，基波分离模块将信号分为两路，一路输出给谐波分离模块1，另一路输出给基波检测模块；谐波分离模块1将信号分为两路，一路输出基波给水平基板，另一路输出各次谐波给谐波检测模块1；被测件位于水平基板上，延伸扩展待测件引脚到水平基板的通用信号端口，同时使待测件端口与各谐波分离模块端口保持水平；输出到水平基板的激励信号作用于被测件产生谐波并通过被测件的n个端口传播，分别对应输出给谐波分离模块1、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n，谐波分离模块1、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n的输出依次对应传输给谐波检测模块1、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n；基波检测模块、谐波检测模块1、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n的输出信号传输给多路数据处理模块，然后将处理后的数据采用显示器显示；
进一步的，所述隔离滤波模块包括依次串联的：隔离器1、滤波器、隔离器2，隔离器1的输入端作为隔离滤波模块的输入端，隔离器2的输出端作为隔离滤波模块的输出端；
进一步的，所述的基波分离模块为定向耦合器，该定向耦合器包含4个端口，分别是1端口输入端口，2端口直通端口，3端口耦合端口，4端口隔离端口；所描述的定向耦合器的输入端口与隔离滤波模块的输出端相连接，直通端口与谐波分离模块1相连，3端口耦合端口与基波检测模块的输入端相连，4端口隔离端口接50ω电阻，进行阻抗匹配，吸收溢出功率。
进一步的，所述的谐波分离模块1，谐波分离模块2……谐波分离模块n，分别对应为异频多工器1，异频多工器2…...异频多工器n，n是大于等于1的整数，n与被测件的待检测端口数目n一致；所描述的异频多工器包含一个输入端口和m个谐波输出端口，m个谐波输出端口的中心频率分别为f1，f2……fm，m是大于等于2的整数，m代表所检测谐波的次数；所述的异频多工器1的输入端口与被测件的输入端口相连，异频多工器1的1次谐波输出端口与定向耦合器的2端口直通端口相连，异频多工器1的第2、第3……第m次谐波输出端口共接后与谐波检测模块1的输入端相连；所述的异频多工器2、异频多工器3……异频多工器n的输入端依次分别与被测件的第2、第3……第n个待测端口相连，所述的异频多工器2、异频多工器3……异频多工器n各自的第1、第2……第m次谐波输出端口共接后再依次与谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n的输入端口连接。
进一步的，所述的基波检测模块和谐波检测模块都为频谱分析仪，异频多工器的谐波输出端口可以全部接入频谱分析仪，也可以部分端口接入频谱分析仪；频谱分析仪的中心频率应与被测信号频率保持一致。
进一步的，频谱分析仪通过通信接口连接到电脑进行数据处理，并送入到显示器显示。
本发明的有益效果在于：
装置结构简单合理，适用范围广，造价低，受外界环境的影响较小。微电子器件大多产生信号微弱，测试难度大，本测试装置均采用50ω阻抗匹配器件，低损耗，低反射，检测精度高，动态范围大；本测试装置可以同时测得多个端口的谐波水平，且不受各支路干扰，可以获得理想的幅频特性和相频特性；巧用异频多工器，分离检测出被测件输入端口的谐波水平；本装置不仅可以分离检测各次谐波还可以分离出实际激励信号，进行实时监测，该装置可提供多项检测数据，对微电子器件的谐波研究提供有力的支持。
附图说明
图1为本发明一种多端口器件的谐波检测装置模块示意图。
图2为本发明一种多端口器件的谐波检测装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种多端口器件的谐波检测装置，用于检测多端口器件各端口的谐波水平，所描述的装置如图2所示，包括隔离器1、滤波器1、隔离器2、定向耦合器1、异频多工器1到异频多工器n、频谱分析仪0到频谱分析仪n，以及水平基板、多路数据处理模块和显示器，其中n是大于等于1的整数，n与被测件的待检测端口数目n一致。每个异频多工器包含一个输入端口和m个谐波输出端口，谐波输出端口是中心频率为fm，固定为工作频率的m倍。异频多工器可以将待测件端口产生的谐波从低次到高次分离开，m是大于等于2的整数，m代表所检测谐波的次数。
本实施例中，待测件固定在水平基板上，一方面基板可以为待测件提供接口，便于信号传输，另一方面可以与整个测试装置保持水平，降低损耗，减少误差。
本实施例中，定向耦合器包含4个端口，分别是1端口输入端口，2端口直通端口，3端口耦合端口，4端口隔离端口；隔离器1的输入端接收激励信号，输出端与滤波器2的输入端相连，滤波器2的输出端与隔离器2的输入端相连，隔离器2的输出端与定向耦合器的1端口相连接，定向耦合器1的2端口与异频多工器1的1次谐波(即基波)输出端口相连，异频多工器1的输入端口与待测件的输入端口相连，共同组成输入信号通路。隔离器1、滤波器1、隔离器2的级联可以滤除激励信号杂波，保证输入信号纯洁，同时保证激励信号单向传播，减少反射和误差。定向耦合器1的4端口连接50欧姆电阻进行匹配，吸收溢出功率。定向耦合器1的3端口接入频谱仪分析仪0的输入端口，定向耦合器1耦合出部分输入信号送入频谱分析仪0，可以对输入信号进行实时监测。待测件产生的谐波会沿着各个端口传播出去，也会从待测件输入端口沿着输入信号通路逆向传播，这些谐波在异频多工器1处进行分频，分离出的m次谐波从异频多工器1的第m个输出端口输出，进入频谱分析仪1，m是大于等于2的整数，m代表所检测谐波的次数。
本实施例中，异频多工器2到异频多工器n分别组成n-1条谐波传输通路。被测件的待检测端口分别连接到异频多工器2到异频多工器n的输入端口，异频多工器将产生的谐波从低次到高次分离并从对应谐波输出端口输出。可根据检测需求将异频多工器的谐波输出端口连接到频谱分析仪，没有连接到频谱分析仪的谐波输出端口应连接50欧姆电阻，用于功率吸收。
本实施例中，频谱分析仪都通过通信端口连接到计算机进行数据处理，处理后的数据送入显示器成形。在检测高次谐波时，由于高次谐波功率低，应将频谱仪的衰减设置为0db，将vbw设置为较低值，降低底噪，增加读数准确度，提高检测动态范围。
本实施例中，均选用50欧姆阻抗器件，整个测试装置的所有悬空端口都应连接50欧姆电阻，用于功率吸收，减低反射，降低误差。
工作原理：激励信号接入所描述的隔离滤波模块后，经过基波分离模块和谐波分离模块1后到达被测件，激励其产生谐波向各个端口传播，所产生的谐波向被测件的各个端口传播，后经谐波分离模块分离出各次谐波，分离完成后送入谐波检测模块进行检测，检测结果送入多路数据处理模块集中处理并显示。
1.一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，用于测量多端口非线性器件的谐波水平，该装置包括：隔离滤波模块、基波分离模块、基波检测模块、谐波分离模块1、谐波检测模块1、水平基板、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n、多路数据处理模块以及显示模块；激励信号接入隔离滤波模块，隔离滤波模块的输出信号输入给基波分离模块，基波分离模块将信号分为两路，一路输出给谐波分离模块1，另一路输出给基波检测模块；谐波分离模块1将信号分为两路，一路输出基波给水平基板，另一路输出各次谐波给谐波检测模块1；被测件位于水平基板上，延伸扩展待测件引脚到水平基板的通用信号端口，同时使待测件端口与各谐波分离模块端口保持水平；输出到水平基板的激励信号作用于被测件产生谐波并通过被测件的n个端口传播，分别对应输出给谐波分离模块1、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n，谐波分离模块1、谐波分离模块2、谐波分离模块3……谐波分离模块n的输出依次对应传输给谐波检测模块1、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n；基波检测模块、谐波检测模块1、谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n的输出信号传输给多路数据处理模块，然后将处理后的数据采用显示器显示。
2.如权利要求1所述的一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，其特征在于所述隔离滤波模块包括依次串联的：隔离器1、滤波器、隔离器2，隔离器1的输入端作为隔离滤波模块的输入端，隔离器2的输出端作为隔离滤波模块的输出端。
3.如权利要求1所述的一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，其特征在于所述的基波分离模块为定向耦合器，该定向耦合器包含4个端口，分别是1端口输入端口，2端口直通端口，3端口耦合端口，4端口隔离端口；所描述的定向耦合器的输入端口与隔离滤波模块的输出端相连接，直通端口与谐波分离模块1相连，3端口耦合端口与基波检测模块的输入端相连，4端口隔离端口接50ω电阻，进行阻抗匹配，吸收溢出功率。
4.如权利要求1所述的一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，其特征在于所述的谐波分离模块1，谐波分离模块2……谐波分离模块n，分别对应为异频多工器1，异频多工器2…...异频多工器n，n是大于等于1的整数，n与被测件的待检测端口数目n一致；所描述的异频多工器包含一个输入端口和m个谐波输出端口，m个谐波输出端口的中心频率分别为f1，f2……fm，m是大于等于2的整数，m代表所检测谐波的次数；所述的异频多工器1的输入端口与被测件的输入端口相连，异频多工器1的1次谐波输出端口与定向耦合器的2端口直通端口相连，异频多工器1的第2、第3……第m次谐波输出端口共接后与谐波检测模块1的输入端相连；所述的异频多工器2、异频多工器3……异频多工器n的输入端依次分别与被测件的第2、第3……第n个待测端口相连，所述的异频多工器2、异频多工器3……异频多工器n各自的第1、第2……第m次谐波输出端口共接后再依次与谐波检测模块2、谐波检测模块3……谐波检测模块n的输入端口连接。
5.如权利要求4所述的一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，其特征在于所述的基波检测模块和谐波检测模块都为频谱分析仪，异频多工器的谐波输出端口可以全部接入频谱分析仪，也可以部分端口接入频谱分析仪；频谱分析仪的中心频率应与被测信号频率保持一致。
6.如权利要求5所述的一种用于多端口非线性器件的谐波检测装置，其特征在于频谱分析仪通过通信接口连接到电脑进行数据处理，并送入到显示器显示。
技术总结