变频群时延测试解决方案的探讨

葛久志

摘 要 在卫星通信链路、雷达收发链路和收发信机的研发、设计及测量中普遍会遇到内嵌本振的多级变频通道的应用，针对这些应用的增多，相应的测量方法也必须随之更新。本文介绍基于矢量网络分析仪进行内嵌本振的多级变频被测设备群时延测试的解决方案。

关键词 多级变频通道 矢量网络分析仪 群时延测试

中图分类号：TN98 文献标识码：A

0引言

变频器件广泛应用于通信、雷达、卫星等系统的上行和下行链路中，变频器件的群时延是影响误码率的关键参数。仅通过最大峰—峰相位波动并不足以全面反映器件的相位特性，而利用群时延却能有效表达相位失真的迹象。群时延是指群信号通过电气系统或网络传播时，系统或网络对信号整体产生的时延。群时延测量是基于相位的测量，可通过取相位差与频率差的比值来近似微分计算。

1测试原理及分析

1.1群时延测试原理

群时延（或群延时%m g ）又称为包络时延，信号传输时，总相移随角频率而变化的速度，亦即相位/频率特性曲线的斜率：

Tg=

在测试中用较小频率间隔HUf代替df，测试相应的相位差HU%odeg ：

Tg=

在变频被测件中，其输入与输出端口的相位关系不能直接测量，因为这两个频率并不相等。同时，其相位特性不仅仅与其自身相关，还受本振源相位的影响。

因此，混频器相位和群时延的测试是使用所谓的参考混频器技术。但是，当被测件的本振不能接入或接出时群时延测量就不能使用参考混频器技术，在以往一般采用“本振重建”技术。该方法是使用外部信号源或矢量网络分析仪第二个源作为参考混频器的本振，然后通过控制信号源的频率，直到中频的相位相对于时间的漂移很小。这一技术具有很多缺点，如动态范围和测量精度恶化、被测件本振不稳定时测量结果不稳定、测量速度低、当测量多级变频模块时更会出现不可预测的问题等。因此，采用双音法激励被测设备，测量被测设备的群时延，很好的克服了以往技术所存在的问题。

1.2双音法测试原理

在新的测试方法中，采用双音信号激励被测件。在输入和输出端分别测试双音信号的相位差，取其差值就得到DUT产生的相位偏移，从而获得群时延%mg，而DUT中的内置本振的相位%oLO不会影响群时延的测试结果。除了群时延，可以通过对群时延的积分计算其相对相位特性。

1.3校准原理及过程

测试之前需要采用已知参量的混频器作校准，即可测量出绝对群时延。如果需要测量相对群时延，则可以采用一个“理想混频器”（具有现行相位和平坦的群时延的混频器）用作校准。参考混频器的选择要求：工作频率等于或覆盖被测设备的测量频率范围，损耗尽量低，驻波尽量好，无需互易特性。

对于用作参考的混频器的绝对群时延值，可以由混频器厂家给出，也可由矢量网络分析仪测量，在校准时将测量结果文件导入到仪器中；对于群时延值相对参考混频器很大（不在一个量级）的被测设备可以在校准时近似 采用一个模糊的常数值代替。测量结果的误差将会是参考混频器群时延真实值与该模糊常数值的差。

在实际测量应用中，为了消除镜像频率对测量结果的影响，通常在被测设备的输出端加入滤波器（根据需要可选择低通滤波，高通滤波或带通滤波）。而为了改善参考混频器 与被测件之间的匹配状态，可以在参考混频器和被测设备的输入和输出端分别接入3～6dB的匹配衰减器。

2系统设置

2.1测试系统连接

测试系统的基本连接请参见下图。

图 1双音法测试系统连接图

2.2测试系统硬件组成

本系统核心是配备了矢量网络分析仪。同时校准过程需要根据被测设备的实际工作情况选用相应的信号发生器提供本振信号以及已知参量的混频器。

图2 扫频模式下频率设置

3测试实例及测量结果

3.1测试实例

本测试实例选用4端口矢量网络分析仪，ZVA8作为测试仪器，信号分析仪（FSQ26）作为内嵌本振的多级变频被测设备，测量R&SFSQ26射频输入到中频输出间的群时延值。

考虑到内嵌本振多级变频设备举例的一般适用性，本实例采用信号分析仪（FSQ26）作为被测设备来举例。信号分析仪（FSQ26）为内嵌本振的多级变频设备，内部采用本振根据射频输入扫频、中频固定的工作方式。仪器后面板有两个中频输出口（BNC），分别为IF OUT1（404.4 MHz）和IF OUT2（20.4 MHz）。本实例采用了扫频测量模式，对FSQ26射频输入和中频输出之间的群时延进行了测试，并且记录了测试的重要步骤和测试结果，对于内嵌本振的变频模块群时延测量具有普遍的适用性。依据本实例，可以广泛的指导内嵌本振多级变频模块的群时延的测试。说明该方案是进行内嵌本振的多级变频设备群时延测试的良好解决方案。

3.2测量结果

3.2.1 测量仪器设置

本测试实例中频率设置RF Frequency为Sweep；LO Frequency为Fixed；IF Frequency 为Auto；Start Frequency和Stop Frequency的设置根据被测设备的RBW值改变，太宽 不利于准确的查看测试结果；太窄则不能完全显示测试结果。本测试实例中采用RF中心 频率为5 GHz。

3.2.2 IF OUT1时延测试结果

改变被测设备的RBW，IF OUT1时延测量结果如下图3所示：

图3 RBW 50 MHz（Aperture 8 MHz）Figure 5RBW 20 MHz（Aperture 4 MHz）

4结论

本文采用双音法，通过扫频测量方式，利用矢量网络分析仪对被测设备（本例为信号分析仪R&SFSQ26）的RF输入（RF IN）到IF输出（IF OUT1与IF OUT2）之间的群时延进行了详细的测试，测试结果真实的反映了被测设备的群时延值。证明双音法能够准确的测试内嵌本振的多级变频设备的群时延。

本方法严格按照群时延的定义，在已知频率差的情况下测量相位差。本文的测试过程，可对内嵌本振的多级变频设备的群时延测试提供一定的指导意义，具有普遍的可操作性和适用性。