变频组件相位一致性测试通道的实现方法研究

1. 变频组件分类和主要性能指标

变频组件是微波设备的重要组成部分，直接影响整机和系统的动态范围、噪声系数等关键性指标。

变频组件有多种分类方式。按照本振源在变频组件中的位置，变频组件可以分为外置本振变频组件和嵌入式本振变频组件两类。按照输入和输出通道的数量，变频组件还可以分为一入多出变频组件、多入多出变频组件、多入一出变频组件等几类。当然，变频组件的类型也可以是上述分类方式的多种组合，如多入多出外置本振变频组件和多入多出嵌入式本振变频组件等。

变频组件的指标主要有端口驻波比、增益、带外抑制、群时延、通道间幅度一致性、通道间相位一致性、三阶交调和增益压缩等。其中，通道间相位一致性指标测试备受重视，并且实现难度较大。

2.多入多出外置本振变频组件的测试通道实现思路

对于相控阵体制装备来说，多入多出变频组件是一类常见的变频组件。由于受本振信号相位的影响，通道间相位一致性测试必须引入参考通道，在矢量混频器测量模式下，测试通道与参考通道依次进行比较，从而获取通道间相位一致性指标。

对于多入多出外置本振变频组件，参考通道主要有三种实现方式：

一是利用同型号的其它被测件的一个通道作为参考通道，好处是拿来即用，并可实现不同组件之间通道间相位一致性测试。坏处是需要额外提供供电、状态控制和本振信号，自身可能还有温飘，这给系统集成带来很大的麻烦。该方式一般不建议采用。

二是根据频率变换关系利用混频器部件自行搭建参考通道，优点是无需供电和状态控制，也有一定的通用性，可以放置在开关矩阵内部，同样也可以实现不同组件之间通道间相位一致性测试。缺点是由于变频损耗等原因，参考通道输出功率较低，容易造成测试结果不稳定。另外，还需要额外提供本振信号。虽然参考通道搭建的难度不大，但是有一定工作量。此外，对于嵌入式本振变频组件测试来说，自行搭建的参考通道与被测组件没有相参关系，只能进行群时延测试，不能实现通道间相位一致性测试。

三是利用被测件的某个通道作为参考通道，同样无需提供额外的供电、状态控制和本振资源，简单易行。更重要的是，该种方式不但适用于外置本振变频组件测试，而且适用于嵌入式本振变频组件测试。但是，缺点也是显而易见的，由于是将被测件的某个通道作为参考通道，只能获取一个被测件内部不同通道间相位一致性测试。另外，参考通道也需要进行端口驻波比等指标测试，因此，这也给开关矩阵拓扑结构的设计造成了一定难度。

表1 不同参考通道实现方法的对比

通过以上分析，结合实际测试需求一般是需要获取同一个组件的通道间相位一致性指标，因此，建议采用第三种方式，但是开关矩阵需要实现参考通道在矢量网络分析仪参考接收机输入和输出端口以及其它测试仪器端口之间进行切换。

3. 其它类型变频组件的测试通道实现思路

对于一入多出外置本振的变频组件，由于输入端口只有一个，实际上不方便将通道串接在矢网参考接收机输入和输出端口。不过，也因为输入端口只有一个，实际上可以在频偏工作模式下，变频组件的一个输出端口连接到矢量网络分析仪的一个端口作为参考通道，其它输出端口通过开关切换分时连接到矢量网络分析仪的另外一个端口，通过接收机比值测试的方式实现通道间相位一致性测试。需要说明的是，该方法只能实现单个组件内部通道间相位一致性测试。

受限于本振在组件内部的实际情况，嵌入式本振的变频组件无法实现组件间不同通道的相位一致性测试。对于一入多出嵌入式本振的变频组件通道间相位一致性测试方法同上，不再赘述。而对于多入多出嵌入式本振变频组件通道间相位一致性测试，可以按照方法三进行参考通道的搭建。

4. 相位一致性测试校准

相位一致性测试校准的目的是为了去除测试通道对于测量结果的影响。对于多入多出变频通道间相位一致性测试的校准，可以采用被测件的另外一个通道作为校准混频器。将其分别连入测试开关矩阵的测试通道，如首先连接到通道 ¹ 进行 VMC（混频器矢量测量）模式下的相位测试，保存测试曲线，然后更换校准混频器到第 2 个测试通道，并与第 1 次测试进行比较，由此获取了第 2个测试通道与第 1 个测试通道的相频响应差值，以此类推，可以获取系统中每个测试通道与第 1 个测试通道的相频响应差值，以此作为校准数据，在变频组件通道间相位一致性测试时作为补偿数据。

以被测件有10 个通道为例，说明校准过程如下：

a. 先以被测件 2 通道为参考通道，获取测试通道 1、 3～10 和 2 之间的相位差。

b. 以测试通道 1 为参考通道，对上述 9 个测试结果进行归一化处理，获取测试通道 3～10 和1 之间的相位差；

c. 切换开关再以被测件 3 通道为参考通道，获取测试通道 3 和 1 以及 3 和2 之间的相位差；

d. 将上述两个测试结果进行处理，可以获取测试通道2 和1 之间的相位差；e. 最终获取测试通道 2～10 与1 之间的相位差。

5. 结束语

利用上述方法，以某型号 10 通道上下变频组件为测试验证对象进行了工程实践，测试结果表明，方法可行有效，测试数据稳定可靠，并极大提高了测试效率。

此外，基于群时延测试结果也可以进行通道间相位一致性测试，在获取每个通道不同频点群时延的基础上，每个通道不同频点的群时延差值再乘以角频率就是通道间相位差。当然，这取决于群时延测试结果要准确可靠。

参考文献：

[1] 南冰 ， 何庆 ， 张海庆 . 变频类组件自动测试系统研究与实现 [J]. 电子测试 ，2020，（07）：31-32.

[2] 韦炜 ， 王洪林 . 基于开关矩阵的多功能变频组件自动测试平台 [C]//中国电子学会 .2017 年全国微波毫米波会议论文集（下册）. 中国船舶重工集团公司 723 所 ，2017：451-454.

作者简介：王勇（1982.02-），男，汉族，安徽蚌埠人，工作单位：，职称：工程师，学历：本科，研究方向：微波测试，单位邮编：