雙通道矢量信號分析儀測試系統延遲特性

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測試目的

使用雙通道分析儀測試兩路相位相參的調制信號間的時間關系，驗證該方案在兩項應用中的可行性。一方面驗證使用相關技術方法測試信號間時間關系的可行性，另一方面通過對被測電路的輸出和輸入信號的相關測試，得到電路在復雜激勵狀態下的延遲特性。通過測試，檢驗Agilent 雙通道矢量信號分析儀完成雙路調制信號時間關系的分析測試功能和性能。

測試原理

工程應用中，通常需要對兩路信號進行幅度和時間相位關系的比較。特別是針對于分集接收機，相控陣雷達，MIMO系統等，這些系統中存在多路相位相參的調制信號。示波器是完成多路信號時域比較測試的標準儀表。對于正弦波，方波，脈沖調制等信號進行時間差分析是較容易實現的。先進的高采樣示波器也可提供非常高的時域分辨率，但對于一些連續的復雜調制信號，由于很難確定信號的觸發比較點，直接通過時域電壓波形的比較是不能確定兩路連續調制信號的時間關系的。



圖1兩路相參調制信號時間差值參數的測試結果

對于電子系統中的關鍵電路，往往需要測試其傳輸和反射特性，如放大器的增益，延遲，端口駐波等參數。網絡分析儀是測試器件傳輸和反射參數的重要儀表，具備非常高的測試精度，網絡分析儀在測試被測器件參數時，是通過掃頻信號激勵來完成參數測試的。對于放大器等有源器件來說，掃頻的激勵信號測試是很難反映器件的 AM/PM特性對信號參數的影響的，而器件在實際工作狀態下，由于激勵的為復雜調制信號，特別是相位調制的非恒定包絡激勵信號會引起器件的AM/PM效應。所以，網絡分析儀的掃頻測試結果很難精確反映電路在實際工作狀態下的延遲特性等參數。

針對上述測試問題，可以通過相關運算來確定任意信號間的時間關系。相關運算能反映兩路相參信號間的時間關系，通過兩路相參信號的相關運算，在信號時延差的位置上會出現相關數值的峰值。

Agilent 雙通道矢量信號分析儀具備對兩路信號的相關處理能力， 同時，儀表的兩個測試通道間具備相參的能力。

測試過程

使用Agilent E4438C 矢量信號源輸出QPSK 調制信號，通過功分處理后，信號1 作為參考信號，信號2 輸入到被測的延遲標準件中，被測器件輸出信號作為相關處理的信號。分析儀使用Agilent 81204A 寬帶示波器，示波器完成對兩路信號的采樣，示波器的兩個采集通道間保持相參關系，相關處理及其它參數的計算分析通過Agilent 89601A 矢量分析軟件完成。

兩路相參信號相關運算處理功能驗證

測試結果(見圖1)表明，利用Agilent 89601A+81204A 可完成對兩路相參調制信號時間差值參數的測試。相關函數峰值的數值為兩路信號間的時間差。Agilent 89601A 矢量分析軟件可同時顯示兩路獨立信號的頻譜、時域和相關運算等參數。提供對多路信號的完成測試能力。

測試儀表系統延遲校準

調制信號設置： 載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm


調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

為消除儀表和測試電纜、轉接頭等附件引起的系統誤差。將連接被測器件輸入/輸出端的電纜連接為直通狀態。測試得到系統兩個通道的延遲為2.734375ns。

被測器件延遲參數測試

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

將測試電纜連接到被測器件，在相同的激勵狀態下，測試兩路信號的延遲參數。測試結果為14.0625ns。

這樣，被測延遲的延遲參數為： 14.0635-2.734375=11.328ns。



圖2：相關處理分辨率性能

該結果與矢量網絡分析儀測試的結果是一致的。驗證了相關測試方法的正確性以及儀表的測試能力和測試精度。圖2為網絡分析儀測試時延的結果。

表1 相關測試的指標



儀表的相關處理性能

測試儀在完成相關處理時，相關函數計算出的時間范圍和分辨率與測試儀的性能和測試時的設置有直接關系。表1 為影響測試性能的重要設置。

矢量分析軟件是通過對儀表采集的數據進行計算，得到兩路信號的相關函數，相關處理的時間分辨率由儀表的采樣速率決定，儀表的實際信號采樣速率通過頻譜測試的掃頻寬度確定。圖3 所示為一個測試實例，儀表的頻譜測試帶寬為2GHz，此時，采樣間隔為：

1/(1.28×2GHz)=0.390ns=390ps

時間分辨率參數可在相關函數顯示中連續相鄰兩點的時間間隔測量中確定。

儀表測試靈敏度

當被測信號幅度降低時，儀表采集信號的信噪比惡化。會影響到測試結果的精度和正確性。圖4中，輸入信號的功率為-60dBm，通過81204A 寬帶示波器的采集和軟件分析，還可明顯反映兩路信號的相關關系。



圖3：測試靈敏度實驗


信號帶寬對測試結果的影響

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QP SK, 調制比特速率：20Mbps

對于調制帶寬較窄的信號，分析儀在測試時只需要低的采樣速率即可完成測試，但降低采樣速率會使相關處理的時間分辨率降低。然而，如果對窄調制帶寬的信號采用高速率采樣，又會使更多的寬帶噪聲信號被采集，從而使兩路信號中包含了更多的不相關的噪聲，使兩路信號的相關性降低，最終使相關峰值的讀值降低。所以，相關處理對于高帶寬調制信號的相關處理，具備更好的測試分辨率。

脈沖調制信號的相關測試

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

脈沖寬度：4ms，脈沖重復周期：20ms

對于脈沖調制的信號，需要使用觸發功能得到穩定的測試結果。Agilent 矢量分析儀支持靈活的內外觸發方式。對于脈沖形式的信號，同樣可以得到穩定的測試結果。

結語

使用相關處理的方法，可方便地確定兩路相參調制信號的時間關系。該功能還可應用于在復雜激勵調制下的延遲參數測試，該功能特別適用于寬帶復雜調制信號的分析測試。對于雙路窄帶調制信號或正弦波信號的分析，網絡分析儀具備600kHz 帶寬的精確測試能力。

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