双通道矢量信号分析仪测试系统延迟特性

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测试目的

使用双通道分析仪测试两路相位相参的调制信号间的时间关系，验证该方案在两项应用中的可行性。一方面验证使用相关技术方法测试信号间时间关系的可行性，另一方面通过对被测电路的输出和输入信号的相关测试，得到电路在复杂激励状态下的延迟特性。通过测试，检验Agilent 双通道矢量信号分析仪完成双路调制信号时间关系的分析测试功能和性能。

测试原理

工程应用中，通常需要对两路信号进行幅度和时间相位关系的比较。特别是针对于分集接收机，相控阵雷达，MIMO系统等，这些系统中存在多路相位相参的调制信号。示波器是完成多路信号时域比较测试的标准仪表。对于正弦波，方波，脉冲调制等信号进行时间差分析是较容易实现的。先进的高采样示波器也可提供非常高的时域分辨率，但对于一些连续的复杂调制信号，由于很难确定信号的触发比较点，直接通过时域电压波形的比较是不能确定两路连续调制信号的时间关系的。



图1两路相参调制信号时间差值参数的测试结果

对于电子系统中的关键电路，往往需要测试其传输和反射特性，如放大器的增益，延迟，端口驻波等参数。网络分析仪是测试器件传输和反射参数的重要仪表，具备非常高的测试精度，网络分析仪在测试被测器件参数时，是通过扫频信号激励来完成参数测试的。对于放大器等有源器件来说，扫频的激励信号测试是很难反映器件的 AM/PM特性对信号参数的影响的，而器件在实际工作状态下，由于激励的为复杂调制信号，特别是相位调制的非恒定包络激励信号会引起器件的AM/PM效应。所以，网络分析仪的扫频测试结果很难精确反映电路在实际工作状态下的延迟特性等参数。

针对上述测试问题，可以通过相关运算来确定任意信号间的时间关系。相关运算能反映两路相参信号间的时间关系，通过两路相参信号的相关运算，在信号时延差的位置上会出现相关数值的峰值。

Agilent 双通道矢量信号分析仪具备对两路信号的相关处理能力， 同时，仪表的两个测试通道间具备相参的能力。

测试过程

使用Agilent E4438C 矢量信号源输出QPSK 调制信号，通过功分处理后，信号1 作为参考信号，信号2 输入到被测的延迟标准件中，被测器件输出信号作为相关处理的信号。分析仪使用Agilent 81204A 宽带示波器，示波器完成对两路信号的采样，示波器的两个采集通道间保持相参关系，相关处理及其它参数的计算分析通过Agilent 89601A 矢量分析软件完成。

两路相参信号相关运算处理功能验证

测试结果(见图1)表明，利用Agilent 89601A+81204A 可完成对两路相参调制信号时间差值参数的测试。相关函数峰值的数值为两路信号间的时间差。Agilent 89601A 矢量分析软件可同时显示两路独立信号的频谱、时域和相关运算等参数。提供对多路信号的完成测试能力。

测试仪表系统延迟校准

调制信号设置： 载波频率：2GHz， 输出功率: 0dBm


调制方式：QPSK, 调制比特速率：100Mbps

为消除仪表和测试电缆、转接头等附件引起的系统误差。将连接被测器件输入/输出端的电缆连接为直通状态。测试得到系统两个通道的延迟为2.734375ns。

被测器件延迟参数测试

调制信号设置：载波频率：2GHz， 输出功率: 0dBm

调制方式：QPSK, 调制比特速率：100Mbps

将测试电缆连接到被测器件，在相同的激励状态下，测试两路信号的延迟参数。测试结果为14.0625ns。

这样，被测延迟的延迟参数为： 14.0635-2.734375=11.328ns。



图2：相关处理分辨率性能

该结果与矢量网络分析仪测试的结果是一致的。验证了相关测试方法的正确性以及仪表的测试能力和测试精度。图2为网络分析仪测试时延的结果。

表1 相关测试的指标



仪表的相关处理性能

测试仪在完成相关处理时，相关函数计算出的时间范围和分辨率与测试仪的性能和测试时的设置有直接关系。表1 为影响测试性能的重要设置。

矢量分析软件是通过对仪表采集的数据进行计算，得到两路信号的相关函数，相关处理的时间分辨率由仪表的采样速率决定，仪表的实际信号采样速率通过频谱测试的扫频宽度确定。图3 所示为一个测试实例，仪表的频谱测试带宽为2GHz，此时，采样间隔为：

1/(1.28×2GHz)=0.390ns=390ps

时间分辨率参数可在相关函数显示中连续相邻两点的时间间隔测量中确定。

仪表测试灵敏度

当被测信号幅度降低时，仪表采集信号的信噪比恶化。会影响到测试结果的精度和正确性。图4中，输入信号的功率为-60dBm，通过81204A 宽带示波器的采集和软件分析，还可明显反映两路信号的相关关系。



图3：测试灵敏度实验


信号带宽对测试结果的影响

调制信号设置：载波频率：2GHz， 输出功率: 0dBm

调制方式：QP SK, 调制比特速率：20Mbps

对于调制带宽较窄的信号，分析仪在测试时只需要低的采样速率即可完成测试，但降低采样速率会使相关处理的时间分辨率降低。然而，如果对窄调制带宽的信号采用高速率采样，又会使更多的宽带噪声信号被采集，从而使两路信号中包含了更多的不相关的噪声，使两路信号的相关性降低，最终使相关峰值的读值降低。所以，相关处理对于高带宽调制信号的相关处理，具备更好的测试分辨率。

脉冲调制信号的相关测试

调制信号设置：载波频率：2GHz， 输出功率: 0dBm

调制方式：QPSK, 调制比特速率：100Mbps

脉冲宽度：4ms，脉冲重复周期：20ms

对于脉冲调制的信号，需要使用触发功能得到稳定的测试结果。Agilent 矢量分析仪支持灵活的内外触发方式。对于脉冲形式的信号，同样可以得到稳定的测试结果。

结语

使用相关处理的方法，可方便地确定两路相参调制信号的时间关系。该功能还可应用于在复杂激励调制下的延迟参数测试，该功能特别适用于宽带复杂调制信号的分析测试。对于双路窄带调制信号或正弦波信号的分析，网络分析仪具备600kHz 带宽的精确测试能力。

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