变频群时延的测试

通信工程中常用来描述信号相位失真的参量--群时延（也称为包络时延）的定义为：网络的特征相移 对频率变化曲线的斜率。当网络的相频特性为直线时，群时延Td为常数，通过网络各种频率的信号受到同样的延时，结果便不 会产生相位失真和调幅波的包络失真。当相频特性为非线性时Td便不为常数。欲求某个频率f上的群时延，只要在测试频率两边取f1和f2两点的频率和相位数据，便可求得群时延。也就是从物理意义上说，某一频率的群时延表示以该频率为中心的一个很窄频带内信号通过系统或网络的传输时间，在数值上等于相频特性的一阶微分，其通用表达式为：

本文介绍其两种测试方法。

1. 单载波相位法：

可利用矢量网络分析仪直接测出系统的相频特性，并计算出群时延。此时，矢量网络分析仪应根据系统带宽尽可能选择小的频率间隔△f。但另一方面，选择大的频率间隔△f，可以提高测试的准确度。矢量网络分析仪测群时延精度为：

通常，矢量网络分析仪的频率间隔为500kHz时，群时延测试误差＜1.2ns，频率间隔为100kHz时，群时延测试误差＜4ns。如

2. 调频/调幅法：

当信号在传输过程中没有包络失真时，系统的包络时延就等于系统的群时延。利用这一特性，采用较小的调制频率Ω，使系统在ωc±Ω带宽内无包络失真，从而实现群时延的测量。

其原理是：测试仪器用较低的基带信号对高频载波进行调频/调幅，此调频/调幅波通过被测系统后，由测试仪器中的标准解调器解调出包含了相位失真的基带信号，检测各个频率点的基带信号与晶体振荡器输出信号的相位差，就得到欲测试的频率范围内的群时延。为了避免慢漂移的影响，将晶体振荡器与基带信号进行相位锁定，其相位锁定在输入基带信号的平均相位上。

调频/调幅法的优点是被测系统更接近实际情况，其相位检测是在低频，测试精度较高。同时，由于测试中的参考相位是从解调后的低频基带信号中提取的，不需要单独的参考通道。因此，它可以方便地测试变频系统。

安立公司的ME538K微波系统分析仪当调制频率为500kHz时，测试群时延误差＜0.5ns。

安立公司的37369C和安捷伦公司的8720ES等矢量网络分析仪。这些矢量网络分析仪多适用于同频系统的测试，对于变频系统的测试，它需要一个群时延很小的参考通道变频器。目前，同频和变频带通设备的群时延测试可采用安立公司的标量网络分析仪54147A，它在增加了群时延选件后，采用直通频响校准和测试，通过Hilbert变换，计算出相对群时延，典型误差＜1ns。(叶红英)