变频系统群时延测量技术探讨

框图

　　实验中，在E8257D中设置调制信号为400kHz，调制频偏为1MHz，"FM解调器"解调出的信号比较稳定，这样保证了测量精度。仪器分别采用示波器54855A、时间间隔分析仪53310A、频率计53132A做时间间隔测量仪，测试结果如图5所示，

　　图5 四种方式测试结果

　　其中曲线是对中心频率进行归一化后的结果。可以看出，四种方式的测试结果十分吻合。

　　测量分析及实际测量时的建议

　　从图5可以看出，几种方式在实际使用中都是可行的，可根据具体情况选择使用。

　　矢网法在测试变频系统时，从被测件的相频特性曲线微分计算得到群时延，比较直观，因为有精确的矢量校准，可以进行绝对群时延的测试。同时，矢网相位测量精度高，接收机中频带宽小(E8363B可达到1Hz)，原则上不受被测件带宽的限制，这一特点对测窄带变频器十分有意义。测试时，进行正确的校准后，选择合适的孔径都会得到稳定正确的测试结果。但为完成此校准，针对不同的变频系统要配备专用混频器和滤波器，还要求被测件能引出时基信号，连接比较复杂。相比之下，新一代PNA-X系列矢网，不需要共时基，能简化链路连接。建议在实际使用中，校准支路和测试支路一旦搭建好，要保持连接固定、不晃动，这样能减少误差。尤其在系统级测试中，一定要保证这一点。另外，要根据选用的混频器性能，给出足够大的本振信号和射频信号，无论校准或测试时都要保证这一点。

调制法中"解调器"的解调质量十分重要，解调出的信号越稳定，测试结果精度越高。通常解调质量受四个因素影响：被测变频器带宽、调制指数β、调制频率fm和调制带宽BW。

　　一方面，为保证解调质量，调制带宽BW要远小于被测变频器带宽;另一方面，调制制度增益GFM越高，越有利于解调质量，从公式(5)可以看出，调制制度增益正比于调制带宽，这样一来，就要综合考虑调制带宽BW的取值。我们经过实验给出BW的推荐取值：最大不超过被测变频器带宽的20%。

　　另外，调制信息全部包含在调制信号上，选择调频载波为零的点，也有利于解调质量。表1列出β取下列各值时，载波会出现零点。

　　表1 调频载波各零点数值表

　　从公式(6)、(7)还可以看出，减小调制指数β和调制频率fm，也能降低调制带宽BW。对于宽带变频器件(MHz)，选取β和fm的余地比较大。对于窄带变频器件(kHz)，理论上要求对应的调制频率fm越小越好，而实际上，由于工程实现时受硬件性能影响，fm一般不能小于50kHz(经验值)。这样一来，β取2.405时，对于小于500kHz的窄带变频器，用硬件解调的方式基本是测不准的。对于窄带变频器件，建议采用软件解调方式。

　　BW=2(?f+fm)=2 fm(β+1) (6)

　　β=?f/ fm (7)

　　调制法中要想进行精确校准，必须有一个和被测件有同样变频性能的标准变频器，在实际应用中，很难找到这样的标准器件。因此，如果只关心被测变频器在工作带宽内的群时延变化，不测绝对群时延，不用对测试支路进行校准，采用这种方法比较好。这样相比测试带宽，连接电缆、变频器、解调器可以认为是宽带器件，在工作带宽内不会影响测试结果。实验也证明了这一点。