是德科技：浅谈混频器的相位特性测试

带的接收机，具有更高的测试灵敏度和动态范围 被测混频器的输入输出是直接连到矢量网络仪的测试端口上的，可以通过校准去除被测件和仪表之间端口失配的影响 矢量网络仪能够自行选取被测混频器的输出信号，不需要额外的镜像抑制滤波器 不要求被测混频器与参考混频器共本振，对于本振内嵌的混频器，可以采用算法估计出其内嵌本振的漂移（具体过程将在4.1中介绍）

基于以上几点，VMC已经被广泛的应用于高精度的变频器测试并作为相位测量的标准，不过它还存在一个问题，当LO频率发生变化时，需要重新提取校准混频器的参数，如果需要测试多个LO频率下的混频器特性，校准步骤会大大增加。

3.4.相位相参接收机测试法（SMC+Phase）

为了进一步简化混频器的测试，Keysight公司在PNA/PNA-X的硬件和软件上进行了创新，使它们的接收机在扫频的同时保证相位的连续（相位相参接收机），给接收机直接测试不同频点的信号相位关系提供了可能。

普通矢网的接收机在不同频点间的相位关系是不稳定的，无法进行标定。相位相参接收机则不然，下图是PNA-X的接收机在一段频率范围内的相位响应：

图9. 相位相参接收机频响特性

从图中可以看到，接收机的相位在扫频过程中呈现出了一定的规律性，尽管每次扫描看到的起始频点相位是随机的，但是点与点之间的相对相位保持不变，也就是说，接收机相位响应的斜率是恒定的。当扫频范围很宽时，可能会跨越矢网的不同频段，在频段边界点处将出现相位的跳变，但是跳变点两边的相位斜率也是恒定且一致的（如上图中Marker2）。由于频段的边界点位置固定，如果在处理显示时把边界点两边的相位拼接到一起，同时把每次扫描的结果都对起始频点做归一化，将能够得到一个稳定的接收机的相位轨迹。

以一个正常的非理想混频器为例，输入信号为IF，输出信号为RF，由第二节中的混频器散射矩阵可得输出信号表达式：

上式中，很容易获得，如果再测到bRF，aIF和aRF的幅度和相位，就可以计算出。aLO的相位在这里体现为变频响应的一个固定偏移量，对于混频器的群时延没有影响，因此可以直接将变频相位曲线对扫频范围内某个固定点做归一化（比如起始频点），不需要知道aLO的确切相位值。

基于相位相参接收机的混频器测试法（SMC+Phase）原理图如下：

图10.SMC + Phase测试原理图

bRF，aIF和aRF是通过矢网的接收机R1，R2和B进行测试的，测试结果中包含了接收机自身的频响特性以及测试电缆和连接器的响应。其中，测试电缆和连接器都是无源器件，它们的响应通过普通的双端口校准就能提取出来并做修正，比较困难的地方在于接收机的频响特性校准。前面提到过，PNA/PNA-X的接收机采用了相位相参的结构，能够保证不同频点间稳定的相位关系，因此可以通过合适的校准方法对其幅度和相位进行标定。

幅度的校准是用功率计实现的。相位校准采用了一个梳状波发生器（U9391系列），它的输入由矢网的10MHz参考提供，输出信号是以10MHz为重复频率的窄脉冲（脉宽<23ps），提供了一组宽带的等间隔梳状谱，间隔为脉冲的重复频率10MHz，谱线间相位关系是固定的，能够被精确地测量和回溯到美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology, NIST）。梳状波发生器输出信号如下图所示：

图11.梳状波发生器输出信号

为了提高测试和校准效率，SMC+Phase测试方法将校准过程分成了两部分，第一部分的校准平面为PNA/PNA-X的端口，修正的误差项除了矢网的系统误差以外，还包含了输出功率以及各个接收机在不同频段上的幅度和相位响应。校准步骤如下：

将梳状波发生器输出口连接到矢网的端口2，提取B接收机在不同频段上的相位响应，为了提高信噪比，通常会把端口2的定向耦合器反接（Port 2通过定耦的直通臂接入B接收机）。 将功率计接到矢网的端口1，校准矢网的输出功率以及R1接收机的幅度响应。 保持端口2定耦反接的状态，在矢网的端口1和端口2之间做全双端口的校准，获取此时的系统误差，并通过系统误差项将B接收机的相位响应以及R1接收机的幅度响应传递到其他接收机进行幅度和相位校准。 正常情况下矢网端口2的定耦不是反接的，此时需要把定耦恢复到正常状态，在矢网的端口1和端口2之间再做一次全双端口校准，与上一步获取到的校准数据结合起来，获取正常状态下矢网端口1和端口2之间的系统误差以及各个接收机的幅度/相位响应。

由于矢网的硬件非常稳定，这部分校准数据的有效性可以维持几个月，这段时间内不需要重复校准，只要在使用时调用