高精度多通道相参信号源系统测量与校准技术

对于相参信号源系统，另外一种常用的测量与校准方法是基于功率相消干涉的方法，其基本思想是：当两个幅度相等、包络对齐的相参信号相位差为180°的时候，两信号之和的功率为0，因此固定一个信号，调整另一个信号的相位并测量两路信号和信号的功率至最小(接近0)，此时可以测量出两相参信号的相位差。

与基于功率相消干涉的相参信号测量校准方法相比，我们所采用的基于信号相关处理的方法具有以下优点：

1. 基于功率相消干涉的方法无法对存在路径延时误差的相参信号进行测量，而基于信号相关处理的方法则能够精确地测量并校准相参信号中的路径延时误差。

2.基于功率相消干涉的方法要求各相参信号的幅度相等，信号幅度的不匹配会造成相参相位的测量误差，理论上0.2dB的幅度偏差会引起约2°的相位测量误差;而基于信号相关处理的方法对于各路相参信号的幅度没有限制。

3.基于功率相消干涉的方法由于要测量相参信号在功率相消情况下的和信号功率，此时的和信号功率非常低(接近0)，因此噪声对于测量结果会产生很大的测量误差，理论上要达到1°的测量精度需要保证信噪比和载波抑制比大于35dB;基于信号相关处理的方法由于采用了信号相关处理，信号的相关处理增益(在一般的实际应用中都可以获得超过20dB的相关处理增益)能够大大降低噪声对测量结果带来的误差。

因此基于信号相关处理的相参信号源测量与 校准方法具有更广泛的适用性和更好的鲁棒性。

　　安捷伦多通道相参信号源系统测量与校准解决方案

基于上节描述的基于信号相关处理的相参信号测量与校准方法，我们提出多通道相参信号源系统的测量与校准解决方案。仍以基于E8267D的双通道相参信号源系统为例，相参测量与校准解决方案的框图如图4。

该解决方案使用安捷伦高性能数字示波器DSA91304A对相参信号的高速数字采样，同时使用自动化相参误差测量与校准软件对采样数据进行数字下变频、包络延时和射频相位误差的测量与校准，并将校准后的基带波形数据重新下载给各个相参信号源，完成对整个相参信号源系统的校准。

该解决方案可灵活地进行扩展以支持多路相参信号源系统的测量与校准：对于不超过四通道的相参信号源系统，由于DSA91304A具有四路数据输入通道，因此该解决方案可以同时完成四通道相参信号源系统的测量与校准工作;对于四通道以上的相参信号源系统，则需要对所有信号源分组依次进行测量与校准，具体方法是：选定主E8267D作为参考信号源，将其余从信号源以三个一组进行分组，参考信号源固定连接在示波器通道1上，每次选取一组从信号源分别连接到示波器通道2至通道4上，对该组从信号源进行相参测量与校准，之后保持参考信号源连接不变，通道2至通道4切换到下一组从信号源进行测量和校准……直至全部信号源测量与校准完毕。

安捷伦多通道相参信号源系统测量与校准结果

基于上述解决方案，我们对一个实际的双通道相参信号源系统进行了相参测量与校准。该相参系统的参数如表1。

经过相参测量与校准后，分别设置两通道相参信号的相位差为0°和180°，实际测得两通道相参信号的相位差随时间变化曲线如图5。

利用DSA91304A观察经过相参校准后的相参信号，如图6所示。同时，利用示波器的相位测量功能可以验证相参信号的测量和校准精度(图(b)、(c)中红框所示)。

由测量结果可知，经过校准后的相参系统的相参相位精度(均值与方差)均在0.6°以内。因此，该多通道相参信号源系统测量与校准解决方案能够提供非常精确的相参测量和校准精度。

　　结论

本文研究了多通道相参信号源系统的相参测试与校准技术，分析了相参系统中影响相参相位精度的主要因素，并重点研究了多通道相参信号源系统中由路径延时误差产生的相参误差的测量和校准技术。同时介绍了安捷伦的多通道相参信号源系统以及基于相关处理技术的相参误差测量和校准解决方案。通过对实际相参信号源系统的测量与校准，证明了本文提出的相参误差测量和校准技术以及解决方案能够保证多通道相参信号源系统具有精确、稳定的相参性能。