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缩短多天线校准所需的测试时间
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作者: Dave Brannon、Alex Dickson，是德科技公司
对有源天线阵列进行校准需要很长的生产测试时间。大型阵列可能包含成百上千个阵元，有必要通过表征这些阵元间的相位和增益关系，以确保精密的波束赋形。而且，进行阵元调整所需的测试时间会随着阵元数量的增加而大幅增长。因此，使用多个相参测量通道能够有效地缩短测试时间。
现在通常使用一台多端口网络分析仪在天线上执行相对增益和相位测量，一般是通过开关矩阵对所有的天线端口或通道执行这种测量。这会产生很长的测试时间，尤其是对包含成百上千阵元的阵列。
可以用多种方法来缩短校准相位阵列天线所需的测试时间。其中最有效的方法应当是充分利用测试覆盖范围及其特定的天线体系结构。从根本上讲，对天线的阵元进行相对调整需要通过相对幅度（增益）和相位测量来实现。不过，这些测试需要由用户使用射频/微波探头在测试覆盖范围内的各种频率和相位 AUT 状态下进行。
为应对大规模、多通道天线校准的挑战，是德科技推出了一种校准参考解决方案（图1）。该参考解决方案是硬件、软件和测量专业知识的集成，为窄带天线校准测试系统提供关键组件。
M9703A 具有实时 DDC 功能和超高带宽，可作为该测试系统的解决方案，特别适用于校准应用。其多模块处理同步功能可提供卓越的通道间相位相参性。虽然参考解决方案针对的是窄带测量，但是M9703A也能捕获带宽更宽的信号（使用 DDC 特性时可达300MHz，不使用DDC时可达 600MHz）。假设大多数相位阵列天线都是在射频/微波频率上，并且使用一个中频数字转换器，此时有必要利用模拟混频技术将捕获到的信号下变频至 M9703A 通带内的中频。这可以通过 PXI 4通道下变频器来完成。这款PXI仪器还提供了信号调节功能，使下变频器输出与数字转换器输入相匹配。
对有源天线阵列进行校准需要很长的生产测试时间。大型阵列可能包含成百上千个阵元，有必要通过表征这些阵元间的相位和增益关系，以确保精密的波束赋形。而且，进行阵元调整所需的测试时间会随着阵元数量的增加而大幅增长。因此，使用多个相参测量通道能够有效地缩短测试时间。
现在通常使用一台多端口网络分析仪在天线上执行相对增益和相位测量，一般是通过开关矩阵对所有的天线端口或通道执行这种测量。这会产生很长的测试时间，尤其是对包含成百上千阵元的阵列。
可以用多种方法来缩短校准相位阵列天线所需的测试时间。其中最有效的方法应当是充分利用测试覆盖范围及其特定的天线体系结构。从根本上讲，对天线的阵元进行相对调整需要通过相对幅度（增益）和相位测量来实现。不过，这些测试需要由用户使用射频/微波探头在测试覆盖范围内的各种频率和相位 AUT 状态下进行。
为应对大规模、多通道天线校准的挑战，是德科技推出了一种校准参考解决方案（图1）。该参考解决方案是硬件、软件和测量专业知识的集成，为窄带天线校准测试系统提供关键组件。
M9703A 具有实时 DDC 功能和超高带宽，可作为该测试系统的解决方案，特别适用于校准应用。其多模块处理同步功能可提供卓越的通道间相位相参性。虽然参考解决方案针对的是窄带测量，但是M9703A也能捕获带宽更宽的信号（使用 DDC 特性时可达300MHz，不使用DDC时可达 600MHz）。假设大多数相位阵列天线都是在射频/微波频率上，并且使用一个中频数字转换器，此时有必要利用模拟混频技术将捕获到的信号下变频至 M9703A 通带内的中频。这可以通过 PXI 4通道下变频器来完成。这款PXI仪器还提供了信号调节功能，使下变频器输出与数字转换器输入相匹配。
图1 ：是德科技模块化 MAC 参考解决方案。
是德科技多通道校准参考解决方案给出了专为校准应用而设计的软件，由两部分组成：1) 评估图形用户界面和2) .NET 类库。该参考解决方案的关键软件组件是 .NET类库（.NET *.dll）。这个类库被命名为 MODIQController.dll。该参考解决方案通过图形用户界面为基于数字转换器的解决方案提供了一种演示和评估工具。该工具给出了数字转换器设置和控制、交叉通道结果显示、测量间隔分析等功能。
.NET 类库（图2）提供所有交叉通道测量、数字转换器控制（通过64位IVI-COM驱动程序）和波形数据结构，驻留在 MODIQController.dll 中运行。该类库能借助多模块处理同步功能自动收集一台或多台 M9703A 数字转换器的测量结果。它采用数字下变频技术（I/Q 样本）和分段（多记录）存储器选件，它也能提取单通道和交叉通道的相位和增益测量结果。
该参考解决方案还提供源代码，可供天线测试工程师使用或针对某个具体应用来改进源代码。这个类库能够在任意 .NET 编程语言或其他支持调入 .NET 组件的编程语言中重复使用。
图2：MAC 参考解决方案 .NET MODIQ Controller.dll。
这里，使用参考解决方案的主要优势在于同时测量多个相参通道的能力。并且，如果天线体系结构和/或测试范围（接收机/发射机）匹配，参考解决方案能够显著提升校准效率。此外，假设激励信号步进至不同校准音频时天线能够快速稳定，该参考解决方案中的快速频率切换特性也可以改进测试吞吐量。
下面的例子是一个快速数据采集操作，它捕获了670万个交叉通道测量结果（48个间隔 * 20e3个记录 * 7个比率测量通道对）。M9703A数字转换器可将一个以3.3GHz频率为中心的射频信号下变频为 300MHz 中频信号，所产生的相对相位测量方差为 0.008 °^2。每次测量是通过在测量间隔中整合多个I/Q 样本来完成。在不同的 AUT 状态下对测量结果进行分组，然后保存到数字转换器的分段存储器中（多记录或分段存储器特性）。最后，在整个测量周期结束时把数字转换器记录的数据上传到 PC 控制器（包含所有的分段）。
图3：1K样本，20K记录，8通道（设置1）。
测量系统的一个重要考虑因素是需要把如此大量的数据从数字转换器上传到 PC。借助模块化系统中的快速 PCIe Gen2 x8 链路，我们将会获得高达1GB/s的数据传输速率。在实例中，我们获得了200MB/s以上（图3显示的设置1）和400MB/s以上（图4显示的设置2）的传输速率，速率取决于设置参数，如分段数量等。因为该参考解决方案所用的软件是由 .NET 4.5（C#，Visual Studio 2012）编写，并针对x64操作系统（例如 Windows 7或8 64位）进行编译，所以可以把非常大的存储器容量分配到应用的内存集合。这会使内存充足的控制器获得高达每通道 2GB 的数据上传量。
