标题: 基于示波器的调制系统时延测量 [打印本页]

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作者: 520503    时间: 2013-11-16 22:40     标题: 基于示波器的调制系统时延测量

关键字：示波器   调制   时延测量  
一.引言
在导航、雷达、应答、授时、航天测控等领域，通过解析发射和接收信号的时间和相位关系来获的距离或速度。用于测距、测速的无线电波不仅在空间传播有时延，在发射和接收装置中传输、处理间延迟。发射、接收装置的核心部分是调制解调系统，准确测量调制系统的时延，并消除其在整个系入的误差，是提高测距、测速精度的前提。时延的测量方法可以概括为时域测量和频域测量两大类。

频域测量是用矢量网络分析仪测出设备的相位-频率特性，即S21的相位曲线，再对相频曲线微分到设备的群时延。这种测量方法适用于线性元器件，而不适合变频器件。虽然也存在三混频器法、双方法来解决变频器件的群时延测量，但这些方法无法解决混频器非互易性的问题。

时域测量一般是用时间间隔测量仪或示波器直接对设备输入和输出的信号进行测量。时间间隔测量仪只能测量波形简单的信号，如脉冲。而示波器能够直接采集、测量波形复杂的信号，适用性更广。

现代数字存储示波器可以实现带宽65GHz、采样率160GSa/s的高速采样，时间分辨率极高，并且可以对采样后的波形数据直接进行数字变频、滤波、解调、互相关等各种信号处理，因此用数字示波器可以方便地测量调制系统的时延。本文以型号为LeCory LabMaster 10-65Zi的示波器为例，详细阐述调制系统时延的测量、校准方法，并分析测量的不确定度。

二.测试框图和校准方法

图 1是示波器测量设备时延的连接框图。一激励信号源通过功分器输出两路信号，一路输入到被测设备，一路输入到示波器的一个通道。被测设备输出的信号接到示波器的另外一个通道。




这种连接方式使用的三条同轴电缆#1～#3以及功分器会引入误差。在测量之前需要校准。电缆#1和电缆#2，以及功分器两个输出端口传输的是同一信号，信号传播速度是一致的，因此可以采用交换法消除电缆#1和#2以及功分器的延迟差异。功分器两路输出端口可以看作分别和电缆#1和#2是一体的。假设三条电缆的时延分别为T1, T2, T3，被测设备的时延为T0。

先用示波器测量输入的两个信号时延，结果计为Tm1，则满足：

Tm1 T1 T0 T3 T2

将电缆#1和#2互换，即电缆#2接到被测设备，电缆#1接到示波器，但不改变它们和功分器的连接。时延测量结果计为Tm2，则满足：

Tm2 T2 T0 T3 T1

两式相加能够去掉电缆#1和#2的影响：

T0 T3 (Tm1 Tm2)/2

为了消除电缆#3引入的时延，使用LeCroy示波器内置的电缆去嵌功能，根据电缆的S参数去掉电缆引入的时延。这样示波器测量值已经是消除了T3的结果。

还有一个时延误差来源是示波器两个通道之间的时延差异，这可利用示波器自带的快沿信号来校准，校准后的时延测量值自动消除了通道间的延迟差异。

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