一种基于无源互调辐射场的非线性测试定位的方法及装置与流程

本发明涉及微波电路器件检测技术领域，特别是涉及基于无源互调辐射场的非线性测试定位的方法及装置。

背景技术：

两个或两个以上的载波信号经过具有非线性响应的部件时，会产生不同于载波频率的新信号，此现象称为无源互调。无源互调(passiveintermodulationpim)是指两个或两个以上频率的发射载波在无源非线性器件中混合而产生的杂散信号，其已经对现代大功率、多通道通信系统造成干扰。

目前用于无源互调辐射场测试的方法主要基于天线对结构,使用载波天线对待测件进行照射,使用另一个具有选择特性的接收天线来接收待测件辐射出来的互调信号,通过用接收天线接收到的互调电平和背景电平比较，实现互调功率电平的测试及互调功率点的定位。而在此方法实际操作过程中，存在如下问题:

1.为区分待测件互调源点,实际的天线往往是高增益窄带天线,使得测试带宽受限，在更换频带后，测试天线也需要相应更换，引入多次天线连接之间的不确定性。

2.对于特殊结构的金属待测件，由于待测件结构的奇异性，使得载波照射困难。诸如具有电磁场屏蔽作用和频率选择作用的带有隔离及谐振结构，使得载波无法全功率馈入，进而造成个别异常非线性源点无法被甄别。

3.目前的pim分析仪是将信号放大部分与微弱信号检测部分结合，使得占用的大信号源无法被复用，造成仪器资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有基于天线辐射场的无源互调测试的窄带、空气衰减及载波照射困难问题，而提供基于无源互调辐射场的非线性测试定位的方法及装置，以提高互调测试的准确性和效率。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于无源互调辐射场的非线性测试定位的方法，使用开缝同轴与不同的互调测试仪组合连接，该开缝同轴的外导体上形成开缝作为载波发射及互调接收窗口，利用该开缝同轴与互调测试仪连接实现载波发射及互调信号接收，将载波发射端口及互调接收端口作为物理参考点，以该物理参考点实现互调异常点的功率测量的相对位置预测。

优选的，使用卡扼结构通过紧固螺钉实现与待测端面连接，通过控制开缝的大小和形状，实现对待测端面的电磁辐射强度和方向控制。

其中，所述开缝同轴分为单端开缝同轴以及周期性开缝同轴；

所述单端开缝同轴端接匹配低互调负载或使用距离最近段的开缝1/4波长的短路面，制成辐射及接收探头，作为开缝同轴探头使用，通过移动窗口位置能改变载波照射区；

所述周期性开缝同轴和单端开缝同轴单独或结合使用，通过与不同的互调测试仪组合连接，实现接触式pim测试。

优选的，所述单端开缝同轴接入单端口反射互调测试仪，使得单端开缝同轴即可同时实现载波发射和互调信号接收功能；所述周期性开缝同轴和单端开缝同轴结合，或是两个根据周期性开缝同轴组合形成双根开缝同轴结合使用时，其中一根用于载波发射，另一根用于接收检测互调信号。

优选的，使用一端接入大功率低互调负载的一端且一段开缝的同轴，作为载波发射及互调接收探头，接于单端口反射互调测试仪上，通过移动开缝位置，改变载波照射位置实现对互调异常点的功率值的测试和异常点的定位。

优选的，使用一根周期开缝同轴作为载波发射及互调接收同轴，两端接于传输和反射互调测试仪上，沿疑似互调异常点铺设，通过读取传输和反射互调值的差值，与测试之前的校准值比对，并基于下式实现对互调异常点的功率值的测试和异常点的定位：

式中，pim’r，pim'f分别表示测试前使用校准辐射pim源置于开缝同轴两侧的端第一个开缝处所读取显示的反射功率值与传输互调功率值，pimf为测试过程中读取的传输互调功率值，pimr为测试过程中读取的反射功率值，lf，lr分别表示互调异常点相对于传输测试端口的距离，以及相对于反射测试端口的距离，ltot表示开缝同轴总长度。

优选的，使用一根周期开缝同轴作为载波接收同轴，接于传输和反射互调测试仪的反射互调测试端口上，沿疑似互调异常点铺设；使用另一根单端开缝的开缝同轴探头沿疑似互调异常点扫描，将所测的传输互调与反射互调值进行比对，通过传输互调值的波动，实现对互调异常点的功率值的测试和异常点的定位。

优选的，使用一根周期开缝同轴作为载波接收同轴，接于传输和反射互调测试仪的反射互调测试端口上，沿疑似互调异常点铺设；使用另一根周期开缝同轴形成基于泄露同轴的辐射阵列，用于载波照射；通过载波分离的互调测试仪实现周期性开缝同轴上互调信号相对于双连接端口的距离与相位的测试，比对同轴长度标尺即可得出互调异常点位置，并通过相位校验后的插损计算单位长度互调衰减值，反算出互调测试点的绝对功率值。

本发明的目的还在于提供一种基于无源互调辐射场的非线性测试定位的装置，包括与开缝同轴配合使用的互调测试仪，通过双路信号采集及自我校准，实现互调异常点的幅度和位置检测；该互调测试仪具备双路的互调接收通路，分别用于以开缝同轴两端端口为基准的互调信号的幅度衰减和相位校验，用于互调信号幅度检测的单个互调检测通路包括滤波器、低噪声放大器、方向耦合器、移相器、衰减器、混频鉴相器；双路互调检测信号在被衰减器调制等幅后，进入混频鉴相器进行相位比对，得出两路互调信号的相对相位信息，移相器用于互调测试仪自校准时修正信号通道内部相位不对称性；两路双方向的互调信号相对相位信息则用于幅度测试的自校验；通过从双端口获得幅度和相位信息，按照如下关系式预测互调点的功率值和相对位置：

lf+lr＝ltot

ilu＝abs(pim'f-pim’r)/ltot

pimabs＝lf×ilu+pimf＝lr×ilu+pimr

式中，ilu表示单位长度开缝同轴关于互调信号的损耗，pimabs表示互调异常点功率的绝对值，m为整数，δφf-r是传输反射互调的相位差：

本发明的测试所用的开缝同轴的宽带特性适应于多频段扫频式的互调测试，同时通过改变同轴直径和长度，其可适用于具有特异性结构的互调检测场合。

本发明的测试定位的方法可避免由于待测件奇异结构对电磁辐射场的干扰，与天线辐射测试方法相比，具有与同轴结构相近的宽带测试特征，在测试互调功率值的同时还能对互调点进行定位。

本发明的基于开缝同轴的测试定位的方法，能实现较低成本的模块化无源互调测试，实现互调测试仪的复用。在已经具备整套互调测试设备的场合，开缝同轴测试定位的方法也能与现有的互调测试设备兼容,实现互调异常点的测试和定位。

与此同轴测试定位的方法一同提出的互调测试定位的装置，能使得大功率信号源可以单独控制，且可实现复用。

附图说明

图1-a是规则开缝同轴的示意图。

图1-b是开缝同轴电磁场辐射的示意图。

图1-c是八字形开缝同轴的示意图。

图2-a是通过低pim同轴线制得简易开缝同轴示意图。

图2-b,图2-c，图2-d分别是配合螺栓紧固卡扼实现的pim测试工装的示意图。

图3是使用开缝同轴线接入单端口反射互调测试仪后的效果图。

图4是双模式互调测试仪的框架图。

图5是基于单根规则开缝同轴和双模式互调测试仪的互调测试的框架图。

图6是使用开缝同轴线探头与规则开缝同轴接入双模式互调测试仪后的框架图。

图7是基于载波分离的互调测试仪和双根开缝同轴的互调检测示意图。

图8是基于载波分离模式的互调测试仪接收机的框架图。

图9是基于载波分离的互调测试仪和单根开缝同轴探头的互调检测示意图。

图中：1为标准开缝同轴的内导体，2为标准开缝同轴的外导体，3为标准开缝同轴的内导体与外导体间的介质层，4为标准开缝同轴的开缝窗口，5为标准开缝同轴的绝缘皮，6为低pim同轴线的绝缘层，7为低pim同轴线的外导体，8为通孔，9为卡扼工装的紧固螺栓，10为端接测试面，11为泄露端口，12为衰减器，13为方向耦合器，14为移相器，15为衰减器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于无源互调辐射场的非线性测试定位的方法，是基于泄露窗口辐射的开缝同轴非线性测试定位的方法，是使用开缝同轴线作为辐射源照射待测件和接收互调信号的方法,其使用方法可配合不同的单根开缝同轴、双根开缝同轴。

使用单根同轴，既作为电磁场发射源也作为互调信号接受单元，作为辐射源照射待测件时，是通过周期性阵列或单个开缝窗口对待测界面照射进行测试，其中可使用配套的卡扼结构用于金属材料非线性互调特性评估。

使用两根开缝同轴，其中一根开缝同轴线作为辐射源照射待测件,另一根开缝同轴作为互调信号接受单元，将接收同轴与双模式互调测试仪的反射互调接口连接，非线性点源辐射出来的互调信号沿着开缝同轴相两个方向传播，沿着相反路径被反射互调测试通道接收，沿着载波相同的方向被传输互调测试通道接收。由于开缝同轴本身衰减较大，通过比较沿正反两个方向传输的互调信号幅度差值得出互调点相对于同轴线的距离实现对互调异常点的位置预测。

如图1-a所示为标准开缝同轴的基本结构，包括内导体1，由绝缘皮5包裹的外导体2以及介于内导体与外导体间的介质层3，在外导体2的表面形成开缝窗口4。电磁辐射场通过外导体缝隙均匀照射于同轴外侧，如图1-b所示，形成对互调待测点的辐射阵列。也可以是八字形开缝，如图1-c所示，通过依次递进的开槽倾角θn，等间距的开缝间距p，实现各辐射振子之间的电磁信号的等幅照射。

如图2-a所示，开缝同轴也可通过现有低pim同轴线的包有绝缘层6的外导体7上开一定直径d大小的通孔8，形成开缝窗口自制而成。如图2-b所示，为根据自制低pim开缝同轴外导体直径定制专门的紧固螺栓9实现的卡扼结构，形成端接测试面10，通过泄露端口11照射端接测试面进行测试。使用时只需更换卡扼及紧固螺钉9即可，将待测接触面置于电磁辐射场中，实现不同接触端面在不同压力下的pim指标测试。

对于单根结构，可通过图2-b所示的卡扼工装可实现紧固端面的pim测试，用于材料及紧固扭矩对pim影响的评估。或将只有一端只有一段开口的开缝同轴接入单反射模式互调测试仪中，另一端终接低pim负载吸收载波，通过移动开缝照射区的位置，对待测件不同位置进行载波照射与互调信号接收，通过观测互调功率值变化实现对互调源点的定位。

如图3所示，是可以只在同轴一端进行开缝，并端接低pim负载(终端负载)，开缝区成为辐射测试区，将此同轴连接于单端口反射互调测试仪上，即连接于pim分析仪(单端口反射互调测试仪)的低pim连接器上，通过移动辐射区所照射的位置，观察互调信号的变化量，即可实现对互调异常点的检测和定位。

对于规则阵列的开缝同轴，可以是将规则阵列的开缝同轴接入现有双模式互调测试仪中，将规则阵列的开缝同轴沿待测整体部件铺设，通过测试反射及传输互调值并进行功率比对，可实现在测试pim值的同时对pim源点进行定位。

如图4所示，为一双端口传输与反射互调测试仪(双模式互调测试仪)的基本框架，其具备一端口或双端口发射载波和双端口的互调检测功能，包括反射互调接收模块与传输互调接收模块，反射互调接收模块包括双工器，滤波器，频谱仪，其中，双工器与对应的连接器连接，并与发射合路器连接，发射合路器的两路分别经功放器与两个信号源连接，传输互调接收模块包括双工器，滤波器，频谱仪以及低互调负载，双工器与低互调负载连接，并与滤波器连接，所述滤波器与频谱仪连接。

如图5所示，在图4的双模式互调测试仪(pim分析仪)的基础上使用一根周期性规则开缝阵列的同轴连接于反射互调测试端口，将周期性规则开缝的同轴沿疑似互调故障点路径铺设,形成基于泄露同轴的接收阵列，用于互调信号接收。使用前，分别使用校准辐射pim源置于开缝同轴两侧的端第一个开缝处，读取显示的反射功率值pim’r和传输互调功率值pim'f，则单位长度开缝同轴关于互调信号的损耗ilu及开缝同轴总长度ltot满足如下关系ilu＝abs(pim'f-pim’r)/ltot。通过读取传输和反射互调功率的差值，互调异常点相对于传输测试端口的距离lf，相对于反射测试端口的距离lr,满足于

从而实现对互调功率点定位。

基于上述结果，互调异常点功率的绝对值pimabs与测试时读取的传输互调值pimf与反射互调值pimr之间满足pimabs＝lf×ilu+pimf＝lr×ilu+pimr。

如图6所示，在双模式互调测试仪(pim分析仪)的基础上使用一根周期性规则开缝阵列的同轴连接于反射互调测试端口，另外的传输互调测试端口与一端开缝的探头式同轴连接，将周期性规则开缝的同轴沿疑似互调故障点路径铺设，开启互调测试仪的双模式测试功能，通过移动连接于传输互调测试端口的开缝探头使之与不同的疑似互调故障点接触，实现对故障路径的扫描，通过读取传输互调值上的变化，实现互调故障点的定位。

如图7所示，为一基于载波分离的互调测试框架图，其使用两根周期性规则开缝同轴，一根形成基于泄露同轴的辐射阵列，用于载波照射，另一根形成基于泄露同轴的接收阵列，用于互调信号接收，其互调测试仪接收机的框架如图8所示，通过载波分离的互调测试仪实现周期性开缝同轴上互调信号相对于双连接端口的距离与相位的测试，比对同轴长度标尺即可得出互调异常点位置，并通过相位校验后的插损计算单位长度互调衰减值，反算出互调测试点的绝对功率值。

如图8所示为基于载波分离的互调测试仪接收机的框架图，由滤波器、低噪声放大器、方向耦合器、移相器、衰减器、混频鉴相器、计算机定位程序构成，其单个互调检测通路由滤波器、低噪声放大器、方向耦合器13、衰减器12，用于互调信号幅度检测。通过双路通道接收来自正向和反向的互调信号，双路互调检测信号通过由滤波器、低噪放大器、方向耦合器，衰减器12进入频谱仪读取幅值的同时，另一路信号在被衰减器15调制等幅后，使得双路互调信号具备用于相位检测的相同幅度，从而在进入混频鉴相器进行相位比对时，得出两路互调信号的相对相位信息；移相器14用于互调测试仪在测试之前自校准时修正信号通道内部相位不对称性，两路双方向的互调信号相对相位信息则用于幅度测试的自校验。通过从双端口获得幅度和相位信息，过比对幅度信号，加之使用双路信号的相位信息校对幅度衰减的互调值，预测互调点的功率值和相对位置，得出互调异常点相对于检测同轴两端的位置，其校准测试步骤如下；

1)在测试之前，为消除电缆及接收通道的不对称，将人工放置的强pim辐射源置于接收开缝电缆的物理中间段，调整连接频谱仪的两个衰减器12，直至使两个频谱仪所检测出的功率值相等。

2)与此同时调整移相器14，连接移相器14的衰减器15，使混频鉴相器输出直流分量为0，此时接收系统的双通道处于对称状态。

3)此基础上为进一步增加准确度，选择开缝同轴偏离中心，位于电缆两侧的与互调测试仪双接收端口最近的泄露窗口，放置相同的强pim辐射源，调整移相器和衰减器，使得计算机算出的互调信号的物理位置与实际的位置相同，至此互调检测的测试仪即实现了自校准。

4)使用前,分别使用校准辐射pim源置于开缝同轴两端第一个开缝处，读取显示的反射功率值pim’r和传输互调功率值pim'f，定义单位长度开缝同轴关于互调信号的损耗ilu及开缝同轴总长度ltot,互调异常点相对于传输测试端口的距离lf，相对于反射测试端口的距离lr，δφf-r是传输反射互调的相位差，互调异常点功率的绝对值pimabs,读取的传输互调值pimf,反射互调值pimr之间满足如下关系，其中额外的相位检测用于小于一个波长范围内互调定位点位置的修正，m为整数，δφf-r是传输反射互调的相位差。

lf+lr＝ltot

ilu＝abs(pim'f-pim’r)/ltot

pimabs＝lf×ilu+pimf＝lr×ilu+pimr

如图9所示，在基于载波分离的互调测试仪接收机的基础上使用一根周期性规则开缝阵列的同轴连接于互调测试仪双接收端口，另外的载波只通过一端部分开缝的探头式同轴发射。将周期性规则开缝的同轴沿疑似互调故障点路径铺设，通过移动连接于载波信号源的开缝探头使之与不同的疑似互调故障点接触，实现对故障路径的扫描。按照图8说明中步骤校准之后，通过读取互调测试仪上互调功率值及互调位置，实现互调故障点的定位和功率测量。

综上可以看出，本发明将开缝同轴联合现成互调测试仪用于互调检测，特别是基于开缝同轴的用于微波系统载波分离的互调检测定位的方法，其通过比较传输与反射互调信号的幅度和相位得出互调点相对于开缝同轴的参考距离，其中相位信息用于衰减误差校正，使得测试过程可直接通过开缝同轴上的标尺读出互调点与开缝同轴的相对距离，并实现对互调异常点的实时定位，其与单端开缝探头结合，可进一步增加互调检测及定位的精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。