微波仿真测试解决方案之——针对微波器部件的某通信系统半实物仿真测试试验

2020-09-11 点击:20

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一般情况下，用户会采用实际装配试验来衡量和判定各器部件的指标是否满足系统整体性能的要求，该种方式迭代周期长，容错率低，无法满足系统装备的更新速度；而采用全数字仿真模拟，则无法真实地反应和评估出实际研发器部件的指标对系统性能的影响。有鉴于此，本文以3672矢量网络分析仪为核心测量主机，配以商业软件，用以模拟可嵌入实测数据的数字通信系统链路，向用户展示了半实物仿真测试试验的构建过程，为用户全面检测和高效验证各器部件的指标是否满足系统整体性能的要求提供解决方案。

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系统组成

测试系统组成如图1所示，此系统的主要组成为：

（1）测试主机：矢量网络分析仪，型号3672E，频段10MHz ~67GHz；

（2）仿真软件：Visual System Simulator；

（3）机械校准件：2.4mm同轴校准件；

（4）滤波器：腔体滤波器，BP2630-45-8CSD；

（5）低噪声放大器：频段2GHz-50GHz，增益28dB；

（6）测试电缆若干。

图1 半实物仿真测试系统实物图

仿真测试流程

(1) 仿真链路搭建

打开VSS系统仿真软件，创建一个新工程，点击[System Diagrams] →[New System Diagram]，键入“QAM System with Ideal Filter and Ideal AMP”，创建理想的系统图。点击[Elements]选项，在系统图中依次添加如表1所示的元器件，搭建如图2所示的通信仿真链路来模拟和分析理想（实际）低噪声放大器和带通滤波器对通信系统输出功率的影响。

表1 元器件列表

图2 通信系统仿真链路

(2) 校准

启动矢量网络分析仪并预热30分钟以上，并对矢量网络分析仪进行如图3所示的短路（SHORT）-开路（OPEN）-负载（LOAD）校准和未知直通（Unknown thru）校准，对系统误差进行修正，提高仪器测量精度。

图3 矢量网络分析仪SOLT全双端口校准

(3) 仿真主机与测试主机连接

使用LAN将矢量网络分析仪与仿真主机进行连接。注意：需保证两者处于同一网段内。

(4)DUT参数测量

使用预热和校准完成后的矢量网络分析仪对被测器件（低噪声放大器/带通滤波器）的性能指标参数进行测试，矢量网络分析仪的参数设置如表2所示。

表2 矢量网络分析仪参数设置

(5) 实测数据实时嵌入

本文采用VSS的TestWave进行实测数据的实时传输，首先以带通滤波器的实测数据实时传输为例：

a.实测数据**。

点击VSS主界面[Project]→[TestWave]→[Instrument Data Transfer]进入如图4所示的操作界面。此时，[Instrument]显示连接仪器的型号[Ceyear 3672 Series]，[IP Address]显示仿真主机设置的IP地址，[Measurement Data]选择[Full 2-Port R]，[Destination S-Parameter Store]列表**色的S11，S12，S21，S22参数代表带通滤波器的实际测试数据；

图4 TestWave实测数据传输

b.实测数据嵌入。

点击TestWave的[Data Management]选项卡，进入如图5所示的操作界面，在[Name]选项中键入文件名“FILTER”，点击[Embed Updated Data File in Project]，带通滤波器的实测数据便嵌入到仿真工程中的[Data Files]目录下，文件名为“FILTER”；

图5 仿真链路嵌入实测数据

c.同理，依次执行步骤a和步骤b，低噪声放大器的实测数据同样嵌入到了仿真工程中的[Data Files]目录下，文件名为“LNA”。为与滤波器数据区分，在执行步骤b时，将[Name]选项中的文件名命名为“LNA”；

至此，实际滤波器和低噪声放大器的测试结果全部嵌入到VSS仿真工程的[Data Files]目录下，文件名分别为“FILTER”和“LNA”，如图5所示。

(6) 半实物仿真链路搭建

在VSS主界面点击[project] →[System Diagrams] →[New System Diagram]，键入“QAM System with Measured Filter and Measured AMP”，创建半实物仿真测试系统图。按照步骤（1）进行仿真链路搭建，需要注意的是，需添加LIN_S元件替换图2中的AMP_B和BPFB，用以接收实测低噪声放大器和带通滤波器的测试数据。具体操作为：依次点击VSS主界面的[Project]→[Elements]→[RF Blocks]→[Linear Filters]→[Simulation based]选择LIN_S元件，替换图2中的理想放大器AMP_B和理想带通滤波器BPFB，并将LIN_S元件的NET参数分别指向[Data Files]下面的“LNA”和“FILTER”数据，搭建如图6所示的半实物仿真测试链路。

图6 半实物仿真测试链路

(7) 结果对比分析

点击VSS主界面的[Run/Stop System Simulators]按钮，便可得到如图7所示的理想链路和半实物仿真链路的输出功率谱曲线。可以看出，对于理想链路，经过滤波器和放大器后，信号功率放大27.554dB，半实物仿真测试链路，信号功率放大26.996dB。而且带通滤波器表现出了较为平坦的通带特性。理想滤波器带外抑制更为明显，低端带外抑制达118.056dB，高端带外抑制可达119.256dB，滤波效果显著。实际滤波器的低端带外抑制为69.764dB，高端带外抑制为69.774dB。尽管实际滤波器的带外抑制较差，但总体上满足该系统需求。

图7功率谱仿真测试结果

结论

本文以3672矢量网络分析仪为核心测量主机，以AWR的VSS系统级仿真模块模拟器件的运行环境，并将实际带通滤波器和低噪声放大器的实测数据嵌入仿真系统中，成功搭建了半实物仿真测试系统，真实地模拟和分析了实际带通滤波器和低噪声放大器指标对系统性能的影响。