確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法
【專利摘要】本發明涉及確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，首先對微波部件3階無源互調電平的測量值對載波功率之和進行多項式擬合，基于擬合后的3階無源互調電平隨載波功率之和的變化曲線，以載波功率之和的最小值向更小取整為起始功率，以載波功率之和的最大值向更大取整為終點功率，以待預測高階無源互調的載波功率為中心，依次采用奇數個功率及互調電平測量值對3階無源互調電平隨功率變化關系的冪級數展開式進行參數估計，從而實現對高階無源互調電平的預測，該方法實現微波部件寬功率變化范圍高階無源互調的準確預測，為后續型號在高階無源互調測試系統不具備條件下微波部件高階無源互調電平的評估提供了有效手段。
【專利說明】
確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，屬于微 波部件無源互調領域。
【背景技術】
[0002] 無源互調(Passive-Intermodulation，簡稱PIM)是指在大功率條件下，當輸入兩 個或者兩個以上載波時，由于微波無源部件的非線性導致載波信號相互調制，產生載波頻 率的組合產物落入接收通帶內造成干擾的現象，當互調電平較低時，會使接收信號底噪抬 高，使接收機信噪比降低，誤碼率升高；當互調電平進一步增高時，會影響整個通信系統的 正常工作，被迫降低功率使用，或分通道使用;嚴重時互調產物將淹沒接收信號，導致通道 阻塞，通信中斷，使整個系統處于癱瘓狀態。因此無源互調效應是影響航天器載荷性能、高 可靠性的重要因素。
[0003] 在空間應用中，受頻率資源的限制，發射信號和接收帶寬通常相距較遠，無源互調 的階數通常較高。而高階的無源互調的功率電平更小，對小信號的觀測較困難導致高階的 無源互調測量困難較大，而測試低階的無源互調相對容易。因此在進行微波部件無源互調 分析評價時，通常需要根據低階無源互調來預測高階無源互調電平，從而實現對微波部件 無源互調特性的評價。
[0004]而低階無源互調電平測量值隨功率增長在較寬功率范圍內并非線性關系，而傳統 的預測高階無源互調電平的方法要么假設低階無源互調電平測量值隨功率增長為線性關 系，要么采用所有預測值進行高階多項式擬合，存在電平奇異值，預測誤差大，無法滿足微 波部件無源互調性能評估的要求，因此需要實現寬功率變化范圍微波部件高階無源互調電 平的準確預測。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種確定微波部件寬功率變化 范圍高階無源互調電平的方法，該方法能夠實現微波部件高階無源互調的準確預測，為后 續型號在高階無源互調測試系統不具備條件下微波部件無源互調水平的評估提供了有效 手段。
[0006] 本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：
[0007] 確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟（1)、預先給定N個功率的3階無源互調電平測量值Pmea3(i)，i = l-_N，其中無 源互調測量時輸入的兩路載波信號功率相等，Ps(i)為第i個無源互調測量輸入兩路載波信 號的總功率，；
[0009] 步驟(2)、設定功率范圍內的無源互調功率點總數為NN，第j個無源互調測量輸入 的單路載波信號功率為P '。( j)，則：
[0010] NN = Pmax-Pmin+l ;
[0011] p)c(j)=p)s(j)-3,j = l---NN；
[0012] 其中：pmin為min{ps(i)}以l〇向小取整；
[0013] pmax為max{ps(i)}以 1〇向大取整；
[0014] p's(j)=pmin+j-i;
[0015] 步驟(3)、采用最小二乘法獲得最小時對應的系數pi，p2， p3,其中:P3f(i)的表達式如下：
[0016] p3f(i)=pi+p2*ps(i)+p3*(Ps(i))2*log(P s(i))i = l......N；
[0017] 步驟⑷、根據系數pl，p2，p3得到3階無源互調電平測量值Pmea3(i)的修正值P' mea3 (j);
[0018] 步驟(5)、從NN個功率點中第1個功率點開始選取奇數Μ個點，獲得Μ個功率點的中 心點的5階無源互調值PlM5 ( j )、7階無源互調值PlM7 ( j )和9階無源互調值PlM9( j);從ΝΝ個功率 點中第2個功率點開始選取奇數Μ個點，獲得Μ個功率點的中心點的5階無源互調值PM5(j )、7 階無源互調值Pm( j)和9階無源互調值PM9( j);依次類推，共獲得NN-M+1個功率點的5階無 源互調值PlM5( j)、7階無源互調值PlM7( j)和9階無源互調值PlM9( j) 〇
[0019] 在上述確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法中，所述步驟(4) 中根據系數口142，？3，通過如下公式得到3階無源互調電平測量值?《^(1)的修正值？'《^ (j)：
[0020] p'mea3( j)=p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = l...NN。
[0021] 在上述確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法中，所述步驟(5) 中獲得NN-M+1個功率點的5階無源互調值Pm(j)、7階無源互調值Pm( j)和9階無源互調值 PlM9(j)的具體方法如下：
[0022] (1)、令 ? = 〇;
[0023] (2)、令力_ = ^+1，取1個功率點？'。（力_)，卩'。（]」+1)，……P'c(jj+M_l)及其對應的 無源互調值，采用最小二乘法獲得
最小時對應的系數a 3，a 5， &7，&9，&11，其中？1(?3(]_)的表達式如下：
[0025] (3)、采用步驟(2)得到的系數，根據如下公式獲得Μ個功率點的中心點的5階無源 互調值PlM5( j )、7階無源互調值PlM7( j )和9階無源互調值PlM9( j ):
[0029] (4)、判斷力_>順-1+1，若否，令^加1，返回步驟(2);若是，進入步驟(5);
[0030] (5)、結束。
[0031] 在上述確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法中，所述獲得的 NN-M+1個功率點的5階無源互調值PM5( j)、7階無源互調值PM7( j)和9階無源互調值PM9( j)， 其對應的載波信號的總功率為
[0032] 本發明與現有技術相比具有如下有益效果：
[0033] (1)、本發明給出一種新型的確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的 方法，首先對微波部件3階無源互調電平的測量值對載波功率之和進行多項式擬合，基于擬 合后的3階無源互調電平隨載波功率之和的變化曲線，以載波功率之和的最小值向更小取 整為起始功率，以載波功率之和的最大值向更大取整為終點功率，以待預測高階無源互調 的載波功率為中心，依次采用奇數個功率及互調電平測量值對3階無源互調電平隨功率變 化關系的冪級數展開式進行參數估計，采用獲得的參數結合高階無源互調表達式進行高階 無源互調的計算，從而實現對高階無源互調電平的預測，；
[0034] (2 )、本發明方法針對無源互調在寬功率變化范圍內隨載波功率呈非線性關系的 問題，很好的解決了微波部件高階無源互調預測的難題，計算結果與高階測量結果吻合良 好，預測方法具有較高的準確性；
[0035] (3)、本發明方法對微波部件寬功率變化范圍高階無源互調進行了準確預測，可以 代替實際測試得到準確的高階無源互調值，省去了測試的繁瑣程序，降低成本，為后續型號 在高階無源互調測試系統不具備條件下微波部件無源互調水平的評估提供了有效手段。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法流程圖； [0037]圖2為本發明實施例中的基于3階無源互調電平預測的5、7、9階無源互調的結果與 測量值的對比圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述：
[0039] 如圖1所示為本發明確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法流程 圖，本發明微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法具體包括如下步驟：
[0040] 步驟（1)、預先給定N個功率的3階無源互調電平測量值Ρ?^(?)4 = 1···Ν，其中無 源互調測量時輸入的兩路載波信號功率相等，Ps(i)為第i個無源互調測量輸入兩路載波信 號的總功率;功率單位為dBm。
[0041]步驟(2)、設定功率變化范圍內的無源互調功率點總數為NN，第j個無源互調測量 輸入的單路載波信號功率為P '。( j)，則：
[0042] NN = Pmax-Pmin+l ；
[0043] p，c( j) = p，s (j )-3，j = 1 …順;功率單位為 dBm;
[0044] 其中：Pmin為min{Ps(i)}以10向小取整，
[0045] Pmax為max{Ps(i)}以 10向大取整；
[0046] p，s(j)=pmin+j-i;
[0047] 例如10~19以10向小取整為10; 10~19以10向大取整為20。再例如20~29以10向 小取整為20; 20~29以10向大取整為30，依次類推。
[0048] 步驟(3)、采用最小二乘法獲得
最小時對應的系數pi，p2， p3,其中:P3f(i)的表達式如下：
[0049] p3f(i)=pi+p2*Ps(i)+p3*(Ps(i))2*log(P s(i))i = l......N；
[0050] 步驟(4)、根據系數？1，？2，？3，通過如下公式得到3階無源互調電平測量值?《^(1) 的修正值P'm ea3(j):
[0051 ] p'mea3( j) = p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = 1···ΝΝ。
[0052] 步驟(5)、從NN個功率點中第1個功率點開始選取奇數M個點，獲得M個功率點的中 心點的5階無源互調值PlM5 ( j )、7階無源互調值PlM7 ( j )和9階無源互調值PlM9( j);從NN個功率 點中第2個功率點開始選取奇數Μ個點，獲得Μ個功率點的中心點的5階無源互調值PM5(j )、7 階無源互調值Pm(j)和9階無源互調值PIM9(j);依次類推，通過循環的方法，共獲得NN-M+1 個功率點的5階無源互調值PlM5 ( j )、7階無源互調值PlM7( j )和9階無源互調值PlM9( j ) 〇
[0053] 獲得NN-M+1個功率點的5階無源互調P皿（j)、7階無源互調P頂7( j)和9階無源互調 PlM9(j)的具體方法如下：
[0054] (5.1)、令 ii = 〇;
[0055] (5 · 2)、令 j j = i i+1，取Μ個功率點P ' c( j j)，P ' c( j j+1)，……P ' c( j j+M_l)及其對應 的無源互調值，采用最小二乘法獲得
最小時對應的系數a3，a5， &7，&9，&11，其中？1(?3(]_)的表達式如下：
[0057] 其中：PIM3(j)為3階無源互調隨功率變化關系的冪級數展開式。
[0058] (5.3)、采用步驟(2)得到的系數，根據如下公式獲得Μ個功率點的中心點的5階無 源互調值PlM5( j)、7階無源互調值PlM7( j)和9階無源互調值PlM9( j):
[0062] (5.4)、判斷]_]_>順-1+1，若否，令^加1(即令^的值增加1)，返回步驟(5.2);若是， 進入步驟(5.5);
[0063] (5.5)、結束。
[0064] 獲得的NN-M+1個功率點的5階無源互調值P皿（j)、7階無源互調值Pm( j)和9階無 源互調值PIM9( j):
個功率點的無源互調值，其對應的載波信號的 總功率為p's(j)，
[0065] 實施例
[0066] (1)、N=47;給定3階的無源互調測量值，第一列為Ps(i)，第二列為對應的3階無源 互調測量電平Pmea3(i)，? = 1···Ν。
[0069] (2)、設定功率變化范圍內的無源互調功率點總數NN = 31，Pmin = 20，Pmax = 50，P ' s (j) = j+19，P ' c( j) = j+16，j = 1 …亂
[0070] (3)、采用最小二乘法獲得最小時對應的系數pl，p2，p3， 其中:P3f(i)的表達式如下：
[0071 ] p3f(i)=pi+p2*Ps(i)+p3*(P s(i))2*log(Ps(i))i = l......N；
[0072] 得到：
[0073] pi =-186.097323058506;
[0074] p2 = 3.66221275703211；
[0075] ρ3 = -0· 00675616299861527;
[0076] (4)、根據系數？1，？2，？3，通過如下公式得到3階無源互調電平測量值?《^(1)的修 正值 P'mea3(j):
[0077] p'mea3( j)=p]_+p2*Ps'（ j)+p3*(Ps'（ j))2*log(Ps'（ j)) j = l...NN。
[0078] 得到：
[0080] (5)、M=7,采取上述步驟(5.1)~(5.5)的方法，獲得共25個(NN-M+1個)5階、7階和 9階的無源互調預測值。
[0081] 首先第1個循環從31個功率點數中選取序號為第1~第7的7個點，獲得7個功率點 的中心點，即第4個點的5階、7階和9階的無源互調預測值;接著第2個循環從31個功率點數 中選取序號為第2~第8的7個點，獲得7個功率點的中心點，即第5個點的5階、7階和9階的無 源互調預測值;接著第3個循環從31個功率點數中選取序號為第3~第9的7個點，獲得7個功 率點的中心點，即第6個點的5階、7階和9階的無源互調預測值;依次類推，直至獲得最后1個 循環中7個功率點的中心點，即第28個點的5階、7階和9階的無源互調預測值。
[0082] (6)、25個5階、7階和9階的無源互調預測值無源互調預測值如下：
[0087] 如圖2所示為本發明實施例中的基于3階無源互調電平預測的5、7、9階無源互調的 結果與測量值的對比圖，由圖可知，本發明方法的計算結果與高階測量結果吻合良好，本發 明預測方法具有較高的準確性。
[0088] 以上所述，僅為本發明最佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
[0089] 本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。
【主權項】
1. 確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，其特征在于:包括如下步 驟： 步驟(1)、預先給定N個功率的3階無源互調電平測量值?"633(1)4 = 1-北其中無源互調 測量時輸入的兩路載波信號功率相等，Ps(i)為第i個無源互調測量輸入兩路載波信號的總 功率，； 步驟(2)、設定功率范圍內的無源互調功率點總數為順，第j個無源互調測量輸入的單 路載波信號功率為P'E(j)，則： 順= Pmax-Pmin+l ; P'c(j)=P's(j)-3，j = l...^; 其中：Pmin為min{Ps(i)似10向小取整； Pmax為max{Ps(i)} WlO向大取整； P's(j)=Pmin+j-l; 步驟(3)、采用最小二乘法獲?!i小時對應的系數Ρ1，ρ2，ρ3，其 中:P3f(i)的表達式如下： P3f(i)=pl+p^Ps(i)+p3*(Ps(i))2*l〇g(Ps(i))i = l......N； 步驟(4)、根據系數pl，p2，p3得至Ij3階無源互調電平測量值Pmea3(i)的修正值P'mea3(j); 步驟(5)、從順個功率點中第1個功率點開始選取奇數Μ個點，獲得Μ個功率點的中屯、點 的5階無源互調值Ρ?Μ日(j)、7階無源互調值Ρ?Μ7( j)和9階無源互調值Ρ?Μ9( j);從ΝΝ個功率點中 第2個功率點開始選取奇數Μ個點，獲得Μ個功率點的中屯、點的5階無源互調值PiM5(j)、7階無 源互調值PiM7( j )和9階無源互調值PlM9( j );依次類推，共獲得順-M+1個功率點的5階無源互 調值PiM日（j)、7階無源互調值PlM7( j)和9階無源互調值PlM9( j)。2. 根據權利要求1所述的確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，其 特征在于:所述步驟(4)中根據系數pi，p2，p3,通過如下公式得到3階無源互調電平測量值 Pmea3 ( i )的修正值P ' mea3 ( j ): P'mea3(j)=pl+p2*Ps'（j)+p3*(Ps'（j))2*l〇g(Ps'（j)) j = 順。3. 根據權利要求1所述的確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法，其 特征在于:所述步驟(5)中獲得NN-M+1個功率點的5階無源互調值PiM5(j)、7階無源互調值 P皿(j)和9階無源互調值Pbi9( j)的具體方法如下： (1) 、令 ii = 0; (2) 、令j j = ii + 1，取Μ個功率點P ' c( j j)，P ' c( j j+1)，……P ' c( j j+M-1)及其對應的無源 互調值，義用最小二乘法獲!小時對應的系數a3，a5，a7，a9， all，其中PiM3( j)的表達式如下：(3) 、采用步驟(2)得到的系數，根據如下公式獲得Μ個功率點的中屯、點的5階無源互調 值Ρ?Μ日（j )、7階無源互調值Ρ?Μ7( j )和9階無源互調值Ρ?Μ9( j):(4)、判斷jj〉NN-M+l，若否，令ii加1，返回步驟(2);若是，進入步驟巧）； 巧）、結束。4.根據權利要求1或3所述的確定微波部件寬功率變化范圍高階無源互調電平的方法， 其特征在于:所述獲得的NN-M+1個功率點的5階無源互調值PiM5(j)、7階無源互調值PiM7(j) 和9階無源互調值PlM9(j)其對應的載波信號的總功率為
【文檔編號】G01R31/00GK106093645SQ201610437928
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】王新波, 魏煥, 崔萬照, 李韻, 陳翔, 李軍, 李永東
【申請人】西安空間無線電技術研究所