1 引言
幅相测试系统是天线、RCS测试和微波网络测试所必需的重要设备，目前正向着高精度、高智能化方向发展。在这一领域，比较具有代表性的是美国SA公司的Model 1795系列接收机和美国HP公司的HP8510C矢量网络分析仪和HP8530微波接收机等，这些设备构成都比较复杂，而且价格很高。
这里介绍的幅相测试系统是由北航电磁工程实验室在九十年代研制，并经过不断改进后得到的，它具有体积小、成本低、技术指标高以及使用灵活的优点。该系统采用的设计方法已经获得了专利。
当前，基于DSP内核的嵌入式系统已经成为现代信息网络技术应用的基础技术，利用DSP高速信号处理能力，现在的测量仪器正向着实时、高效的特点发展。对本系统所做的改进工作也遵循了这一发展趋势。
2 宽带双正交微波幅相测试系统
2.1 系统组成
系统的组成结构如图1所示。其最大特点是没有采用传统的锁相技术，而是利用了一路参考信号，这样就可以将被测相位因为本振源的不稳定产生的误差在IQ解调时抵消掉，使相位测量在很长一段时间里都能保持较高的稳定度，这是本系统的一大优势所在。
2.2 系统原理
系统的基本原理是基于两次正交解调，将测量信号和参考信号降到音频信号，利用数字信号处理的方法提取出测量信息。基本原理如下：
设被测信号和参考信号分别为：
混频器1输出的中频信号经音频调制后与混频器2的输出信号进行IQ解调，得到两路音频信号：
式中，ω2、øm分别为音频调制信号的频率和相位。
2路信号经过90°移相，并通过增益调节后与1路信号求和，最后得：
式（8）代表图1中合电路的实际输出信号，它的振幅Uc与被测信号的振幅Ui成正比，它的相位包含被测信号的相位øi 。该信号与音频本振信号一起进入信号输出单元，通过A/D采集进入计算机进行数字信号处理，可得被测信号幅度和相位的相对测量结果。
3 误差分析
在系统的组成中，包括两次模拟90°移相变换，这就可能引起移相不准，产生相位测量误差。
Q路中频放大后，信号经过IQ解调及两次模拟移相后变为：
其中，Δα1为第一次移相误差，Δα2为第二次移相误差。
同时,在这里我们要讨论的是Δα1、Δα2对被测相位øi和幅度｜uc｜的影响，而øm、ør都是固定常数，所以不失一般性，假设øm、ør为0。
幅度和相位分别为：
(i)如果假设Δα2=0,Δα1≠0,则
这时，若设Δα1分别等于1.0°和3.0°，则由移相器1所造成的幅度误差和相位误差都随øi而变化的曲线见图2和图3。
(ii)如果假设Δα1=0,Δα2≠0，则
这时，若设Δα2分别等于1.0°和3.0°，则由移相器2所造成的幅度误差和相位误差随着øi而变化的曲线见图4和图5。
4 系统改进方案
从上面的误差曲线来看，移相不准对被测信号的相对幅度和相位都有很大影响。可以看出，当øi（也就是被测信号与参考信号的相对相位）从0°到360°变化时，幅度和相位误差都呈正弦或余弦的变化趋势。而且，两次移相引入的误差遵循基本相同的变化规律。
从该系统的组成来看，10KHz低频合路信号最后送到采集卡经过A/D变换，然后送给计算机进行后续处理。考虑到移相不准带来的误差，可以对系统从两个方面进行改进：
方案一：低频移相部分
可以把合路采集改为IQ解调后1、2路音频信号直接进行采集，数据采进来后送给DSP，由DSP进行后续的移相、加法等数据处理。显然，由于利用了数字信号处理技术，这种方法可以基本上消除模拟移相器2给系统测量带来的误差，同时，使用DSP处理芯片提高了系统的实时性、灵活性。
方案二：中频移相部分
在低频部分省去模拟移相器的基础上，进一步改进系统，从I、Q放大后就将中频信号采集进来，然后送DSP进行处理。
以前混频后的中频信号是100MHz信号，这种信号要用模数转换器直接变换，则对器件的要求比较高，电路设计也比较困难，往往还不能达到预期的效果。若是考虑将混频输出的中频信号选在20MHz左右范围内，由于我们使用的本振源频率稳定度很高（可达10-8），所以10G的频率稳定度一般在几十Hz的范围内，对于20MHz的信号不会有太大影响，另外，40MHz以上的ADC也比较常见，成本也不是太高，所以这种改进思路是可行的。
如果这一部分中频信号的直接数字采集能够顺利实现，那么，移相器不准引起的误差就可以完全消除了，这样，系统的测量可靠性就会大大提高。
5 结论
本文介绍的微波测试系统是一种采用先进设计思想、具有优良性能的测量仪器，由于其本身原理上的优势，它避免了其他同类测量仪器所面临的锁相问题，从而达到了很高的稳定度，自它问世以来，一直在紧缩场测量系统中具有非常重要的作用，完成了大量的天线、RCS测量工作。
长期使用中也发现了该系统的一些缺点，由于系统大量使用了模拟电路，所以不可避免的引入一些系统误差，虽然这些误差通过经验调节可以降到很低，但是随着对系统要求的不断提高，减小甚至消除这些误差就成为很重要的研究课题。
本文着重分析了模拟移相器给系统带来的测量误差，同时，提出利用现代先进的数字信号处理技术降低并消除这种系统误差的方法。
数字化系统的引入增加了系统的可靠性、灵活性，符合当今测量仪器发展的趋势，也为将来对系统的进一步更新提供了良好的平台。
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