一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法及装置与流程

1.本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法及装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.梳状波发生器是一类重要的射频微波电子器件，能够生成具有长序列频域等间距谱线分布的射频微波信号，即梳状波，其性能主要由各谱线的幅频特性和相频特性表征；其中幅频特性可以利用矢量网络分析仪或频谱分析仪方便地扫频测量获得，但相频特性的测量非常困难。
4.从科学原理角度，对梳状波型号信号进行时域高速采样，通过傅里叶变换可以获得复数频谱，即同时得到幅频特性和相频特性；但是对于射频微波梳状波信号来说，由于频率高、带宽大，从技术实现手段的角度，无论是数字化仪还是存储示波器，都难以满足傅里叶变换所需要的奈奎斯特频率采样速度和变换精度字长要求。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法及装置，计算相位连续步进扫频频率合成器输出信号与理想梳状波参考信号的相位偏差，基于相位差值修正频率合成器输出信号相位，形成与被测梳状波信号具有相同频率结构的等效理想参考梳状波信号，分别比对每根谱线的相位差，得到被测信号的相频特性。
6.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法。
8.一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，包括：
9.利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；
10.基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；
11.利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。
12.进一步的，所述步进扫频，是控制频率合成器依次输出与被测梳状波发生器每根谱线对应的频率，具体为：
13.频率合成器每间隔时间δt，等值改变一次输出频率，δt也称为频率维持时间或切换时间，对梳状波发生器的谱线按照谐波次数编号，记与n谱线对应的信号在δt时间内累积的相位变化为δθn＝2πfnδt＝ωnδt，fn是n谱线的频率，ωn是对应的角频率。
14.进一步的，所述相位连续步进扫频，是频率合成器能够按照指定的时间间隔δt，依次输出与被测梳状波发生器输出信号谱线频率对应的信号，且频率合成器改变频率时，信号的相位变化是连续的。
15.进一步的，所述频率合成器，采用数字直接合成dds或小数分频fn技术，实现高分辨率频率精确可控的输出信号，并在输出频率变化时具有相位连续的特点。
16.进一步的，所述计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，具体为：
17.(1)谱线间的频率间隔为δf＝f
n+1-fn，合成器每个频率步进切换的时间间隔为δt＝t
m+1-tm，则相邻谱线每经过一段频率步进维持时间相位差增加δφ＝2πδfδt＝δωδt；其中，fn、f
n+1
分别表示相邻谱线对应的频率，tm、t
m+1
表示相邻的频率步进改变对应的时间点，δf表示相邻谱线频率差，δω表示对应的角频率差；
18.(2)对于任意扫频起始频率，记步进扫频第m步进时间段末为tm，则步进时间点tm的相位偏差为其中，是理想梳状波信号对应谱线的相位，是相位连续步进扫频的实际累计相位，即合成器输出信号相位。
19.进一步的，所述修正，包括软件方式、硬件方式和特定速度方式：
20.(1)基于软件，利用所述相位偏差δφm，对以频率合成器输出信号为参考比对测量得到的梳状波谱线相位数值，按照m索引的谱线编号进行数值补偿，得到被测梳状波信号相对理想梳状波的相频特性；
21.(2)基于硬件，参考所述相位偏差δφm，直接对频率合成器输出信号的初相位进行控制调整，使其等效于理想梳状波信号相位；或者将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，一段用于相位差测量，另一段通过特定的频率设置调整相位，使得测量时间段的相位等效于理想梳状波信号相位。
22.(3)基于特定速度，实现自然修正：根据所述相位偏差δφm的特点，针对被测梳状波谱线频率间隔δf，选择特定的时间间隔δt，使得δfδt＝m，其中，m为自然数，则频率合成器输出信号的相位与理想梳状波信号对应谱线的相位偏差等效为0，直接比对测量得到被测梳状波发生器的谱线相频特性。
23.进一步的，所述直接对频率合成器输出信号的初相位进行控制调整，具体为：
24.对于具备初始相位控制能力的频率合成器，将所述相位偏差δφm作为附加的相位偏移量，控制修正初始相位，消除频率合成器输出信号相位与理想梳状波信号的相位偏差，从而实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。
25.进一步的，所述将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，在后半段进行修正，具体为：
26.将步进间隔δt划分为δt(n-1)/n和δt/n前后两个半段，n为大于1的有理数，在前半段按正常频率fn设置合成器频率，并测量对应的梳状波谱线相位差；而在后半段时间控制合成器频率以相位连续方式增加nδf，即让合成器工作在频率fn+nδf，并在本δt时间段末将合成器频率以相位连续方式改变为fn+δf＝f
n+1
，即在下一个δt时间段开始时刻设置为下一条梳状波谱线测量对应的合成器频率。
27.进一步的，所述将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，在前半段进行修正，具体为：
28.将时间间隔δt划分为δt/n和δt(n-1)/n前后两个半段，并从第二个δt时间段开始，以相位连续方式，在前半段设置合成器频率为fn+nδf，在后半段设置合成器频率为fn，则合成器相位在每个δt的后半段与理想梳状波信号的相位等效，实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。
29.本发明第二方面提供了一种梳状波发生器谱线相频特性测量装置。
30.一种梳状波发生器谱线相频特性测量装置，包括相位差测量单元、相位偏差计算单元和相频特性计算单元：
31.相位差测量单元，被配置为：利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；
32.相位偏差计算单元，被配置为：基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；
33.相频特性计算单元，被配置为：利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。
34.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
35.本发明计算相位连续步进扫频的频率合成器与理想梳状波信号的相位偏差，基于相位差值，对频率合成相位进行修正，得到一个与被测梳状波信号具有相同频率结构的等效理想梳状波参考信号，分别比对每根谱线的相位差，就能得到被测信号的相频特性；解决了利用数字化仪或数字存储示波器测量射频微波梳状波信号相频特性时，采样速度或动态范围不足的问题，也解决了利用传统矢量网络分析仪测量微波梳状波信号相频特性时，缺乏相干相位参考的问题。
36.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
37.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
38.图1为第一个实施例的方法流程图。
39.图2为第一个实施例的理想梳状波信号相位-时间图。
40.图3为第一个实施例的理想梳状波信号相位-频率图。
41.图4为第一个实施例梳状波信号谱线初相位信号偏移的相位-时间示意图。
42.图5为第一个实施例梳状波信号谱线初相位信号偏移的相位-频率示意图。
43.图6为第一个实施例的梳状波信号相位测量原理示意图。
44.图7为第一个实施例相位连续步进扫频信号与理想梳状波信号的相位偏差示意图。
45.图8为第一个实施例的交错步进扫频模式1示意图。
46.图9为第一个实施例的交错步进扫频模式2示意图。
47.图10为第二个实施例的装置结构图1。
48.图11为第二个实施例的装置结构图2。
具体实施方式
49.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
50.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
51.本发明提供了一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法及装置，利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。
52.本发明的本质是：在实物层面，以“合成器”输出的信号为参考比对测量梳状波发生器的相频特性，即“相位差”；在数学层面，计算合成器与所定义的理想信号的“相位偏差”；在实效层面，依据“相位偏差”修正“相位差”，就得到了被测梳状波与理想信号的相频特性差异。
53.实施例一
54.在一个或多个实施方式中，公开了一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，如图1所示，包括如下步骤：
55.步骤s1：通过具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，为梳状波发生器提供激励信号，使梳状波发生器生成被测梳状波；
56.步骤s2：利用频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；
57.步骤s3：基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；
58.步骤s4：利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差；
59.步骤s5：基于修正后的梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，依次绘制“相位-频率”图，得到被测梳状波发生器谱线相频特性。
60.下面对本实施例一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法的实现过程进行详细
说明。
61.先对梳状波的相频特性进行说明。
62.梳状波在频域表现为一系列等频率间隔的谱线，每个谱线代表一个正弦信号分量，即梳状波由一组正弦信号组成，其中各正弦信号分量具有相等的频率间隔，但可能具有不同的幅度，且在不同时刻具有不同的瞬时相位。
63.由于梳状波谱线的等频率间隔特性，其各正弦信号分量之间的相对相位随时间变化关系是固定的：记相邻谱线的频率差为δf，则角频率差为δω＝2πδf，这个角频率差也是相邻谱线的相位差变化率，记相邻谱线某一时刻t的瞬时相位差为有
64.作为梳状波发生器谱线相频特性测量的基准，本实施例定义一种理想的梳状波信号，其在某时刻具有相同的零相位，以此为原点绘制各正弦波分量的相位-时间图，体现为一组不同频率的相交直线族，如图2所示，其中的倾斜实线是各谱线的相位随时间变化关系，横轴是时间、纵轴是相位，用fn标识了各谱线正弦波对应的频率，其中下标是梳状波谱线顺序编号，相邻直线的斜率差是δω。不失一般性，设原点的相位和时间为零，则第n谱线在t时刻的相位是在t时刻的相位是显然，在同一时刻tm，各相邻谱线(正弦波分量)都有相同的相位差而不同时刻的相位差是不同的，但不同时刻的相位差随时间的变化量是确定的：称为“相位相干”。
65.将图2的相位-时间图转化为相位-频率图，如图3所示，将表现为一组不同测量时刻的相交直线族。
66.可见，对于谱线具备相同相位起点的理想梳状波，由于相位相干关系，能够呈现出线性的“相位-频率”关系，即线性相频特征，线性是“共同相位起点”和“相位相干”的结果。
67.对于谱线初相位不一致的梳状波发生器，相频特征的线性将会被破坏，所谓测量梳状波发生器相频特性，就是确定其输出的梳状波信号与理想梳状波信号的相位差异随谱线频率的变化关系；以f
n+1
这个信号分量的初相位偏移δ为例，图2中的对应直线会发生平移δ，如图4所示；而如图5所示，f
n+1
频率信号对应的相位值则会与线性值发生偏移δ，从而破坏了相频线性关系；但是，由于
68.可见谱线初相位不同并不会破坏各谱线间的相位相干关系，因此可以利用梳状波谱线间的相位相干关系，通过测量相频关系来表征梳状波谱线间的相对相位特性。
69.基于梳状波的相位相干相频特性，对梳状波相位相对测量的基本原理进行说明。
70.如图6所示，如果能够找到一个与被测梳状波信号具有相同频率结构的理想梳状波信号作为相位基准，分别比对每根谱线的相位差，就能得到被测信号的相频特性，即被测梳状波相频特性是其输出的梳状波信号与理想梳状波信号的相位差随谱线频率的变化关系。
71.图6中粗实线族是被测梳状波相位时间图，细实线族是作为相位测量参考的理想梳状波信号相位时间图。考虑到上面分析的梳状波信号的相位相干特性，不失一般性，图中仅用谱线具有共同零相位的典型情况作示例。对于被测信号某条谱线初相位偏离“共同零
相位”的情况，将体现为粗实线在相应频率的相位偏离，如图5所示。而作为参考信号的理想梳状波信号，必然具有共同零相位时刻，记其滞后于被测信号共同零相位时刻的时间为t。
72.图6中用双下标符号表示被测和参考梳状波信号对应谱线间的相位差，冒号前面的下标表示相位比对测量时间，冒号后面的下标表示被比对测量的谱线编号；可以看出，在拥有理想梳状波参考的情况下，测量结果与测量时间无关，都相当于参考信号零相位时刻的被测梳状波信号各谱线的瞬时相位。将这些瞬时相位测量值按照频谱顺序排列，就得到了被测梳状波的谱线相频特性。
73.然而，作为一种测量方法和装置设计，要获得适应任何可能频率间隔的梳状波参考信号却是困难的；本发明以采用数字直接合成(dds)或小数分频(fractional-n，fn)技术的频率合成器为基础，在频率精密可控的相位连续步进扫频条件下，给出合成器输出信号相对于等效理想梳状波信号相位补偿数据，可以通过软件修正方式，以相位连续步进扫频合成器输出信号为参考，实现梳状波信号的相频特性测量；或者参考补偿数据，通过精确的控制时序设计，通过硬件修正方式，使得频率合成器输出信号扫描经过被测信号对应谱线时，具有等效的理想梳状波相干相位，从而直接实现梳状波信号的相频特性测量；或者依据补偿数据的特点，在特定的扫频速度下，无需人为补偿，即可直接实现梳状波信号的相频特性测量，下面进行详细说明。
74.软件修正方式
75.基于软件数值处理，可以在以步进扫频的相位连续频率合成器输出信号作为相位比对测量参考的基础上，利用合成器信号相位相对于理想梳状波信号的相位偏差，对测量结果进行数值补偿。
76.以数字直接合成(dds)或小数分频(fract iona l-n，fn)为基础的频率合成器，能够输出高分辨率频率精确可控的相位连续的频率信号，可以作为梳状波信号测量的相位比对参考信号。然而，与梳状波信号发生器同时并行输出一系列正弦信号谱线不同的是，dds或fn在同一时刻只能输出一个特定频率的正弦信号，因此，利用基于dds或fn的频率合成器，只能通过分时设置对应不同的谱线频率，依次测量各个谱线的相位。
77.考虑到梳状波信号只有等间隔离散的谱线需要测量，频率合成器可以设置为步进扫频，依次输出各谱线对应频率的参考信号。在每一个输出频率，频率合成器的工作机理可以等效为即在时钟信号控制下，合成器输出信号的相位每δt时间步进增长通过相位累积变化，形成输出角频率的宏观效果。在时钟不变的情况下，改变不同的步进相位将导致改变频率；步进扫频是指每隔一段时间δt，改变一次步进相位而截至改变之前的相位累计量，就是本次相位累计的初始值可以看出，基于dds或fn的频率合成器，在步进扫频时不具备理想梳状波信号的相位相干特性，但具有相位连续的特点，如图7所示。
78.图7中，细实线是理想梳状波的相位时间图，不失一般性，依次绘制出了从基波开始的前几条谱线的相位随时间的变化，分别用谱线频率fn标识，下标是谱线编号；以及频率合成器步进扫频对应的前几个δt步进时间段，横轴刻度的下标是左侧时间段的编号。粗实线是比对测量梳状波各对应谱线时希望的频率合成器信号的相位时间关系，而粗虚线是频
率合成器相位连续步进扫频信号实际给出的相位时间关系，其与理想相位时间关系的差异用细实线箭头标出。
79.设谱线间的频率间隔为δf＝f
n+1-fn，频率合成器每个频率步进的维持时间为δt＝t
m+1-tm，则相邻谱线每经过一段频率步进维持时间则相位差增加δφ＝2πδfδt＝δωδt，从而导致相位连续频率步进的相位在每一次步进后与理想的相干相位产生越来越大的滞后；记tm步进时间点前对应的相位偏差为δφm，有δφm＝δφ
×
m(m-1)/2；可见，利用相位连续步进扫频信号为相位参考测量梳状波谱线相位，再按照上式进行相位数值修正，可以得到梳状波信号发生器谱线相对于理想梳状波信号的相频特性。注意到该测量方法在步进频率维持时间段内相位偏差是不变的，因此对于相位相对测量的具体时刻要求并不严格，十分有利于测量电路及控制时序的设计，但应该保证频率切换时间点的精确控制。
80.关于δφm的证明：对于任意的扫频起始频率f0，步进扫频到tm时间段末，理想梳状波对应谱线的相位是：
[0081][0082]
其中，fm表示被测梳状波的谱线频率，tm表示测量时间，下标分别是谱线或时间段的顺序编号。由于在测量过程中，每一次频率步进顺序对应一根谱线相位测量，故二者下标相同。
[0083]
相位连续步进扫频的实际累计相位是：
[0084][0085]
故有：
[0086][0087]
其中，是理想梳状波对应谱线的相位，是相位连续步进扫频的实际累计相位。
[0088]
硬件修正方式
[0089]
基于硬件控制，可以对频率合成器进行相位调整，消除其输出信号与理想梳状波的相位偏差，包括两种方式：
[0090]
(1)直接控制修正频率合成器的输出信号初相位。
[0091]
在具备初相位数字控制功能频率合成器中，上述基于相位连续步进扫频的补偿数
据可以直接用来修正合成器输出信号相位，从而得到等效于理想梳状波信号的相位参考，进而直接测量得到梳状波谱线相频特性。
[0092]
基于数字直接合成(dds)或小数分频(fractional-n，fn)技术的频率合成器，通常具备初相位控制功能，即在控制改变频率合成器输出频率的同时，同时给初相位附加一个偏移量。按照上文给出的相位偏差δφm＝δφ
×
m(m-1)/2，在步进扫频改变频率的同时，给频率合成器提供这个相位偏差作为相位偏移量，将使得频率合成器的输出信号相位在相位连续的基础上，跳变为理想梳状波信号对应谱线的相位，即把图7中的粗虚线标识的相位连续扫频的相位时间关系，强制转换为粗实线标识的理想的相位时间关系。式中m是频率步进时间段的编号，也是被测量梳状波信号谱线的编号；δφ＝2πδfδt是个常数，其中δf是合成器步进扫频频率间隔，也是梳状波信号的相邻谱线频率差，δt是频率步进时间间隔。
[0093]
通过对进行上述相位修正控制，频率合成器每一频率步进的输出信号，都与理想梳状波信号对应谱线的相位相等，从而可以等效进行被测梳状波信号与理想梳状波信号的相位比对，从而直接实现梳状波信号谱线相频特性测量。
[0094]
(2)依据相位偏差规律，通过频率交错步进控制修正频率合成器的输出信号初相位。
[0095]
对于没有或者不便于进行初始相位数字控制的频率合成器，也可以通过数字控制交错扫频实现等效的理想梳状波信号对应谱线的相位，如图8和图9所示，可以在δt时间段的后半段修正，也可以在前半段修正。
[0096]
后半段修正是将步进间隔δt划分为δt(n-1)/n和δt/n前后两个半段，n为大于1的有理数，在前半段按正常频率fn设置合成器频率，并测量对应的梳状波谱线相位差；而在后半段时间控制合成器频率以相位连续方式增加nδf，即让合成器工作在频率fn+nδf，并在本δt时间段末将合成器频率以相位连续方式改变为fn+δf＝f
n+1
，即在下一个δt时间段开始时刻设置为下一条梳状波谱线测量对应的合成器频率。则合成器在下一个δt时间段的前半段正好等效于理想梳状波信号在下一个谱线的相位，能够直接进行对应的梳状波谱线相位差测量，并可以在后半段时间再次以相位连续方式设置合成器频率为f
n+1
+nδf。如此接续控制合成器频率步进，则合成器输出信号相位在每个δt的前半段与理想梳状波信号的相位等效，从而可以实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。作为一个特例，如图8所示，取n＝2，则每个δt被划分为前后两个δt/2，若前半段的合成器频率为fn，则后半段的频率为fn+2δf＝f
n+2
，对应的，下一个δt时间段中的前后段频率分别为f
n+1
和f
n+1
+2δf＝f
n+3
。图中细实线是理想梳状波信号的相位时间图，粗实线是频率合成器输出信号与理想梳状波相应谱线相位相同的时间段，可以直接用来作为梳状波相位频率特性测量的理想参考，粗虚线是采用特殊频率控制修正相位的时间段。图中用细实线箭头标识出了频率合成在各时间段的频率，注意到信号相位变化是连续的；用虚线箭头标识出了修正相位时间段合成器输出频率与本时间段理想信号的频率差。
[0097]
前半段修正是将步进间隔δt划分为δt/n和δt(n-1)/n前后两个半段，并从第二个δt时间段开始，以相位连续方式，在前半段设置合成器频率为fn+nδf，在后半段设置合成器频率为fn，则合成器相位在每个δt的后半段与理想梳状波信号的相位等效，实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。作为一个特例，如图9所示，取n＝2，则每个δt被
划分为前后两个δt/2，前半段的合成器频率为fn+2δf＝f
n+2
，后半段的频率为梳状波谱线测量对应所需的fn；相应的，下一个δt时间段中的前后半段频率分别为f
n+1
+2δf＝f
n+3
和f
n+1
。图中细实线是理想梳状波信号的相位时间图，粗实线是频率合成器输出信号与理想梳状波相应谱线相位相同的时间段，可以直接用来作为梳状波相位频率特性测量的理想参考，粗虚线是采用特殊频率控制修正相位的时间段。图中用细实线箭头标识出了频率合成在各时间段的频率，注意到信号相位变化是连续的；用虚线箭头标识出了修正相位时间段合成器输出频率与本时间段理想信号的频率差。
[0098]
基于特定速度，实现自然修正
[0099]
基于特定速度，是在测试过程中，根据被测梳状波发生器的谱线间隔，选择特定的步进扫频间隔δt，使得δfδt＝m，其中m为自然数，则合成器以这些特定的δt决定的步进速度扫频时，相位连续合成器的瞬时相位与理想梳状波信号相位的偏差为2π的整数倍，在相位域内等效于0，即实际无偏差，可以无需进行软硬件补偿，直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。
[0100]
实施例二
[0101]
在一个或多个实施例中，公开了一种梳状波发生器谱线相频特性测量装置，从逻辑功能的角度进行划分，如图10所示，包括相位差测量单元、相位偏差计算单元和相频特性计算单元：
[0102]
相位差测量单元，被配置为：利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；
[0103]
相位偏差计算单元，被配置为：基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；
[0104]
相频特性计算单元，被配置为：利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。
[0105]
本实施例公开的一种梳状波发生器谱线相频特性测量装置，从物理功能的角度进行划分，如图11所示，包括参考信号生成模块、参考信号修正模块和相频特性计算模块：
[0106]
参考信号生成模块，被配置为：利用频率合成器为梳状波发生器提供激励信号，同时采用步进扫频工作方式，与被测梳状波每根谱线相对应，依次在每个步进频率点提供相位测量参考信号；
[0107]
参考信号修正模块，被配置为：基于梳状波相位测量参考信号，根据梳状波信号相邻谱线频率间隔，以及合成器频率步进时间，计算相位连续合成器提供的参考信号与理想梳状波信号对应谱线相位偏差。基于相位偏差，对频率合成器进行初相位或步进模式修正，使合成器输出信号相位在测量时等效于理想梳状波信号相位；
[0108]
相频特性计算模块，被配置为：基于相位连续合成器提供的参考信号与理想梳状波信号对应谱线相位偏差，以及被测梳状波信号每条谱线与频率合成器对应输出参考信号比对测量得到的相位差，根据修正结果依次绘制“相位-频率”图，得到被测梳状波相频特性。
[0109]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，包括：利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。2.如权利要求1所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述步进扫频，是控制频率合成器依次输出与被测梳状波发生器每根谱线对应的频率，具体为：频率合成器每间隔时间δt，等值改变一次输出频率，δt也称为频率维持时间或切换时间，对梳状波发生器的谱线按照谐波次数编号，记与n谱线对应的信号在δt时间内累积的相位变化为δθ
n
＝2πf
n
δt＝ω
n
δt，f
n
是n谱线的频率，ω
n
是对应的角频率。3.如权利要求1所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述相位连续步进扫频，是频率合成器能够按照指定的时间间隔δt，依次输出与被测梳状波发生器输出信号谱线频率对应的信号，且频率合成器改变频率时，信号的相位变化是连续的。4.如权利要求1所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述频率合成器，采用数字直接合成dds或小数分频fn技术，实现高分辨率频率精确可控的输出信号，并在输出频率变化时具有相位连续的特点。5.如权利要求1所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，具体为：(1)谱线间的频率间隔为δf＝f
n+1-f
n
，合成器每个频率步进切换的时间间隔为δt＝t
m+1-t
m
，则相邻谱线每经过一段频率步进维持时间相位差增加δφ＝2πδfδt＝δωδt；其中，f
n
、f
n+1
分别表示相邻谱线对应的频率，t
m
、t
m+1
表示相邻的频率步进改变对应的时间点，δf表示相邻谱线频率差，δω表示对应的角频率差；(2)对于任意扫频起始频率，记步进扫频第m步进时间段末为t
m
，则步进时间点t
m
的相位偏差为其中，是理想梳状波信号对应谱线的相位，是相位连续步进扫频的实际累计相位，即合成器输出信号相位。6.如权利要求1所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述修正，包括软件方式、硬件方式和特定速度方式：(1)基于软件，利用所述相位偏差δφ
m
，对以频率合成器输出信号为参考比对测量得到的梳状波谱线相位数值，按照m索引的谱线编号进行数值补偿，得到被测梳状波信号相对理想梳状波的相频特性；(2)基于硬件，参考所述相位偏差δφ
m
，直接对频率合成器输出信号的初相位进行控制调整，使其等效于理想梳状波信号相位；或者将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，一段用于相位差测量，另一段通过特定的频率设置调整相位，使得测量时间段的相位等效于理想梳状波信号相位；
(3)基于特定速度，实现自然修正：根据所述相位偏差δφ
m
的特点，针对被测梳状波谱线频率间隔δf，选择特定的时间间隔δt，使得δfδt＝m，其中，m为自然数，则频率合成器输出信号的相位与理想梳状波信号对应谱线的相位偏差等效为0，直接比对测量得到被测梳状波发生器的谱线相频特性。7.如权利要求6所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述直接对频率合成器输出信号的初相位进行控制调整，具体为：对于具备初始相位控制能力的频率合成器，将所述相位偏差δφ
m
作为附加的相位偏移量，控制修正初始相位，消除频率合成器输出信号相位与理想梳状波信号的相位偏差，从而实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。8.如权利要求6所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，在后半段进行修正，具体为：将步进间隔δt划分为δt(n-1)/n和δt/n前后两个半段，n为大于1的有理数，在前半段按正常频率f
n
设置合成器频率，并测量对应的梳状波谱线相位差；而在后半段时间控制合成器频率以相位连续方式增加nδf，即让合成器工作在频率f
n
+nδf，并在本δt时间段末将合成器频率以相位连续方式改变为f
n
+δf＝f
n+1
，即在下一个δt时间段开始时刻设置为下一条梳状波谱线测量对应的合成器频率。9.如权利要求6所述的一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法，其特征在于，所述将频率合成器的时间间隔δt划分为两段，在前半段进行修正，具体为：将时间间隔δt划分为δt/n和δt(n-1)/n前后两个半段，并从第二个δt时间段开始，以相位连续方式，在前半段设置合成器频率为f
n
+nδf，在后半段设置合成器频率为f
n
，则合成器相位在每个δt的后半段与理想梳状波信号的相位等效，实现直接比对测量梳状波发生器的谱线相频特性。10.一种梳状波发生器谱线相频特性测量装置，其特征在于，包括相位差测量单元、相位偏差计算单元和相频特性计算单元：相位差测量单元，被配置为：利用具备相位连续步进扫频功能的频率合成器，依次提供与被测梳状波发生器生成的梳状波谱线频率相对应的参考信号，比对测量梳状波每根谱线与参考信号的相位差；相位偏差计算单元，被配置为：基于梳状波相邻谱线频率间隔和频率合成器步进扫频时间，计算频率合成器输出的参考信号与理想梳状波信号相应谱线的相位偏差，其中，所述理想梳状波信号，定义为与梳状波具有同样的谱线频率构成且在某时刻各谱线同时具有零相位；相频特性计算单元，被配置为：利用相位偏差对相位差进行修正，得到梳状波信号与理想梳状波信号的相位差，从而得到被测梳状波发生器谱线相频特性。

技术总结
本发明提出了一种梳状波发生器谱线相频特性测量方法及装置，涉及电子信息技术领域，利用相位连续频率合成器为梳状波发生器提供激励信号，使梳状波发生器生成被测梳状波；设置频率合成器采用步进扫频工作方式，在每个步进频率点依次测量被测梳状波每根谱线的“相位差”；定义了一种理想梳状波，根据梳状波信号相邻谱线频率间隔，以及合成器频率步进时间，计算合成器输出信号相位与理想梳状波对应谱线“相位偏差”；依据“相位偏差”，对测量得到的“相位差”进行修正；基于修正后的每条谱线的“相对差”，依次绘制“相位-频率”图，得到被测梳状波相频特性。相频特性。相频特性。


技术研发人员：郭利强 刘丹 顾宗静
受保护的技术使用者：中电科思仪科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/6