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一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，特征是采用頻率分段方式，將測試頻率范圍劃分為低頻、射頻、微波三個頻段，每個頻段的激勵信號發(fā)生、測試信號定向分離和變頻接收方法都各不相同。儀器總體上由網(wǎng)絡(luò)分析模塊、6～20G前端模塊與6G前端模塊組成，網(wǎng)絡(luò)分析模塊又包括激勵信號源子模塊、固定本振子模塊、本振信號源子模塊與中頻處理子模塊，6GHz～20GHz前端模塊與6G前端模塊相連，共用6～20G前端模塊測試端口，兩個前端模塊分別連接至網(wǎng)絡(luò)分析模塊，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)分析模塊各子模塊之間的交互。本發(fā)明采用的測量頻率分段處理方式，使不同頻段的處理相互獨(dú)立，有效避免了在小體積條件下低頻測量與高頻測量設(shè)計中的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了更寬的頻率測量范圍。
【專利說明】一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是微波測量領(lǐng)域最常用的測試設(shè)備，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對抗、電臺以及微波器件等多個測試領(lǐng)域。目前的寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通常為較大體積的臺式機(jī)，不利于現(xiàn)場測試，迫切需要研制小體積、攜帶方便的手持式寬帶測試儀器。在網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)中，通常使用定向耦合器作為信號的分離器件，因此定向耦合器的工作帶寬直接決定了儀器的測試帶寬，由于受定向耦合器設(shè)計尺寸的限制以及傳輸路徑對射頻信號的影響，很難在手持式儀器上實(shí)現(xiàn)從很低頻率到很高頻率的測量。
[0003]目前比較成熟的手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量頻率范圍低端通常為2MHz，高端可以達(dá)到6GHz或更高，其實(shí)現(xiàn)方案為:激勵信號由激勵信號源VCO發(fā)生信號上、下變頻及混頻得至IJ，測試信號通過寬頻帶雙定向耦合器進(jìn)行分離，然后與本振信號進(jìn)行基波混頻，實(shí)現(xiàn)變頻接收后進(jìn)行中頻處理。這種實(shí)現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)較為緊湊，但是要擴(kuò)展工作頻帶比較困難。如果基于此方案實(shí)現(xiàn)5KHz?20GHz矢網(wǎng)分析儀，一是將極大增加定向耦合器的設(shè)計難度，由于工作頻率范圍從射頻跨度到微波，頻帶超過多個倍頻程，在這么寬的頻率范圍內(nèi)要保證性能指標(biāo)并保持較小體積將極為困難；二是傳輸路徑勢必對高頻段信號產(chǎn)生影響，由于工作頻率范圍跨度較大，如果整個頻段同時進(jìn)行處理，對通道要求很高，設(shè)計難度較大。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀存在的技術(shù)缺陷，提供一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
[0006]其技術(shù)解決方案是:
[0007]一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，包括網(wǎng)絡(luò)分析模塊、6?20G前端模塊與6G前端模塊組成，網(wǎng)絡(luò)分析模塊又包括激勵信號源子模塊、固定本振子模塊、本振信號源子模塊與中頻處理子模塊，6GHz?20GHz前端模塊與6G前端模塊相連，共用6?20G前端模塊測試端口，兩個前端模塊分別連接至網(wǎng)絡(luò)分析模塊，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)分析模塊各子模塊之間的交互。采用頻率分段方式,將測試頻率范圍劃分為低頻、射頻、微波三個頻段,每個頻段的激勵信號發(fā)生、測試信號定向分離和變頻接收方法都各不相同。其中的一些模塊和/或子模塊能夠構(gòu)成以下單元:
[0008]激勵信號發(fā)生單元，其用于分別產(chǎn)生每個頻段的激勵信號:低頻段和射頻段激勵信號在網(wǎng)絡(luò)分析模塊通過激勵信號源子模塊的上、下變頻以及混頻產(chǎn)生。其中，低頻段激勵信號通過偏置電感直接加至端口，射頻段激勵信號首先送至6G前端模塊，經(jīng)增益、濾波等處理后加至端口 ；微波段激勵信號通過網(wǎng)絡(luò)分析模塊提供的參考信號調(diào)諧6?20G前端模塊VC0，在前端模塊內(nèi)發(fā)生，再經(jīng)處理后加至測試端口。[0009]測試信號定向分離單元，其用于分別實(shí)現(xiàn)三個頻段測試信號傳輸波與反射波的分離:由于從5KHz到20GHz信號波長跨度很大，采用分段處理的方式可以降低小體積下定向耦合器設(shè)計難度并獲得更好性能指標(biāo)。其中，低頻段測試信號在6G前端模塊進(jìn)行處理，根據(jù)正、反向信號之間的相位關(guān)系，通過由運(yùn)放構(gòu)成的模擬電路實(shí)現(xiàn)定向分離；射頻段測試信號同樣在6G前端模塊進(jìn)行分離處理，與低頻段不同，這一頻段測試信號采用了電橋式雙定向耦合器作為分離器件；微波段測試信號在6?20G前端模塊進(jìn)行處理，由于此段信號頻率較高，采用了微帶平面式雙定向耦合器來分離正、反向信號。
[0010]測試信號變頻接收單元，其用于將三個頻段測試信號變頻至固定中頻:測試信號分離出傳輸波和反射波之后，需要將其變頻至固定中頻，然后送至網(wǎng)絡(luò)分析模塊中頻處理子模塊進(jìn)行后續(xù)處理，在此對三個頻段的信號采用了不同的變頻方式。其中，射頻段測試信號在6G前端模塊進(jìn)行處理，采用取樣混頻方法，用梳狀譜取樣本振信號源子模塊提供的2MHz?60MHz頻率，將其倍頻至所需頻率再與分離信號混頻，變頻至固定中頻；微波段測試信號在6?20G前端模塊進(jìn)行處理，采用諧波混頻方法，取本振信號源子模塊提供的2GHz?4GHz本振信號的N次諧波與分離后信號進(jìn)行混頻，將其變頻至固定中頻；低頻段測試信號是在網(wǎng)絡(luò)分析模塊進(jìn)行處理的，分離后信號首先經(jīng)希爾伯特濾波，與正交本振乘加進(jìn)行上變頻，然后與固定本振子模塊的輸出下變頻后的頻率進(jìn)行混頻，變頻至固定中頻。
[0011]本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:
[0012]一、本發(fā)明采用測量頻率分段處理方法，各頻段處理相互獨(dú)立，有效避免了在小體積條件下低頻測量與高頻測量設(shè)計中的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了更寬的頻率測量范圍，并且較全頻段處理方式較易獲得更好的性能指標(biāo)。
[0013]二、本發(fā)明中低頻段采用模擬電路實(shí)現(xiàn)信號分離，射頻段和微波段根據(jù)頻率特性依次采用了電橋式和微帶平面式雙定向耦合器，有效解決了定向耦合器設(shè)計尺寸上的限制，結(jié)構(gòu)更加緊湊，在降低設(shè)計難度的同時實(shí)現(xiàn)了從很低頻率到很高頻率的測量。
[0014]三、本發(fā)明射頻段和微波段信號集中于前端模塊進(jìn)行處理，網(wǎng)絡(luò)分析模塊直接處理中頻信號，減少了信號傳輸，解決了傳輸路徑對射頻信號的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)更高頻率的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明:
[0016]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的原理不意框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中的激勵信號源子模塊與本振信號源子模塊的工作原理示意框圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中的6G前端模塊的原理示意框圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中的6?20G前端模塊的原理示意框圖。
[0020]圖5為本發(fā)明中的低頻段信號發(fā)生原理示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明中的低頻段信號接收原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]結(jié)合圖1，一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，包括網(wǎng)絡(luò)分析模塊、6GHz?20GHz前端模塊與6GHz前端模塊，網(wǎng)絡(luò)分析模塊包括激勵信號源子模塊、固定本振子模塊、本振信號源子模塊與中頻處理子模塊，6?20G前端模塊與6G前端模塊相連，共用6?20G前端模塊測試端口，即第一測試端口與第二測試端口。兩個前端模塊分別連接至網(wǎng)絡(luò)分析模塊，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)分析模塊各子模塊之間的交互。
[0023]上述激勵信號源子模塊主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生5KHz?6GHz低頻段和射頻段激勵信號，并為6?20G前端模塊VCO提供調(diào)諧電壓；本振信號源子模塊主要參與變頻接收過程，所產(chǎn)生的本振信號與分離后的信號進(jìn)行混頻將其變至固定中頻以進(jìn)行后續(xù)處理。如圖2所示，射頻VCO產(chǎn)生1.5G?3G信號并分為三路，一路經(jīng)過多次分頻與混頻覆蓋5KHz?1.5GHz頻率段，一路經(jīng)倍頻及濾波產(chǎn)生3G?6G頻段信號，再加上直接產(chǎn)生的1.5GHz?3GHz頻率段信號即可提供覆蓋5KHz?6GHz的激勵信號。射頻VCO同時提供一路參考信號給本振信號源鎖相環(huán)，本振VCO鎖定后將產(chǎn)生兩路信號參與變頻接收，一路直接提供給6?20G前端模塊，即圖中的H_L0信號，另外一路經(jīng)下變頻后提供給6G前端模塊，即圖中的L_L0信號。
[0024]2MHz?6GHz射頻段測試信號的分離和變頻接收處理過程是在6G前端模塊完成的。如圖3所示，L_P1和L_P2為兩個測試端口，從網(wǎng)絡(luò)分析模塊產(chǎn)生的射頻激勵即L_RF信號經(jīng)增益等處理后加到測試端口上，測試信號通過電橋式雙定向耦合器分離傳輸波與反射波，得到A、B、R信號，得到的測試信號隨后同本振信號源子模塊分頻過來的2MHz?60MHz本振信號進(jìn)行取樣混頻，變頻至固定中頻，即圖3中的IF_A、IF_R1和IF_B、IF_R2信號，分別對應(yīng)第一、第二測試端口，這些中頻信號進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析模塊，以進(jìn)行后續(xù)中頻處理。
[0025]6GHz?20GHz微波段的激勵信號發(fā)生、測試信號定向分離和變頻接收等處理過程均在6?20G前端模塊完成。如圖4所示，網(wǎng)絡(luò)分析模塊給該前端模塊VCO提供調(diào)諧電壓及參考，產(chǎn)生5GHz?IOGHz頻段信號，該信號再經(jīng)倍頻器倍頻至IOGHz?20GHz頻率范圍，倍頻后的信號與原信號相互銜接即可提供覆蓋6GHz?20GHz的激勵信號。此激勵信號經(jīng)增益等處理后加至測試端口，測試信號通過微帶平面式雙定向耦合器分離傳輸波與發(fā)射波，分離后的信號同本振信號源子模塊提供的2GHz?4GHz信號進(jìn)行諧波混頻，變頻至固定中頻，得到對應(yīng)兩個端口的A、B、R信號，即圖中的H_IFA、H_IFR1和H_IFB、H_IFR2。
[0026]5K?6GHz低頻段和射頻段激勵由激勵信號源子模塊提供。結(jié)合圖5，激勵信號源子模塊VCO產(chǎn)生的1.5G?3GHz信號經(jīng)過三次下變頻依次產(chǎn)生0.75G?1.5GHz、187.5M?
0.75GHz、46.875M?187.5MHz頻率段信號，46.875M?187.5MHz頻率段信號通過CPLD進(jìn)行小數(shù)分頻，得到2M?46.875MHz頻率段信號，與原信號合并產(chǎn)生可覆蓋2MHz?187.5MHz頻率段的信號，然后該信號分為兩路，一路信號返回，依次與激勵信號源子模塊三級分頻產(chǎn)生的信號合并，得到2MHz?1.5GHz頻率段信號，再與激勵信號源子模塊本身發(fā)生的1.5G?3GHz及其倍頻產(chǎn)生的3G?6GHz信號拼接，實(shí)現(xiàn)2MHz?6GHz射頻段激勵信號發(fā)生；另一路選出42.8M?50.8MHz頻率段信號，通過由雙D觸發(fā)器組成的四分頻電路，得到10.7M?
12.7MHz頻率段信號，該信號再與85.6MHz固定本振子模塊八分頻產(chǎn)生的10.7MHz信號進(jìn)行混頻，實(shí)現(xiàn)5KHz?2MHz低頻段激勵信號發(fā)生。
[0027]5KHz?2MHz低頻段測試信號定向分離同樣在6G前端模塊實(shí)現(xiàn)，如果將5KHz?2MHz頻段與2MHz?6GHz射頻段信號合并進(jìn)行定向分離處理，勢必加大定向耦合器設(shè)計難度，難以兼顧設(shè)計尺寸和性能指標(biāo)。因此，本單元將5KHz?2MHz測試信號獨(dú)立處理，根據(jù)傳輸波和反射波之間的相位關(guān)系，采用由運(yùn)放構(gòu)成的模擬電路實(shí)現(xiàn)信號分離。
[0028]5KHz?2MHz低頻段信號變頻接收過程在網(wǎng)絡(luò)分析模塊完成。結(jié)合圖6，在變頻過程中，對測試信號依次進(jìn)行了上變頻和下變頻。分離后的測試信號首先通過由放大器組成的希爾伯特濾波電路，得到相互正交的1、Q路信號，然后與10.7M的正交本振LO_1、LO_Q相乘加，實(shí)現(xiàn)零頻抑制并將測試信號上變頻至10.7MHz，其后再與10.9M的固定頻率進(jìn)行混頻，變頻至200K固定中頻，實(shí)現(xiàn)信號接收。其中，10.7M的正交本振是在低頻段激勵信號發(fā)生過程中，由雙D觸發(fā)器組成的四分頻電路對42.SMHz信號下變頻時得到的。
[0029]上述方式中未述及的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0030]需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以作出這樣或那樣的容易變化方式，諸如等同方式，或明顯變形方式。上述的變化方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其特征在于包括網(wǎng)絡(luò)分析模塊、6GHz?20GHz前端模塊與6GHz前端模塊，網(wǎng)絡(luò)分析模塊包括激勵信號源子模塊、固定本振子模塊、本振信號源子模塊與中頻處理子模塊，6GHz?20GHz前端模塊與6G前端模塊相連，共用6?20G前端模塊測試端口，兩個前端模塊分別連接至網(wǎng)絡(luò)分析模塊，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)分析模塊各子模塊之間的交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其特征在于將5KHz?20GHz測量頻率范圍劃分為低頻、射頻、微波三個頻段，根據(jù)每個頻段不同的特性，采用不同的激勵信號發(fā)生、測試信號定向分離和變頻接收方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其特征在于由其中的一些模塊和/或子模塊構(gòu)成了以下處理單元: 激勵信號發(fā)生單元，其用于分別產(chǎn)生每個頻段的激勵信號:低頻和射頻段激勵信號在網(wǎng)絡(luò)分析模塊通過激勵信號源子模塊的上、下變頻以及混頻產(chǎn)生；其中，低頻段激勵信號通過偏置電感直接加至端口，射頻段激勵信號首先送至6G前端模塊，經(jīng)增益、濾波等處理后加至端口 ；微波段激勵信號通過網(wǎng)絡(luò)分析模塊提供的參考信號調(diào)諧6?20G前端模塊VCO，在前端模塊內(nèi)發(fā)生，再經(jīng)處理后加至測試端口 ； 測試信號定向分離單元，其用于分別實(shí)現(xiàn)三個頻段測試信號傳輸波與反射波的分離:由于從5KHz到20GHz信號波長跨度很大，采用分段處理的方式用以降低小體積下定向耦合器設(shè)計難度并獲得更好性能指標(biāo)；其中，低頻段測試信號在6G前端模塊進(jìn)行處理，根據(jù)正、反向信號之間的相位關(guān)系，通過由運(yùn)放構(gòu)成的模擬電路實(shí)現(xiàn)定向分離；射頻段測試信號同樣在6G前端模塊進(jìn)行分離處理，與低頻段信號不同，這一頻段測試信號采用了電橋式雙定向耦合器作為分離器件；微波頻段測試信號在6?20G前端模塊進(jìn)行處理，由于此段信號頻率較高，采用了微帶平面式雙定向耦合器來分離正、反向信號； 測試信號變頻接收單元，其用于將三個頻段測試信號變頻至固定中頻:測試信號分離出傳輸波和反射波之后，需要將其變頻至固定中頻，然后送至網(wǎng)絡(luò)分析模塊中頻處理子模塊進(jìn)行后續(xù)處理，在此對三個頻段的信號采用了不同的變頻方式；其中，射頻段測試信號在6G前端模塊進(jìn)行處理，采用取樣混頻方法，用梳狀譜取樣本振信號源子模塊提供的2MHz?60MHz頻率，將其倍頻至所需頻率再與分離信號混頻，變頻至固定中頻；微波段測試信號在6?20G前端模塊進(jìn)行處理，采用諧波混頻方法，取本振信號源子模塊提供的2GHz?4GHz本振信號的N次諧波與分離后信號進(jìn)行混頻，將其變頻至固定中頻；低頻段測試信號是在網(wǎng)絡(luò)分析模塊進(jìn)行處理的，分離后信號首先經(jīng)希爾伯特濾波，與正交本振乘加進(jìn)行上變頻，然后與固定本振子模塊的輸出下變頻后的頻率進(jìn)行混頻，變頻至固定中頻。
【文檔編號】G01R31/00GK103592547SQ201310596828
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】楊宗偉, 顧軍, 李敬 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所