CN103592547A

CN103592547A - 一种宽带矢量网络分析仪

Info

Publication number: CN103592547A
Application number: CN201310596828.3A
Authority: CN
Inventors: 杨宗伟; 顾军; 李敬
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: China Electronics Technology Instruments Co Ltd CETI
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103592547B

Abstract

本发明公开了一种宽带矢量网络分析仪，特征是采用频率分段方式，将测试频率范围划分为低频、射频、微波三个频段，每个频段的激励信号发生、测试信号定向分离和变频接收方法都各不相同。仪器总体上由网络分析模块、6～20G前端模块与6G前端模块组成，网络分析模块又包括激励信号源子模块、固定本振子模块、本振信号源子模块与中频处理子模块，6GHz～20GHz前端模块与6G前端模块相连，共用6～20G前端模块测试端口，两个前端模块分别连接至网络分析模块，实现与网络分析模块各子模块之间的交互。本发明采用的测量频率分段处理方式，使不同频段的处理相互独立，有效避免了在小体积条件下低频测量与高频测量设计中的难点，实现了更宽的频率测量范围。

Description

一种宽带矢量网络分析仪

技术领域

本发明涉及一种宽带矢量网络分析仪。

背景技术

矢量网络分析仪是微波测量领域最常用的测试设备，广泛应用于雷达、电子对抗、电台以及微波器件等多个测试领域。目前的宽带矢量网络分析仪通常为较大体积的台式机，不利于现场测试，迫切需要研制小体积、携带方便的手持式宽带测试仪器。在网络测试***中，通常使用定向耦合器作为信号的分离器件，因此定向耦合器的工作带宽直接决定了仪器的测试带宽，由于受定向耦合器设计尺寸的限制以及传输路径对射频信号的影响，很难在手持式仪器上实现从很低频率到很高频率的测量。

目前比较成熟的手持式矢量网络分析仪测量频率范围低端通常为2MHz，高端可以达到6GHz或更高，其实现方案为：激励信号由激励信号源VCO发生信号上、下变频及混频得到，测试信号通过宽频带双定向耦合器进行分离，然后与本振信号进行基波混频，实现变频接收后进行中频处理。这种实现方案结构较为紧凑，但是要扩展工作频带比较困难。如果基于此方案实现5KHz～20GHz矢网分析仪，一是将极大增加定向耦合器的设计难度，由于工作频率范围从射频跨度到微波，频带超过多个倍频程，在这么宽的频率范围内要保证性能指标并保持较小体积将极为困难；二是传输路径势必对高频段信号产生影响，由于工作频率范围跨度较大，如果整个频段同时进行处理，对通道要求很高，设计难度较大。

综上所述，现有技术中的矢量网络分析仪还有待于更进一步的改进。

发明内容

本发明的任务在于解决现有技术中矢量网络分析仪存在的技术缺陷，提供一种宽带矢量网络分析仪。

其技术解决方案是：

一种宽带矢量网络分析仪，包括网络分析模块、6～20G前端模块与6G前端模块组成，网络分析模块又包括激励信号源子模块、固定本振子模块、本振信号源子模块与中频处理子模块，6GHz～20GHz前端模块与6G前端模块相连，共用6～20G前端模块测试端口，两个前端模块分别连接至网络分析模块，实现与网络分析模块各子模块之间的交互。采用频率分段方式，将测试频率范围划分为低频、射频、微波三个频段，每个频段的激励信号发生、测试信号定向分离和变频接收方法都各不相同。其中的一些模块和/或子模块能够构成以下单元：

激励信号发生单元，其用于分别产生每个频段的激励信号：低频段和射频段激励信号在网络分析模块通过激励信号源子模块的上、下变频以及混频产生。其中，低频段激励信号通过偏置电感直接加至端口，射频段激励信号首先送至6G前端模块，经增益、滤波等处理后加至端口；微波段激励信号通过网络分析模块提供的参考信号调谐6～20G前端模块VCO，在前端模块内发生，再经处理后加至测试端口。

测试信号定向分离单元，其用于分别实现三个频段测试信号传输波与反射波的分离：由于从5KHz到20GHz信号波长跨度很大，采用分段处理的方式可以降低小体积下定向耦合器设计难度并获得更好性能指标。其中，低频段测试信号在6G前端模块进行处理，根据正、反向信号之间的相位关系，通过由运放构成的模拟电路实现定向分离；射频段测试信号同样在6G前端模块进行分离处理，与低频段不同，这一频段测试信号采用了电桥式双定向耦合器作为分离器件；微波段测试信号在6～20G前端模块进行处理，由于此段信号频率较高，采用了微带平面式双定向耦合器来分离正、反向信号。

测试信号变频接收单元，其用于将三个频段测试信号变频至固定中频：测试信号分离出传输波和反射波之后，需要将其变频至固定中频，然后送至网络分析模块中频处理子模块进行后续处理，在此对三个频段的信号采用了不同的变频方式。其中，射频段测试信号在6G前端模块进行处理，采用取样混频方法，用梳状谱取样本振信号源子模块提供的2MHz～60MHz频率，将其倍频至所需频率再与分离信号混频，变频至固定中频；微波段测试信号在6～20G前端模块进行处理，采用谐波混频方法，取本振信号源子模块提供的2GHz～4GHz本振信号的N次谐波与分离后信号进行混频，将其变频至固定中频；低频段测试信号是在网络分析模块进行处理的，分离后信号首先经希尔伯特滤波，与正交本振乘加进行上变频，然后与固定本振子模块的输出下变频后的频率进行混频，变频至固定中频。

本发明具有以下有益技术效果：

一、本发明采用测量频率分段处理方法，各频段处理相互独立，有效避免了在小体积条件下低频测量与高频测量设计中的难点，实现了更宽的频率测量范围，并且较全频段处理方式较易获得更好的性能指标。

二、本发明中低频段采用模拟电路实现信号分离，射频段和微波段根据频率特性依次采用了电桥式和微带平面式双定向耦合器，有效解决了定向耦合器设计尺寸上的限制，结构更加紧凑，在降低设计难度的同时实现了从很低频率到很高频率的测量。

三、本发明射频段和微波段信号集中于前端模块进行处理，网络分析模块直接处理中频信号，减少了信号传输，解决了传输路径对射频信号的影响，能够实现更高频率的测量。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：

图1为本发明一种实施方式的原理示意框图。

图2为本发明中的激励信号源子模块与本振信号源子模块的工作原理示意框图。

图3为本发明中的6G前端模块的原理示意框图。

图4为本发明中的6～20G前端模块的原理示意框图。

图5为本发明中的低频段信号发生原理示意图。

图6为本发明中的低频段信号接收原理示意图。

具体实施方式

结合图1，一种宽带矢量网络分析仪，包括网络分析模块、6GHz～20GHz前端模块与6GHz前端模块，网络分析模块包括激励信号源子模块、固定本振子模块、本振信号源子模块与中频处理子模块，6～20G前端模块与6G前端模块相连，共用6～20G前端模块测试端口，即第一测试端口与第二测试端口。两个前端模块分别连接至网络分析模块，实现与网络分析模块各子模块之间的交互。

上述激励信号源子模块主要负责产生5KHz～6GHz低频段和射频段激励信号，并为6～20G前端模块VCO提供调谐电压；本振信号源子模块主要参与变频接收过程，所产生的本振信号与分离后的信号进行混频将其变至固定中频以进行后续处理。如图2所示，射频VCO产生1.5G～3G信号并分为三路，一路经过多次分频与混频覆盖5KHz～1.5GHz频率段，一路经倍频及滤波产生3G～6G频段信号，再加上直接产生的1.5GHz～3GHz频率段信号即可提供覆盖5KHz～6GHz的激励信号。射频VCO同时提供一路参考信号给本振信号源锁相环，本振VCO锁定后将产生两路信号参与变频接收，一路直接提供给6～20G前端模块，即图中的H_LO信号，另外一路经下变频后提供给6G前端模块，即图中的L_LO信号。

2MHz～6GHz射频段测试信号的分离和变频接收处理过程是在6G前端模块完成的。如图3所示，L_P1和L_P2为两个测试端口，从网络分析模块产生的射频激励即L_RF信号经增益等处理后加到测试端口上，测试信号通过电桥式双定向耦合器分离传输波与反射波，得到A、B、R信号，得到的测试信号随后同本振信号源子模块分频过来的2MHz～60MHz本振信号进行取样混频，变频至固定中频，即图3中的IF_A、IF_R1和IF_B、IF_R2信号，分别对应第一、第二测试端口，这些中频信号进入网络分析模块，以进行后续中频处理。

6GHz～20GHz微波段的激励信号发生、测试信号定向分离和变频接收等处理过程均在6～20G前端模块完成。如图4所示，网络分析模块给该前端模块VCO提供调谐电压及参考，产生5GHz～10GHz频段信号，该信号再经倍频器倍频至10GHz～20GHz频率范围，倍频后的信号与原信号相互衔接即可提供覆盖6GHz～20GHz的激励信号。此激励信号经增益等处理后加至测试端口，测试信号通过微带平面式双定向耦合器分离传输波与发射波，分离后的信号同本振信号源子模块提供的2GHz～4GHz信号进行谐波混频，变频至固定中频，得到对应两个端口的A、B、R信号，即图中的H_IFA、H_IFR1和H_IFB、H_IFR2。

5K～6GHz低频段和射频段激励由激励信号源子模块提供。结合图5，激励信号源子模块VCO产生的1.5G～3GHz信号经过三次下变频依次产生0.75G～1.5GHz、187.5M～0.75GHz、46.875M～187.5MHz频率段信号，46.875M～187.5MHz频率段信号通过CPLD进行小数分频，得到2M～46.875MHz频率段信号，与原信号合并产生可覆盖2MHz～187.5MHz频率段的信号，然后该信号分为两路，一路信号返回，依次与激励信号源子模块三级分频产生的信号合并，得到2MHz～1.5GHz频率段信号，再与激励信号源子模块本身发生的1.5G～3GHz及其倍频产生的3G～6GHz信号拼接，实现2MHz～6GHz射频段激励信号发生；另一路选出42.8M～50.8MHz频率段信号，通过由双D触发器组成的四分频电路，得到10.7M～12.7MHz频率段信号，该信号再与85.6MHz固定本振子模块八分频产生的10.7MHz信号进行混频，实现5KHz～2MHz低频段激励信号发生。

5KHz～2MHz低频段测试信号定向分离同样在6G前端模块实现，如果将5KHz～2MHz频段与2MHz～6GHz射频段信号合并进行定向分离处理，势必加大定向耦合器设计难度，难以兼顾设计尺寸和性能指标。因此，本单元将5KHz～2MHz测试信号独立处理，根据传输波和反射波之间的相位关系，采用由运放构成的模拟电路实现信号分离。

5KHz～2MHz低频段信号变频接收过程在网络分析模块完成。结合图6，在变频过程中，对测试信号依次进行了上变频和下变频。分离后的测试信号首先通过由放大器组成的希尔伯特滤波电路，得到相互正交的I、Q路信号，然后与10.7M的正交本振LO_I、LO_Q相乘加，实现零频抑制并将测试信号上变频至10.7MHz，其后再与10.9M的固定频率进行混频，变频至200K固定中频，实现信号接收。其中，10.7M的正交本振是在低频段激励信号发生过程中，由双D触发器组成的四分频电路对42.8MHz信号下变频时得到的。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种宽带矢量网络分析仪，其特征在于包括网络分析模块、6GHz～20GHz前端模块与6GHz前端模块，网络分析模块包括激励信号源子模块、固定本振子模块、本振信号源子模块与中频处理子模块，6GHz～20GHz前端模块与6G前端模块相连，共用6～20G前端模块测试端口，两个前端模块分别连接至网络分析模块，实现与网络分析模块各子模块之间的交互。

2.根据权利要求1所述的宽带矢量网络分析仪，其特征在于将5KHz～20GHz测量频率范围划分为低频、射频、微波三个频段，根据每个频段不同的特性，采用不同的激励信号发生、测试信号定向分离和变频接收方法。

3.根据权利要求1所述的宽带矢量网络分析仪，其特征在于由其中的一些模块和/或子模块构成了以下处理单元：

激励信号发生单元，其用于分别产生每个频段的激励信号：低频和射频段激励信号在网络分析模块通过激励信号源子模块的上、下变频以及混频产生；其中，低频段激励信号通过偏置电感直接加至端口，射频段激励信号首先送至6G前端模块，经增益、滤波等处理后加至端口；微波段激励信号通过网络分析模块提供的参考信号调谐6～20G前端模块VCO，在前端模块内发生，再经处理后加至测试端口；

测试信号定向分离单元，其用于分别实现三个频段测试信号传输波与反射波的分离：由于从5KHz到20GHz信号波长跨度很大，采用分段处理的方式用以降低小体积下定向耦合器设计难度并获得更好性能指标；其中，低频段测试信号在6G前端模块进行处理，根据正、反向信号之间的相位关系，通过由运放构成的模拟电路实现定向分离；射频段测试信号同样在6G前端模块进行分离处理，与低频段信号不同，这一频段测试信号采用了电桥式双定向耦合器作为分离器件；微波频段测试信号在6～20G前端模块进行处理，由于此段信号频率较高，采用了微带平面式双定向耦合器来分离正、反向信号；

测试信号变频接收单元，其用于将三个频段测试信号变频至固定中频：测试信号分离出传输波和反射波之后，需要将其变频至固定中频，然后送至网络分析模块中频处理子模块进行后续处理，在此对三个频段的信号采用了不同的变频方式；其中，射频段测试信号在6G前端模块进行处理，采用取样混频方法，用梳状谱取样本振信号源子模块提供的2MHz～60MHz频率，将其倍频至所需频率再与分离信号混频，变频至固定中频；微波段测试信号在6～20G前端模块进行处理，采用谐波混频方法，取本振信号源子模块提供的2GHz～4GHz本振信号的N次谐波与分离后信号进行混频，将其变频至固定中频；低频段测试信号是在网络分析模块进行处理的，分离后信号首先经希尔伯特滤波，与正交本振乘加进行上变频，然后与固定本振子模块的输出下变频后的频率进行混频，变频至固定中频。