CN109307813A

CN109307813A - 一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法及装置

Info

Publication number: CN109307813A
Application number: CN201811177374.5A
Authority: CN
Inventors: 顾椿
Original assignee: Nanjing Ranya Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Ranya Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-02-05

Abstract

本发明公开了一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，包括：原始测量信号经第一变频模块转换为高频率测量信号并输出至待测件，并由第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第一参考接收机，由第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第一测量接收机，由第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第二测量接收机。本发明还公开了一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置。本发明利用变频模块的频谱搬移作用，将低频段的矢量网络分析仪的测量频段搬移至更高的频段，实现矢量网络分析仪的频带扩展。

Description

一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法及一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置。

背景技术

矢量网络分析仪是一种电磁波能量的测试设备，其既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。

随着测量技术的发展，所需测试的频率范围越来越宽。其中，频率越高，微波毫米波器件工艺等要求越高，成本也就越高，由于宽带的频率合成器价格十分昂贵，使得矢量网络分析仪的价格随着测量频率提高而大幅度增长。

因此需要研发一种低成本、高频率的矢量网络分析仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、灵活性强的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法及装置，可将低频段的矢量网络分析仪的测量频段搬移至更高的频段，实现矢量网络分析仪的频带扩展，大大地提高了经济效益。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，包括：

参考信号测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块，第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器传输至第三变频模块，第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第一参考接收机；

反射信号测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块，第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器及第一输出端口输出至待测件，待测件将高频率测量信号依次经第一输出端口、第二耦合器及第一耦合器反射至第二变频模块，第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第一测量接收机；

传输测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块，第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器及第一输出端口输出至待测件，待测件将高频率测量信号依次经第二输出端口、第三耦合器及第四耦合器传输至第五变频模块，第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号并将原始测量信号传输至第二测量接收机。

作为上述方案的改进，所述参考信号测量的方法包括：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号传输至第一耦合器；第一耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二耦合器；第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第三变频模块；第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一参考接收机。

作为上述方案的改进，所述反射信号测量的方法包括：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号传输至第一耦合器；第一耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二耦合器；第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号通过第一输出端口输出至待测件；待测件将高频率测量信号经第一输出端口反射至第二耦合器；第二耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号反射至第一耦合器；第一耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二变频模块；第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一测量接收机。

作为上述方案的改进，所述传输测量的方法包括：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号传输至第一耦合器；第一耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二耦合器；第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号通过第一输出端口输出至待测件；待测件将高频率测量信号经第二输出端口传输至第三耦合器；第三耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第四耦合器；第四耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第五变频模块；第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第二测量接收机。

相应地，本发明还提供了一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，包括：矢量网络分析仪、变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一输出端口及第二输出端口，所述变频模块包括第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块，所述矢量网络分析仪上设有第一信号源端口、第一测量接收机、第一参考接收机及第二测量接收机；所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第三变频模块及第一参考接收机依次相连以构成参考信号测量回路；所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第一输出端口及待测件依次相连，所述待测件、第一输出端口、第二耦合器、第一耦合器、第二变频模块及第一测量接收机依次相连，构成反射信号测量回路；所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第一输出端口、待测件、第二输出端口、第三耦合器、第四耦合器、第五变频模块及第二测量接收机依次相连以构成传输测量回路。

作为上述方案的改进，所述第一变频模块为上变频模块。

作为上述方案的改进，所述第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块均为下变频模块。

作为上述方案的改进，所述第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块的本振源相同。

作为上述方案的改进，所述变频模块包括第一控制开关、基础回路、扩展回路及第二控制开关；当所述基础回路与第一控制开关及第二控制开关导通时，所述变频模块工作于普通模式；当所述扩展回路与第一控制开关及第二控制开关导通时，所述变频模块工作于扩展模式。

作为上述方案的改进，所述扩展回路包括依次连接的混频器、放大器及带通滤波器。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明利用变频模块的频谱搬移作用以改变频率信息，从而将低频段的矢量网络分析仪的测量频段搬移至更高的频段，在保证经过待测件的信号是高频率测量信号的同时，确保矢量网络分析仪需要检测的幅度相位信息没有被改变，因此矢量网络分析仪实际测出的是高频率测量信号的参数，实现了矢量网络分析仪的频带扩展，灵活性强，还可以更低的成本实现更高频率的测量，大大地提高了经济效益。

附图说明

图1是本发明基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法的流程示意图；

图2是本发明基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置的结构示意图；

图3是本发明中变频模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

本发明基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法利用变频模块的频谱搬移作用，将低频段的矢量网络分析仪的测量频段搬移至更高的频段，实现矢量网络分析仪的频带扩展。

例如，原测量频带为Fa～Fb，使用变频模块将频带搬移f，则测量频带变为F(a+f)～F(b+f)，与远频段叠加，当满足a+f≤b时，即可实现频带扩展为Fa～F(b+f)。

具体地，本发明基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法涉及三种信号(参考信号测量、反射信号测量、传输测量)的测量，具体的测量过程如下：

参考信号测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器传输至第三变频模块；第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一参考接收机。

反射信号测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器及第一输出端口输出至待测件；待测件将高频率测量信号依次经第一输出端口、第二耦合器及第一耦合器反射至第二变频模块；第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一测量接收机。

传输测量：第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号依次通过第一耦合器、第二耦合器及第一输出端口输出至待测件；待测件将高频率测量信号依次经第二输出端口、第三耦合器及第四耦合器传输至第五变频模块；第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第二测量接收机。

下面结合具体的实时方式对本发明做进一步的描述：

所述参考信号测量的方法包括：

S101，第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

S102，第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号传输至第一耦合器；

S103，第一耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二耦合器；

S104，第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第三变频模块；

S105，第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一参考接收机。

因此，在参考信号测量过程中，通过第一变频模块与第三变频模块的配合，使矢量网络分析仪需要检测的幅度相位信息没有被改变。

所述反射信号测量的方法包括：

S101，第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

S204，第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号通过第一输出端口输出至待测件；

S205，待测件将高频率测量信号经第一输出端口反射至第二耦合器；

S206，第二耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号反射至第一耦合器；

S207，第一耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二变频模块；

S208，第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一测量接收机。

因此，在反射信号测量过程中，通过第一变频模块与第二变频模块的配合，使经过待测件的信号为高频率测量信号，而矢量网络分析仪需要检测的幅度相位信息没有被改变。

所述传输测量的方法包括：

S101，第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

S305，待测件将高频率测量信号经第二输出端口传输至第三耦合器；

S306，第三耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第四耦合器；

S307，第四耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第五变频模块；

S308，第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第二测量接收机。

因此，在传输测量过程中，通过第一变频模块与第五变频模块的配合，使经过待测件的信号为高频率测量信号，而矢量网络分析仪需要检测的幅度相位信息没有被改变。

另外，本发明中，所有的变频模块(第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块、第四变频模块、第五变频模块及第六变频模块)均采用同一参考源，从而使得同一参考源至各变频模块处的相位差恒定，确保频率一致。

由上可知，原始测量信号F由第一信号源端口输出，经过第一变频模块后变为高频率测量信号F+df；经过第一耦合器，耦合信号被吸收；高频率测量信号F+df继续经过第二耦合器，耦合信号传至第三变频模块，恢复为原始测量信号F，传给第一参考接收机，完成参考信号测量；同时，通过第二耦合器的高频率测量信号F+df由第一输出端口输出，进入待测件；在第一输出端口反射回去的高频率测量信号F+df经过第二耦合器，耦合信号被吸收，继续经过第一耦合器，耦合信号经第二变频模块恢复至原始测量信号F传给第一测量接收机，完成反射信号测量；相应地，经过待测件的高频率测量信号F+df经第二输出端口传至第三耦合器，耦合信号被吸收，继续传至第四耦合器，耦合信号经第五变频模块恢复至原始测量信号F后传给第二测量接收机，完成传输测量。

因此，本发明中矢量网络分析仪使用的是原始测量信号F，而经过待测件的信号是高频率测量信号F+df，变频模块(第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块、第五变频模块)只作频谱搬移以改变频率信息，而矢量网络分析仪需要检测的幅度相位信息没有被改变，因此矢量网络分析仪实际测出的是高频率测量信号F+df的参数，进而实现了矢量网络分析仪测量频带的扩展。

参见图2，图2显示了本发明基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置的具体结构，其包括矢量网络分析仪、变频模块、第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3、第四耦合器C4、第一输出端口T1及第二输出端口T2，所述变频模块包括第一变频模块F1、第二变频模块F2、第三变频模块F3及第五变频模块F5，所述矢量网络分析仪上设有第一信号源端口S1、第一测量接收机M1、第一参考接收机R1及第二测量接收机M2。所述第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3及第四耦合器C4优选为定向耦合器，但不以此为限制。

所述第一信号源端口S1、第一变频模块F1、第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三变频模块F3及第一参考接收机R1依次相连以构成参考信号测量回路。

所述第一信号源端口S1、第一变频模块F1、第一耦合器C1、第二耦合器C2、第一输出端口T1及待测件Q依次相连，所述待测件Q、第一输出端口T1、第二耦合器C2、第一耦合器C1、第二变频模块F2及第一测量接收机M1依次相连，构成反射信号测量回路。

所述第一信号源端口S1、第一变频模块F1、第一耦合器C1、第二耦合器C、第一输出端口T1、待测件Q、第二输出端口T2、第三耦合器C3、第四耦合器C4、第五变频模块F5及第二测量接收机M2依次相连以构成传输测量回路。

本发明的工作原理如下：原始测量信号F由第一信号源端口S1输出，经过第一变频模块F1后变为高频率测量信号F+df；经过第一耦合器C1，耦合信号被吸收；高频率测量信号F+df继续经过第二耦合器C2，耦合信号传至第三变频模块F3，恢复为原始测量信号F，传给第一参考接收机R1，完成参考信号测量；同时，通过第二耦合器C2的高频率测量信号F+df由第一输出端口T1输出，进入待测件Q；在第一输出端口T1反射回去的高频率测量信号F+df经过第二耦合器C2，耦合信号被吸收，继续经过第一耦合器C1，耦合信号经第二变频模块F2恢复至原始测量信号F传给第一测量接收机M1，完成反射信号测量；相应地，经过待测件Q的高频率测量信号F+df经第二输出端口T2传至第三耦合器C3，耦合信号被吸收，继续传至第四耦合器C4，耦合信号经第五变频模块F5恢复至原始测量信号F后传给第二测量接收机M2，完成传输测量。

进一步，变频模块还包括第四变频模块F4及第六变频模块F6，矢量网络分析仪上还设有第二信号源端口S2及第二参考接收机R2，所述第四变频模块F4分别与第三耦合器C3及第二信号源端口S2连接,所述第六变频模块F6分别与第四耦合器C4及第二参考接收机R2连接。工作时，第二信号源端口S2输出的原始测量信号的原理与第一信号源端口S1的原理一致。

同时，所述第一变频模块F1及第六变频模块F6为上变频模块，所述第二变频模块F2、第三变频模块F3、第四变频模块F4均及第五变频模块F5均为下变频模块。所述第一变频模块F1、第二变频模块F2、第三变频模块F3、第四变频模块F4、第五变频模块F5及第六变频模块F6的本振源(即搬移频率)相同。即本发明中所有的变频模块(第一变频模块F1、第二变频模块F2、第三变频模块F3、第四变频模块F4、第五变频模块F5及第六变频模块F6)均采用同一参考源，从而使得同一参考源至各变频模块处的相位差恒定，确保频率一致。

如图3所示，所述变频模块包括第一控制开关K1、基础回路、扩展回路及第二控制开关K2，所述扩展回路包括依次连接的混频器F’、放大器D及带通滤波器B，所述基础回路可以为导线。

当所述基础回路与第一控制开关K1及第二控制开关K2导通时，所述变频模块工作于普通模式。

当所述扩展回路与第一控制开关K1及第二控制开关K2导通时，所述变频模块工作于扩展模式。

需要说明的是，变频模块(第一变频模块F1、第二变频模块F2、第三变频模块F3、第四变频模块F4、第五变频模块F5及第六变频模块F6)中，当不需要进行频率变换时，可将第一控制开关K1及第二控制开关K2同时接基础回路，当需要进行频率变换时，可将第一控制开关K2及第二控制开关K2同时接扩展回路。相应地，除了基础回路及扩展回路外，还可以增加其他回路以进一步提高频率扩展的多样性，灵活性强。

因此，本发明利用变频模块的频谱搬移作用，可将低频段的矢量网络分析仪的测量频段搬移至更高的频段，实现矢量网络分析仪的频带扩展，灵活性强，还可以更低的成本实现更高频率的测量，大大地提高了经济效益。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，所述参考信号测量的方法包括：

第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

第一变频模块将原始测量信号转换为高频率测量信号，并将高频率测量信号传输至第一耦合器；

第一耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二耦合器；

第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第三变频模块；

第三变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一参考接收机。

3.如权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，所述反射信号测量的方法包括：

第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

第二耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号通过第一输出端口输出至待测件；

待测件将高频率测量信号经第一输出端口反射至第二耦合器；

第二耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号反射至第一耦合器；

第一耦合器对反射回来的高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第二变频模块；

第二变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第一测量接收机。

4.如权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展方法，所述传输测量的方法包括：

第一信号源端口输出原始测量信号至第一变频模块；

待测件将高频率测量信号经第二输出端口传输至第三耦合器；

第三耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第四耦合器；

第四耦合器对高频率测量信号进行耦合处理，并将处理后的高频率测量信号传输至第五变频模块；

第五变频模块将高频率测量信号恢复为原始测量信号，并将原始测量信号传输至第二测量接收机。

5.一种基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，包括矢量网络分析仪、变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一输出端口及第二输出端口，所述变频模块包括第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块，所述矢量网络分析仪上设有第一信号源端口、第一测量接收机、第一参考接收机及第二测量接收机；

所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第三变频模块及第一参考接收机依次相连以构成参考信号测量回路；

所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第一输出端口及待测件依次相连，所述待测件、第一输出端口、第二耦合器、第一耦合器、第二变频模块及第一测量接收机依次相连，构成反射信号测量回路；

所述第一信号源端口、第一变频模块、第一耦合器、第二耦合器、第一输出端口、待测件、第二输出端口、第三耦合器、第四耦合器、第五变频模块及第二测量接收机依次相连以构成传输测量回路。

6.如权利要求5所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，所述第一变频模块为上变频模块。

7.如权利要求5所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，所述第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块均为下变频模块。

8.如权利要求5所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，所述第一变频模块、第二变频模块、第三变频模块及第五变频模块的本振源相同。

9.如权利要求5所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，所述变频模块包括第一控制开关、基础回路、扩展回路及第二控制开关；

当所述基础回路与第一控制开关及第二控制开关导通时，所述变频模块工作于普通模式；

当所述扩展回路与第一控制开关及第二控制开关导通时，所述变频模块工作于扩展模式。

10.如权利要求9所述的基于矢量网络分析仪的测量频带扩展装置，其特征在于，所述扩展回路包括依次连接的混频器、放大器及带通滤波器。