CN111766463A

CN111766463A - 矢量网络分析仪及其扩频模块

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Publication number: CN111766463A
Application number: CN202010486590.9A
Authority: CN
Inventors: 卜景鹏; 东君伟; 毛记平; 梁有宁
Original assignee: Zhongshan Xiangshan Microwave Technology Co ltd
Current assignee: Zhongshan Xiangshan Microwave Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2020-10-13

Abstract

本发明涉及一种矢量网络分析仪及其扩频模块，扩频模块内形成射频倍频电路、本振倍频电路和下变频电路；所述射频倍频电路连接于一个信号输入接口，具有多个第一频段通道及设于每一第一频段通道末端的定向耦合器，双定向耦合器还连接下变频电路和测试端口；本振倍频电路具有与第一频段通道的频段一一对应的多个第二频段通道，均连接于另一信号输入接口与下变频电路；所述下变频电路用于将双定向耦合器采样的前向信号和反向信号下变频形成对应的中频信号，由两个中频信号端口分别输出。在***频段切换时，由扩频模块内部射频开关切换相应的频率通道即可，无需改动硬件架构，相比于现有矢量网络分析仪的商业测试方案，成本低廉。

Description

矢量网络分析仪及其扩频模块

【技术领域】

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及矢量网络分析仪及其采用的扩频模块。

【背景技术】

当前新一代移动通信和汽车自动驾驶雷达的波段已提升至毫米波波段，未来还可能进一步提升至太赫兹波段。毫米波频率范围为30GHz～300GHz，300GHz以上称为太赫兹波段。相对于微波通信***，超高频率的毫米波和太赫兹波段具有工作波长短、设备体积小、重量轻、机动性能好、频段宽、容量大、能够做到图像与数字兼容、模数兼容，且相对于红外线与光信号，毫米波***对烟尘、云雾的穿透性更强，适合全天候工作等优点。这些优点使得毫米波通信***在精确制导、射频侦查、雷达遥感、气象研究以及现代通信***等发展领域中表现出巨大的优势。

有了毫米波波段的产品，就必须配备毫米波波段的测试技术和测试仪器，常用的毫米波测量仪器有信号源、频谱仪和网络分析仪等。

是德公司、罗德与施瓦茨公司、安立公司均推出了毫米波波段的网络分析仪，例如2008年，安捷伦推出的双端口VNA测量套件的测量频率已经达到325-508GHz，动态范围达到35dB以上，反射动态范围达到20dB以上。如果直接配置几百GHz的射频仪器，设备成本将很高，因此通常的做法是充分利用原有的常规微波频段的射频仪器，再采用频率拓展模块将射频提升至毫米波波段。例如可利用惠普公司的8510C配置倍频器和谐波混频器实现80～360GHz超宽带毫米波网络分析测试***，该***在280GHz以下频率动态范围达到60dB，反射动态范围达到50dB。

当前主流的扩频模块技术均基于J.Cauffield和R.D.Pollard的扩频方式来实现，该方式既能够利用已有的测量仪器资源，具有高度的通用性，不同频段的切换仅需选择相应扩频模块即可，无需更换其他硬件，因而有效降低了升级成本。

然而，现有商用毫米波网络分析仪测试***，无论是采用毫米波一体机或是常规仪器配合扩频模块，其硬件成本都很高；使用常规仪器配合扩频模块实现毫米波测试，必须进行***搭建，完成连线、软件调用、校准后才能使用，此时***只能进行毫米波一个波段的测试，转换成其他波段必须更换扩频模块，***必须重新校准才能使用，需要继续进行优化，以简化不同波段的毫米波产品测试，降低成本。

【发明内容】

本发明的首要目的在于提供一种可方便不同频段毫米波产品测试、且成本较低的扩频模块。

本发明的另一目的旨在提供一种应用上述扩频模块的矢量网络分析仪。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

作为第一方面，本发明涉及一种扩频模块，具有射频信号输入接口、本振信号输入接口、参考中频信号端口、测试中频信号端口及用于与待测器件连接的测试端口；该扩频模块内形成射频倍频电路、本振倍频电路和与射频倍频电路和本振倍频电路各自的输出端连接的下变频电路；所述射频倍频电路连接于射频信号输入接口，具有多个第一频段通道及设于每一第一频段通道末端用于对该频段通道的信号进行采样形成前向信号和反向信号的定向耦合器，所述定向耦合器还连接于下变频电路和所述测试端口；所述本振倍频电路连接于本振信号输入接口，具有与第一频段通道的频段一一对应的多个第二频段通道，所述第二频段通道远离本振信号输入接口的一端与下变频电路连接；所述下变频电路用于将所述前向信号和反向信号下变频形成对应的参考中频信号和测试中频信号，对应由参考中频信号端口和测试中频信号端口输出。

优选地，所述多个第一频段通道均通过射频开关连接于所述测试端口，以可选择切换地通过对应通道向测试端口输出所需的射频信号。

优选地，所述第一频段通道的工作频率均在100KHz～500GHz之间，并且所述多个第一频段通道在100KHz～500GHz内分段覆盖。

优选地，各个所述第一频段通道的信号由经过射频信号输入接口输入的一路射频信号在对应频段通道内倍频后生成。

优选地，所述第一频段通道中，设置倍频器的频段通道内均设有滤波器，用于过滤非本频段通道工作频段内的谐波。

优选地，所述第一频段通道设有八个，并且八个通道对应的倍频次数分别为一、三、三、六、八、十六、十六、三十二次。

优选地，所述射频倍频电路包括射频开关、倍频器、滤波器和定向耦合器；其中，

两个单刀双掷开关与一个定向耦合器之间连接构成第一个通道；

两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为三次的倍频器、两个滤波器和两个定向耦合器之间连接构成第二个通道和第三个通道；

两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为三次的倍频器、一个倍频次数为两次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第四个通道；

两个单刀双掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第五个通道；

两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、一个倍频次数为二次的倍频器、两个滤波器和两个定向耦合器之间连接构成第六个通道和第七个通道；

两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、两个倍频次数为二次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第八个通道。

优选地，所述第二频段通道设有八个，并且八个通道对应的倍频次数分别为一、三、三、六、八、十六、十六、三十二次，用于将一路本振信号倍频并受控地通过对应的一个频段通道向下变频电路输出与射频倍频电路频率相同的本振信号。

优选地，所述定向耦合器为双定向耦合器。

作为第二方面，本发明涉及一种矢量网络分析仪，包括主机和一对扩频模块，所述主机包括矢量检波器、射频开关、射频信号源和本振信号源；

所述扩频模块为上述扩频模块，其射频信号输入接口与所述射频信号源连接，本振信号输入接口与本振信号源连接，两个扩频模块的参考中频信号端口和测试中频信号端口经过一个单刀四掷的射频开关连接于所述矢量检波器。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

本发明的矢量网络分析仪中，由于扩频模块设置多个频段通道，将射频倍频和本振倍频电路均设置成可由一路信号倍频成不同频段信号，并可由内部射频开关切换信号在对应频段通道内传输，在***频段切换时，由扩频模块内部射频开关切换相应的频率通道即可，这样在仪器使用时，无需改动硬件架构，极其方便应用于毫米波产品的测试，相比于现有的商业测试方案，成本低廉。

【附图说明】

图1为本发明一种实施方式的矢量网络分析仪的结构框图；

图2为本发明一种实施方式的扩频模块的结构框图；

图3为本发明一种实施方式的射频倍频电路的结构框图；

图4为本发明一种实施方式的本振倍频电路的结构框图；

图5为本发明一种实施方式的下变频电路的结构框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

参见图1至图5，本发明涉及一种矢量网络分析仪，其可适用于100kHz～500GHz毫米波产品的测试。该矢量网络分析仪包括主机200及与主机200连接的一对扩频模块100，所述主机200可采用常规微波波段网络分析仪，也可采用定制化的频率源及幅相检波***，所述扩频模块100设有多个通道，例如设置八个通道，分段覆盖100kHz～500GHz。

优选地，所述主机200包括四个独立相参频率源、矢量检波器203、一个单刀四掷的射频开关及四个中频输入口，四个频率源分别为两个射频信号源201和两个本振信号源202，频率均覆盖100kHz～26.5GHz，四个中频输入口a1、a2、b1、b2分别对应1端口的入射信号参考值、2端口的入射信号参考值、1端口的反射信号参考值、2端口的反射信号参考值。

所述扩频模块100包括射频倍频电路10、本振倍频电路20和下变频电路30，并且具有射频信号输入接口40、本振信号输入接口50、参考中频信号端口60、测试中频信号端口70，以及测试端口80。所述射频信号输入接口40连接于所述射频信号源201、本振信号输入接口50连接于本振信号源202，两个扩频模块10的所述参考中频信号端口60经过中频输入口a1、a2和射频开关204连接到所述矢量检波器203，两个所述测试中频信号端口70经过中频输入口b1、b2和射频开关204连接到矢量检波器203，两个扩频模块10的所述测试端口80用于与被测器件的两个端口连接，以向被测器件输出激励信号和接收其反射信号和输出信号。

由此，通过对四个中频输入进行矢量检波即得到各个信号的幅度和相位，利用后处理即可得到网络参数值：

各个网络参数均为矢量，因此得到了待测件的幅度和相位信息。

所述射频倍频电路10中，设有八个第一频段通道101～108，八个所述第一频段通道101～108在100kHz～500GHz分段覆盖，并且相邻两个第一频段通道的频率相连。

八个所述第一频段通道均连接于所述射频信号输入接口40和测试端口80，较佳地，八个所述第一频段通道由一个单刀八掷的射频开关连接到测试端口80，以可受控地切换到对应通道，供相应频段信号由测试端口80输出。

另外，八个第一频段通道的信号由一路从射频信号输入接口40输入的射频信号经过倍频形成，八个第一频段通道的倍频次数分别为一次、三次、三次、六次、八次、十六次、十六次、三十二次，分别覆盖频段为100kHz～26.5GHz、26GHz～40GHz、40GHz～60GHz、60GHz～90GHz、90GHz～140GHz、140GHz～220GHz、220GHz～330GHz、330GHz～500GHz，可在射频信号输入接口40输入一路频率为100kHz～26.5GHz的射频信号时，通过不同的频段通道向测试端口80输出对应频率的激励信号。

请结合图3，优选地，射频倍频电路10包括多个单刀双掷开关、多个单刀三掷开关、多个倍频次数为二次的倍频器、倍频次数为三次的倍频器、倍频次数为八次的倍频器12、双定向耦合器14，所述单刀双掷开关和单刀三掷开关均为射频开关11，所述双定向耦合器14用于分离前向信号和反向信号，具有前向信号端口和反向信号端口。

其中，两个单刀双掷开关与一个定向耦合器之间连接构成第一个通道，分别覆盖频段为100kHz～26.5GHz；两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为三次的倍频器、两个滤波器和两个定向耦合器之间连接构成第二个通道和第三个通道，分别覆盖26GHz～40GHz和40GHz～60GHz两个频段；两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为三次的倍频器、一个倍频次数为两次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第四个通道，覆盖60GHz～90GHz；两个单刀双掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第五个通道，覆盖90GHz～140GHz；两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、一个倍频次数为二次的倍频器、两个滤波器和两个定向耦合器之间连接构成第六个通道和第七个通道，分别覆盖140GHz～220GHz、220GHz～330GHz；两个单刀双掷开关、一个单刀三掷开关、一个倍频次数为八次的倍频器、两个倍频次数为二次的倍频器、一个滤波器和一个定向耦合器之间连接构成第八个通道，覆盖330GHz～500GHz。对应地，设置倍频器的通道内设有滤波器13，用于过滤非本通道频段的谐波。

请结合图4，类似地，所述本振倍频电路20也设置八个通道，分别为八个第二频段通道211～218，其同样经过倍频形成，各通道结构与射频倍频电路10的第一频段通道基本相同，在此不作赘述。所述本振倍频电路20在扩频模块100通过本振信号输入接口50输入一路本振信号时，可在八路第二频段通道中选择切换地向下变频电路30输出一路与射频信号同频段的本振信号。

请结合图5，所述下变频电路30设有十六个第三频段通道，分别为第三频段通道321～336，每两个频率相同的第三频段通道分为一组，八组第三频段通道的频段与八个第一频段通道的频段一一对应，每组第三频段通道中的两个第三频段通道对应与一个第一频段通道末端的双定向耦合器的前向信号端口和反向信号端口连接，并且每组第三频段通道与一个本振倍频电路20的第二频段通道连接，用于将双定向耦合器采样的前向和反向的射频信号下变频至中频，八路前向信号下变频后经中频滤波，再经射频开关合并为一路，表征发射的信号a，通过参考中频信号端口输出；八路反向信号下变频后经中频滤波，再经射频开关合并为一路，即表征接收的信号b，经测试中频信号端口输出。

总而言之，本发明的矢量网络分析仪中，由于扩频模块设置多个频段通道，将射频倍频电路10和本振倍频电路20均设置成可由一路信号倍频成不同频段信号，一个模块即可实现100kHz～500GHz的覆盖，无需采购若干套不同频段的扩频模块完成频段覆盖。并可由内部射频开关切换信号在对应频段通道内传输，在***频段切换时，由扩频模块内部射频开关切换相应的频率通道即可，这样在仪器使用时，无需改动硬件架构，极其方便应用于毫米波产品的测试，相比于现有的商业测试方案，成本低廉。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种扩频模块，具有射频信号输入接口、本振信号输入接口、参考中频信号端口、测试中频信号端口及用于与待测器件连接的测试端口；其特征在于：

该扩频模块内形成射频倍频电路、本振倍频电路和与射频倍频电路和本振倍频电路各自的输出端连接的下变频电路；

所述射频倍频电路连接于射频信号输入接口，具有多个第一频段通道及设于每一第一频段通道末端用于对该频段通道的信号进行采样形成前向信号和反向信号的定向耦合器，所述定向耦合器还连接下变频电路和所述测试端口；

所述本振倍频电路连接于本振信号输入接口，具有与第一频段通道的频段一一对应的多个第二频段通道，所述第二频段通道远离本振信号输入接口的一端与下变频电路连接；

所述下变频电路用于将所述前向信号和反向信号下变频形成对应的参考中频信号和测试中频信号，对应由参考中频信号端口和测试中频信号端口输出。

2.根据权利要求1所述的扩频模块，其特征在于，所述多个第一频段通道均通过射频开关连接于所述测试端口，以可选择切换地通过对应通道向测试端口输出所需的射频信号。

3.根据权利要求2所述的扩频模块，其特征在于，所述第一频段通道的工作频率均在100KHz～500GHz之间，并且所述多个第一频段通道在100KHz～500GHz内分段覆盖。

4.根据权利要求3所述的扩频模块，其特征在于，各个所述第一频段通道的信号由经过射频信号输入接口输入的一路射频信号在对应频段通道内倍频后生成。

5.根据权利要求4所述的扩频模块，其特征在于，所述第一频段通道中，设置倍频器的频段通道内均设有滤波器，用于过滤非本频段通道工作频段内的谐波。

6.根据权利要求4所述的扩频模块，其特征在于，所述第一频段通道设有八个，并且八个通道对应的倍频次数分别为一、三、三、六、八、十六、十六、三十二次。

7.根据权利要求6所述的扩频模块，其特征在于，所述射频倍频电路包括射频开关、倍频器、滤波器和定向耦合器；其中，

8.根据权利要求4所述的扩频模块，其特征在于，所述第二频段通道设有八个，并且八个通道对应的倍频次数分别为一、三、三、六、八、十六、十六、三十二次，用于将一路本振信号倍频并受控地通过对应的一个频段通道向下变频电路输出与射频倍频电路频率相同的本振信号。

9.根据权利要求1所述的扩频模块，其特征在于，所述定向耦合器为双定向耦合器。

10.一种矢量网络分析仪，包括主机和一对扩频模块，其特征在于，所述主机包括矢量检波器、射频开关、射频信号源和本振信号源；

所述扩频模块为权利要求1至9任意一项所述的扩频模块，其射频信号输入接口与所述射频信号源连接，本振信号输入接口与本振信号源连接，两个扩频模块的参考中频信号端口和测试中频信号端口经过一个单刀四掷的射频开关连接于所述矢量检波器。