CN114441890B - 一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪，包括频率源、第一射频通道、第二射频通道、第一反馈回路、第二反馈回路和控制器，其中的控制器用于在网络分析仪进行低频段的扫频时控制启用第一射频通道、第一反馈回路，以及在网络分析仪进行高频段的扫频时控制启用第二射频通道、第二反馈回路。技术方案将超宽带的频率范围分为不同频段以分别进行信号衰减处理，通过不同的反馈回路对这些频段分别进行检波和衰减控制，从而结合实现超宽带频率范围内的检波增益控制；方案对低频段功率衰减时只衰减低频段范围的功率，对高频段衰减控制时只衰减高频段范围的功率且低频段的衰减为0dB，通过自动增益控制的方式实现超宽带的功率稳定调节作用。

Description

一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪

技术领域

本申请涉及信号处理的技术领域，具体涉及一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪。

背景技术

网络分析仪在测量驻波或者S参数时会同时采集自身端口的发射信号和被测器件的反射信号，对这两个信号做算术处理就能得到被测器件的输入驻波和端口阻抗等参数。通常，发射信号和发射信号都需要非常的稳定，如果在测量的过程中出现频率源的波动，则会导致采集到的两个信号出现波动，在对信号进行处理时，这种波动就会引起测量误差的产生。

为了减小信号波动，多采用反馈回路来进行自动增益控制。然而，超宽带的检波和衰减控制缺少相应的芯片，即便依靠先进的工艺用微组装的方式来实现也会出现反复的调试和试错情况，这样就要浪费大量时间、人力和资金成本，因此，保证发射信号的稳定度是完成仪器精准测量的主要条件，那么设计一个稳定的频率源也是开发网络分析仪的重难点工作。然而，网络分析仪的频段覆盖范围一般从KHz到几十GHz不等，设计难点之一就是要设计出覆盖从低频到超高频率的稳定频率源。

对于现有的网络分析仪，有频率范围窄的限制，导致其无法满足超宽带频率范围内的应用场景。对于一些方案，是通过模数转换器件将低频模拟信号转成数字信号，然后通过采样、取值对比等方式来反控模拟中频衰减器的衰减量来实现反馈控制，由于用到的模数转换器的处理频率都比较低，则对中频信号进行增益控制更为有效，并不适用于高频信号。对于一些方案，是采用级联环路的形式实现功率反馈控制，虽然可解决大信号到小信号的功率控制要求，但是由于硬件水平的限制，导致使用的频段范围都较窄，依然无法满足超宽带的增益控制要求。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是：如何实现网络分析仪中超宽带的检波增益控制。

在一种实施例中，本申请提供一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪，包括：频率源，用于产生低频段的第一射频信号；第一射频通道，用于对所述第一射频信号进行衰减以得到第一衰减信号，并通过功率分配得到第一直通信号和第一耦合信号；第二射频通道，用于对所述第一射频信号进行滤波和倍频处理以得到高频段的第二射频信号，以及对所述第二射频信号进行衰减以得到第二衰减信号，并通过功率分配得到第二直通信号和第二耦合信号；第一反馈回路，用于对所述第一耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第一反馈控制信号；所述第一反馈控制信号用于反馈调节所述第一射频通道中针对所述第一射频信号的衰减量；第二反馈回路，用于对所述第二耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第二反馈控制信号；所述第二反馈控制信号用于反馈调节所述第二射频通道中针对所述第二射频信号的衰减量；控制器，用于在所述网络分析仪进行低频段的扫频时控制启用所述第一射频通道、所述第一反馈回路，以及在所述网络分析仪进行高频段的扫频时控制启用所述第二射频通道、所述第二反馈回路。

所述第一射频通道、所述第二射频通道共用一个射频输入端口和一个射频输出端口；所述射频输入端口用于输入所述第一射频信号，所述射频输出端口用于择一输出所述第一直通信号和所述第二直通信号；所述控制器控制启用所述第一射频通道、所述第一反馈回路之后，所述射频输出端口输出所述第一直通信号；所述控制器控制启用所述第二射频通道、所述第二反馈回路之后，所述射频输出端口输出所述第二直通信号。

所述第一射频通道包括顺序串联的第一压控衰减器、第一射频开关、直通线缆、第二射频开关和耦合器；所述第一压控衰减器的输入端与所述射频输入端口连接，所述耦合器的输出端与所述射频输出端口连接，所述第一射频开关和所述第二射频开关之间连接的所述直通线缆形成直通通路；所述第一压控衰减器用于从所述射频输入端口接收所述第一射频信号，将所述第一射频信号衰减到预设的比例倍数以得到所述第一衰减信号；所述耦合器用于将所述第一衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到所述第一直通信号，耦合另一部分功率得到所述第一耦合信号；所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第一射频开关和所述第二射频开关同时切换到第一导通状态；所述第一导通状态用于使所述第一衰减信号通过所述直通通路传输到所述耦合器。

所述第二射频通道包括所述第一压控衰减器、所述耦合器，还包括设于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间的倍频通路，所述倍频通路包括串联的信号放大器、滤波器、倍频器和第二压控衰减器；所述第一压控衰减器还用于从所述射频输入端口接收所述第一射频信号，将所述第一射频信号进行最小量的衰减以得到初始衰减信号；所述信号放大器用于对所述初始衰减信号进行信号放大，得到初始放大信号；所述滤波器用于对所述初始放大信号进行滤波，通过滤掉特定低频的信号得到初始滤波信号；所述倍频器用于对所述初始滤波信号进行一定倍数的升频，得到所述第二射频信号；所述第二压控衰减器用于将所述第二射频信号衰减到预设的比例倍数以得到所述第二衰减信号；所述耦合器还用于将所述第二衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到所述第二直通信号，耦合另一部分功率得到所述第二耦合信号；所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第一射频开关和所述第二射频开关同时切换到第二导通状态；所述第二导通状态用于使所述初始衰减信号通过所述倍频通道进行信号放大、滤波、倍频和衰减后传输到所述耦合器。

所述第一反馈回路包括第一检波器、电压跟随器、电压比较器、第三运算放大器和第二直流开关；所述第一检波器用于接收所述耦合器产生的所述第一耦合信号，将所述第一耦合信号的功率转换为第一直流电平信号；所述电压跟随器用于将所述第一直流电平信号进行阻抗匹配，得到第一驱动信号；所述电压比较器用于将所述第一驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第一直流控制信号；所述第三运算放大器用于将所述第一直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到所述第一反馈控制信号；所述第三运算放大器的输出端通过一个二极管接地；所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第二直流开关处于导通状态，以使所述第一反馈控制信号经过所述第二直流开关后传输到所述第一压控衰减器；所述第一反馈控制信号用于通过配置所述第一压控衰减器的信号衰减比例倍数以调节所述第一射频信号的衰减量。

所述第二反馈回路包括所述电压跟随器、所述电压比较器、所述第三运算放大器，还包括第二检波器和第三直流开关；所述第二检波器用于接收所述耦合器产生的所述第二耦合信号，将所述第二耦合信号的功率转换为第二直流电平信号；所述电压跟随器还用于将所述第二直流电平信号进行阻抗匹配，得到第二驱动信号；所述电压比较器还用于将所述第二驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第二直流控制信号；所述第三运算放大器还用于将所述第二直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到所述第二反馈控制信号；所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第三直流开关处于导通状态，以使所述第二反馈控制信号经过所述第三直流开关后传输到所述第二压控衰减器；所述第二反馈控制信号用于通过配置所述第二压控衰减器的信号衰减比例倍数以调节所述第二射频信号的衰减量。

所述第一反馈回路还包括功分器、第四直流开关，所述第二反馈回路还包括第五直流开关；所述功分器设于所述耦合器与所述第一检波器、所述第二检波器之间，用于将所述耦合器产生的所述第一耦合信号分配给所述第一检波器，将所述耦合器产生的所述第二耦合信号分配给所述第二检波器；所述第四直流开关设于所述第一检波器和所述电压跟随器之间；所述第五直流开关设于所述第二检波器和所述电压跟随器之间；所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第四直流开关处于导通状态，以使所述第一检波器产生的所述第一直流电平信号传输到所述电压跟随器；所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第五直流开关处于导通状态，以使所述第二检波器产生的所述第二直流电平信号传输到所述电压跟随器。

所述第二反馈回路还包括第一直流开关和钳位电压源；所述第一直流开关设于所述钳位电压源和所述第一压控衰减器之间；所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第一直流开关处于导通状态，以使所述钳位电压源向所述第一压控衰减器提供钳位控制信号；所述钳位控制信号用于控制所述第一压控衰减器对所述第一射频信号进行最小量的衰减。

所述第一压控衰减器、所述第二压控衰减器均为受负压控制的衰减器，则所述第一反馈控制信号、所述第二反馈控制信号均为负压的信号；在所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器具有相反方向的衰减变化情况下，所述第一反馈回路包括设于所述第二直流开关和所述第一压控衰减器之间的第一运算放大器；所述第一运算放大器用于将所述第一反馈控制信号进行比值斜率反向转换，使所述第一压控衰减器的衰减变化方向与所述第二压控衰减器保持一致；在所述第二压控衰减器的衰减变化方向与所述第二反馈控制信号的电压大小之间具有负相关的关系情况下，所述第二反馈回路还包括设于所述第三运算放大器和所述第三直流开关之间的第二运算放大器；所述第二运算放大器用于将所述第二反馈控制信号进行比值斜率反向转换，使所述第二压控衰减器的衰减变化方向与所述第二反馈控制信号的电压大小保持正相关。

所述的网络分析仪还包括参考信号产生模块；所述参考信号产生模块与所述电压比较器连接，用于产生所述参考信号并传输到所述电压比较器；所述控制器还用于向所述参考信号产生模块发送控制指令，以调节所述参考信号产生模块产生的所述参考信号的电压大小。

本申请的有益效果是：

上述实施例提供的一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪，包括频率源、第一射频通道、第二射频通道、第一反馈回路、第二反馈回路和控制器；频率源用于产生低频段的第一射频信号；第一射频通道用于对第一射频信号进行衰减以得到第一衰减信号，并通过功率分配得到第一直通信号和第一耦合信号；第二射频通道用于对第一射频信号进行滤波和倍频处理以得到高频段的第二射频信号，以及对第二射频信号进行衰减以得到第二衰减信号，并通过功率分配得到第二直通信号和第二耦合信号；第一反馈回路用于对第一耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第一反馈控制信号以用于反馈调节第一射频通道中针对第一射频信号的衰减量；第二反馈回路用于对第二耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第二反馈控制信号以用于反馈调节第二射频通道中针对第二射频信号的衰减量；控制器用于在网络分析仪进行低频段的扫频时控制启用第一射频通道、第一反馈回路，以及在网络分析仪进行高频段的扫频时控制启用第二射频通道、第二反馈回路。技术方案将超宽带的频率范围分为不同频段以分别进行信号衰减处理，通过不同的反馈回路对这些频段分别进行检波和衰减控制，从而结合实现超宽带频率范围内的检波增益控制。技术方案对低频段范围功率衰减时只衰减低频段范围的功率，对高频段衰减控制时只衰减高频段范围的功率且低频段的衰减为0dB，通过自动增益控制的方式实现超宽带的功率稳定调节作用。

附图说明

图1为一种实施例中网络分析仪的结构示意图；

图2为一种实施例中网络分析仪的具体结构图；

图3为另一种实施例中网络分析仪的具体结构图；

图4为又一种实施例中网络分析仪的具体结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

网络分析仪的原理可以理解为：在完成测量驻波或者S参数时会同时采集自身射频输出端口发射的信号和被测器件的反射信号，对这两个信号做算术处理就能得到对被测器件的输入驻波及端口阻抗等参数。那么在网络分析仪测量驻波或S参数的过程中，需要根据用户设置的起始频率进行扫频，以一台超宽带的网络分析仪为例，若用户设置的起始频率范围为100KHz至26.5GHz，设置的功率为0dB，那么网络分析仪的每一帧的测量都需要从100KHz扫描到26.5GHz，并且在全频段范围内始终以0dB的功率输出。可以理解，在每次扫频过程中都需要保持射频频率源的功率极其稳定，不然功率波动会引起测量误差的产生。

对网络分析仪中频率源的控制可采用检波增益控制方式，现有的检波控制电路主要分为数字检波增益控制方式和模拟检波增益方式。其中，数字检波增益控制方式主要在数字端完成，使用模数转换器将模拟信号转成数字信号，然后对数字信号进行采样、取值、对比等方式来反控模拟中频衰减器的衰减量；然而，这种增益控制需要将低频的模拟信号转成数字信号，只适于对接收机进行增益控制。其中，模拟增益检波控制方式主要集中在很窄的频段范围内进行检波功率控制，由于受器件自身性能的制约，这种方式无法在超宽带频率范围（如从KHz到几十GHz的频率范围）内进行检波增益控制。因此，本申请提供一种超宽带检波增益控制的解决方案，将超宽带频率范围分为不同频率范围段进行分别检波与衰减控制的方式，对检波与衰减控制频段进行分离，检波与衰减的频率段划分则可以根据实际选用的器件进行各自不同的频段划分；结合控制器的判断和控制逻辑，实现对低频段范围功率衰减时只衰减低频段范围的功率，对高频段衰减控制时只衰减高频段范围的功率且保证低频段的衰减为0dB。提供的方案利用自动检波增益控制的方式进行功率的调节与稳定，重要的是能在超宽带频率范围内实现功率稳定。

请参考图1，公开一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪，其主要包括频率源1、第一射频通道21、第二射频通道22、第一反馈回路31、第二反馈回路32和控制器4，下面分别说明。

频率源1可为射频信号的发生器，主要用于产生低频段的第一射频信号。第一射频信号的低频段范围相比于下面第二射频信号的高频段范围要小，比如第一射频信号的低频段范围为100KHz到13.5GHz，则第二射频信号的高频段范围可为13.5GHz到26.5GHz。

第一射频通道21与频率源1信号连接，用于对频率源1产生的第一射频信号进行衰减以得到第一衰减信号，并通过功率分配得到第一直通信号和第一耦合信号。

第二射频通道22与频率源1信号连接，用于对第一射频信号进行滤波和倍频处理以得到高频段的第二射频信号，以及对第二射频信号进行衰减以得到第二衰减信号，并通过功率分配得到第二直通信号和第二耦合信号。

第一反馈回路31与第一射频通道21信号连接，用于对第一射频通道21中产生的第一耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第一反馈控制信号；这里的第一反馈控制信号用于反馈调节第一射频通道21中针对第一射频信号的衰减量。

第二反馈回路32与第二射频通道22信号连接，用于对第二射频通道22中产生的第二耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第二反馈控制信号；这里的第二反馈控制信号用于反馈调节第二射频通道22中针对第二射频信号的衰减量。

控制器4与频率源1、第一射频通道21、第二射频通道22、第一反馈回路31、第二反馈回路32均信号连接；控制器4用于在网络分析仪进行低频段的扫频时控制启用第一射频通道21、第一反馈回路31，以及在网络分析仪进行高频段的扫频时控制启用第二射频通道22、第二反馈回路32。

比如，网络分析仪需要对外部的待测器件进行低频段（如100KHz到13.5GHz）的扫频时，则控制第一射频通道21、第一反馈回路31进入工作状态，可使得第一射频通道21对外输出低频段范围内的功率稳定的第一直通信号。网络分析仪需要对外部的待测器件进行高频段（如13.5GHz到26.5GHz）的扫频时，则控制第二射频通道22、第二反馈回路32进入工作状态，可使得第二射频通道22对外输出高频段范围的且功率稳定的第二直通信号。

在本实施例中，参见图1和图2，第一射频通道21、第二射频通道22共用一个射频输入端口231和一个射频输出端口232。射频输入端口231与频率源1信号连接，用于输入第一射频信号；射频输出端口232用于从第一射频通道21和第二射频通道22择一输出第一直通信号和第二直通信号。

需要说明的是，控制器4在控制启用第一射频通道21、第一反馈回路31之后，则可通过射频输出端口232输出第一直通信号；控制器4在控制启用第二射频通道22、第二反馈回路32之后，则可通过射频输出端口232输出第二直通信号。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，第一射频通道21包括顺序串联的第一压控衰减器211、第一射频开关212、直通线缆213、第二射频开关214和耦合器215。其中，第一压控衰减器211的输入端与射频输入端口231连接，第一射频开关212的输入端与第一压控衰减器211的输出端连接，第一射频开关212和第二射频开关214之间连接的直通线缆213形成直通通路，第二射频开关214的输出端与耦合器215连接，耦合器215的输出端与射频输出端口232连接。

其中，第一压控衰减器211用于从射频输入端口231接收第一射频信号（如100KHz到13.5GHz的射频信号），将第一射频信号衰减到预设的比例倍数以得到第一衰减信号。第一压控衰减器211可采用模拟控制方式，是指衰减器的衰减量随控制电压而变化，控制较为方便，不过对***电路有一定的要求，使用第一压控衰减器211的目的是把第一射频信号的功率衰减到一定的比例倍数，达到安全或理想的电平值，方便测试工作。

其中，耦合器215用于将第一衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到第一直通信号，耦合另一部分功率得到第一耦合信号。耦合器215是一种通用的微波/毫米波部件，它本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，可用于信号的隔离、分离和混合；耦合器215可由同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线构成，比如把两根传输线放置在足够近的位置以使得其中一条直通线上的功率可以耦合到另一条耦合线上，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行低频段的扫频时，可控制第一射频开关212和第二射频开关214同时切换到第一导通状态。这里的第一导通状态用于使第一压控衰减器211产生的第一衰减信号通过直通通路传输到耦合器215。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，第二射频通道22包括第一压控衰减器211、耦合器215，还包括设于第一射频开关212和第二射频开关214之间的倍频通路；这里的倍频通路包括串联的信号放大器221、滤波器222、倍频器223和第二压控衰减器224。

其中，第一压控衰减器211还用于从射频输入端口231接收第一射频信号，将第一射频信号进行最小量的衰减以得到初始衰减信号。可以理解，最小量的衰减可认为是功率衰减量为零或者接近于零，也可认为是衰减比例倍数为1或者接近于1，这样就尽量不对第一射频信号构成影响，后续利用第二压控衰减器224完成衰减任务。

其中，信号放大器221用于对第一压控衰减器211产生的初始衰减信号进行信号放大，得到初始放大信号。

其中，滤波器222用于对信号放大器221产生的初始放大信号进行滤波，通过滤掉特定低频的信号得到初始滤波信号。比如第一射频信号的频率范围是100KHz到13.5GHz，滤掉其中的100KHz至6.75GHz的信号，以及滤掉13.25GHz至13.5GHz的信号，剩下的就可得到频率范围是6.75GHz至13.25GHz的初始滤波信号。

其中，倍频器223用于对初始滤波信号进行一定倍数的升频，得到第二射频信号。比如，初始滤波信号为6.75GHz至13.25GHz的频率范围时，通过两倍的升频即可得到频率范围是13.5GHz至26.5GHz的第二射频信号。可以理解，第二射频信号具有较高的频段，可与第一射频信号进行配合构成网络分析仪扫频所需的超宽带频段。

其中，第二压控衰减器224用于将倍频器223产生的第二射频信号衰减到预设的比例倍数以得到第二衰减信号。第二压控衰减器224可采用模拟控制方式，衰减器的衰减量随控制电压而变化，目的是把第二射频信号的功率衰减到一定的比例倍数，达到安全或理想的电平值，方便测试工作。

其中，耦合器215还用于将第二压控衰减器224产生的第二衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到第二直通信号，耦合另一部分功率得到第二耦合信号。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行高频段的扫频时，可控制第一射频开关212和第二射频开关214同时切换到第二导通状态；这里的第二导通状态用于使第一压控衰减器211产生的初始衰减信号通过倍频通道进行信号放大、滤波、倍频和衰减后传输到耦合器215。

需要说明的是，本技术方案为了保证超宽带网络分析仪射频输出的稳定性，是将频率源产生的射频信号进行分段，比如将整个频段分为100KHz到13.5GHz的低频段和13.5GHz到26.5GHz的高频段。当仪器的扫频频率从100KHz到13.5GHz时，控制器4控制第一射频开关212和第二射频开关214的导通状态都打向直通通路，这样100KHz到13.5GHz的射频信号就通过直通通路到达耦合器215；当仪器的扫频频率从13.5GHz到26.5GHz时，控制器4控制第一射频开关212和第二射频开关214都切向倍频通路，这样6.75GHz到13.25GHz的初始衰减信号就通过倍频通路进行传输，经过放大、滤波、倍频、衰减处理后得到13.5GHz到26.5GHz的射频信号就到达耦合器215，从而使得网络分析仪能够利用低频段的频率源1进行整个100KHz到26.5GHz超宽带频率范围内的扫频操作。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，第一反馈回路31包括第一检波器321、电压跟随器312、电压比较器314、第三运算放大器333和第二直流开关342。

其中，第一检波器321用于接收耦合器215产生的第一耦合信号，将第一耦合信号的功率转换为第一直流电平信号。

其中，电压跟随器312用于将第一直流电平信号进行阻抗匹配，得到第一驱动信号。可以理解，电压跟随器其实就是一个简单的电路结构，能够起到阻抗匹配的作用，当较弱的信号用来驱动相对较高的电流负载时，常常把它加在中间，这样就能使本身微弱的信号变得“强壮”，相当程度上提高带了负载能力，同时保障信号的波形和幅值不变。

其中，电压比较器314用于将第一驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第一直流控制信号。电压比较器314可以是一般的比较器，只不过它输入的信号一个是给定的参考信号，另一个是直流电平信号。

其中，第三运算放大器333用于将第一直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到第一反馈控制信号。比如，第一直流控制信号的电压从0V变为5V时，第三运算放大器333进行比值斜率反向转换之后，第一反馈控制信号的电压将从-5V变为0V。此外，第三运算放大器333的输出端通过一个二极管334接地；二极管334起一个钳位的作用，第三运算放大器333输出的第一反馈控制信号经过二极管334后的电压小于二极管的导通电压，导通电压根据二极管型号不同而不同，一般为0.7V。

其中，第二直流开关342设于第三运算放大器333与第一压控衰减器211之间。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行低频段的扫频时，可控制第二直流开关处于导通状态，以使第一反馈控制信号经过第二直流开关342后传输到第一压控衰减器211的控制端。这里的第一反馈控制信号用于通过配置第一压控衰减器211的信号衰减比例倍数以调节第一射频信号的衰减量。

在一个具体实施例中，第二反馈回路32包括电压跟随器312、电压比较器314、第三运算放大器333，还包括第二检波器322和第三直流开关343。

其中，第二检波器322用于接收耦合器215产生的第二耦合信号，将第二耦合信号的功率转换为第二直流电平信号。

其中，电压跟随器312还用于将第二直流电平信号进行阻抗匹配，得到第二驱动信号。

其中，电压比较器314还用于将第二驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第二直流控制信号。

其中，第三运算放大器333还用于将第二直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到第二反馈控制信号。可以理解，第二直流控制信号的电压从0V变为5V时，第三运算放大器333进行比值斜率反向转换之后，第二反馈控制信号的电压将从-5V变为0V。

其中，第三直流开关343设于第三运算放大器333与第二压控衰减器224之间。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行高频段的扫频时，控制第三直流开关343处于导通状态，以使第二反馈控制信号经过第三直流开关343后传输到第二压控衰减器224。这里的第二反馈控制信号用于通过配置第二压控衰减器224的信号衰减比例倍数以调节第二射频信号的衰减量。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，为了实现第一压控衰减器211、第二压控衰减器224的衰减量可调，还需要对输入电压比较器314的参考信号进行调节，则网络分析仪还包括参考信号产生模块313。参考信号产生模块313可与电压比较器314连接，用于产生参考信号并传输到电压比较器314。可以理解，控制器4可与参考信号产生模块313信号连接，还用于向参考信号产生模块313发送控制指令，以调节参考信号产生模块313产生的参考信号的电压大小。

需要说明的是，参见图2，通过人为操作控制器4可向参考信号产生模块313发出控制指令，参考信号产生模块313就产生与控制指令对应的参考信号，通过调节参考信号可改变电压比较器314产生的第一直流控制信号（或第二直流控制信号）；由于第一直流控制信号参与第一压控衰减器211的信号衰减比例倍数的配置，所以第一压控衰减器211对第一射频信号的衰减量发生改变，进而影响到耦合器215产生的第一直通信号的输出功率；由于第二直流控制信号参与第二压控衰减器224的信号衰减比例倍数的配置，所以第二压控衰减器224对第二射频信号的衰减量发生改变，进而影响到耦合器215产生的第二直通信号的输出功率。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，第一反馈回路31还包括功分器311、第四直流开关344，第二反馈回路32还包括第五直流开关345。

其中，功分器311设于耦合器215与第一检波器321、第二检波器322之间，用于将耦合器215产生的第一耦合信号分配给第一检波器321，将耦合器215产生的第二耦合信号分配给第二检波器322。

其中，第四直流开关344设于第一检波器321和电压跟随器312之间；第五直流开关345设于第二检波器322和电压跟随器312之间。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行低频段的扫频时，可控制第四直流开关344处于导通状态，以使第一检波器321产生的第一直流电平信号传输到电压跟随器312。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行高频段的扫频时，可控制第五直流开关345处于导通状态，以使第二检波器322产生的第二直流电平信号传输到电压跟随器312。

需要说明的是，因检波器自身的性能受限，市场上找不到一个覆盖100KHz到26.5GHz的检波器芯片，所以这里采用多个检波器组合的形式来完成功率检波，第一检波器321和第二检波器322的工作频段不一样；比如，第一检波器321工作频率范围为100KHz到6GHz，第二检波器322工作的频率范围为2GHz到40GHz，那么，当频率扫描范围从100KHz到4GHz时，控制器4控制第四直流开关344导通，同时控制第五直流开关345断开，此时第一检波器321工作，输出的第一直流电平信号进入电压跟随器312；当频率扫描范围从4GHz到26.5GHz时，控制器4控制第四直流开关344断开，同时控制第五直流开关345导通，此时第二检波器322工作，输出的第二直流电平信号进入电压跟随器312。

在一个具体实施例中，参见图1和图2，第二反馈回路32还包括第一直流开关341和钳位电压源346。

其中，第一直流开关341设于钳位电压源346和第一压控衰减器211之间。钳位电压源346用于产生特定值得电压。

可以理解，控制器4在网络分析仪进行高频段的扫频时，控制第一直流开关341处于导通状态，以使钳位电压源346向第一压控衰减器211提供钳位控制信号；这里的钳位控制信号用于控制第一压控衰减器211对第一射频信号进行最小量的衰减。如果第一压控衰减器211在控制信号为0V时衰减量最小，则钳位电压源346需要提供一个0V的钳位控制信号，从而使得第一压控衰减器211对第一射频信号进行最小量的衰减。

在一个具体施例中，在网络分析仪进行高频段的扫频时，由于控制器4既需要控制第一直流开关341处于导通状态，也需要控制第三直流开关343处于导通状态，所以可让第一直流开关341、第三直流开关343的控制端连接在一块儿，从而受到控制器4的同时控制，具体参见图1中的连接方式。

在一个具体实施例中，若第一压控衰减器211、第二压控衰减器224均为受负压控制的衰减器，则第一反馈控制信号、第二反馈控制信号均为负压的信号。比如，第一压控衰减器211（或第二压控衰减器224）在被负压信号控制时，且负压范围为-5V到0V，则随着控制信号的电压从-5V到0V的变化，第一压控衰减器211（或第二压控衰减器224）的衰减量由最大衰减变为最小衰减；当然，也可以反向变化，控制信号的电压从-5V到0V的变化，第一压控衰减器211（或第二压控衰减器224）的衰减量由最小衰减变为最大衰减。

参见图3，在第一压控衰减器211和第二压控衰减器224具有相反方向的衰减变化情况下，第一反馈回路31可包括设于第二直流开关342和第一压控衰减器211之间的第一运算放大器331。在这里，第一运算放大器331用于将第一反馈控制信号进行比值斜率反向转换，从而使第一压控衰减器211的衰减变化方向与第二压控衰减器224保持一致。可以理解，假如第一压控衰减器211在控制信号的电压从-5V到0V的变化过程中衰减由大到小变化，而第二压控衰减器224压在控制信号的电压从-5V到0V的变化过程中衰减由小到大变化，但是为了保证第一压控衰减器211和第二压控衰减器224受一个斜率方向控制，则需要用第一运算放大器331对第一压控衰减器211的控制信号进行斜率方向的调节，将第一压控衰减器211的控制信号的电压进行反向变化的转换，从而使得第一压控衰减器211在控制信号的电压从-5V到0V的变化过程中衰减由小到大进行变化，这就与第二压控衰减器224的衰减变化方向保持了一致。

参见图4，在第二压控衰减器224的衰减变化方向与第二反馈控制信号的电压大小之间具有负相关的关系情况下，第二反馈回路32可包括设于第三运算放大器333和第三直流开关343之间的第二运算放大器332。在这里，第二运算放大器332用于将第二反馈控制信号进行比值斜率反向转换，使第二压控衰减器的衰减变化方向与第二反馈控制信号的电压大小保持正相关。可以理解，如果第二压控衰减器224在0V时衰减最大、-5V时衰减最小，在第三运算放大器333产生的第二反馈控制信号的电压为0V时将不利于第二射频信号衰减改变稳定下来，此时需要增加第二运算放大器332，利用第二运算放大器332将0V进行斜率反向转换为-5V，那么经过第三直流开关343后的控制信号的电压也为-5V，可使得第二压控衰减器224的衰减量为0dB，达到第二压控衰减器224的衰减最小，耦合器215输出的第二直流信号的功率最大的目的。

在本实施例中，若网络分析仪进行低频段（100KHz到13.5GHz）的扫频时，频率源1产生低频段的第一射频信号，控制器4控制第一射频开关212、第二射频开关214均切换到第一导通状态，即导通直通通路，从而让第一射频信号经过衰减调节、直通传输、功率分配后得到第一直通信号和第一耦合信号。控制器4还控制第四直流开关344和第二直流开关342处于导通状态，控制第五直流开关345、第一直流开关341、第三直流开关343处于断开状态，则第一耦合信号经过功分、电压跟随、电压比较、反向转换后产生第一反馈控制信号，第一反馈控制信号到达第一压控衰减器211，从而使得第一压控衰减器211对第一射频信号进行衰减量的动态调节，保证第一直通信号的功率稳定性。

在本实施例中，若网络分析仪进行高频段（13.5GHz到26.5GHz）的扫频时，频率源1产生低频段的第一射频信号，控制器4控制第一射频开关212、第二射频开关214均切换到第二导通状态，即导通倍频通路，从而让第一射频信号经过最小衰减、信号放大、滤波、升频后产生高频段的第二射频信号，第二射频信号又经过衰减调节、功率分配后得到第二直通信号和第二耦合信号。控制器4还控制第五直流开关345、第一直流开关341、第三直流开关343处于导通状态，控制第四直流开关344、第二直流开关342处于断开状态，则第二耦合信号经过功分、电压跟随、电压比较、反向转换后产生第二反馈控制信号，第二反馈控制信号到达第二压控衰减器224，从而使得第二压控衰减器224对第二射频信号进行衰减量的动态调节，保证第二直通信号的功率稳定性；同时，钳位电压源346产生的钳位控制信号到达第一压控衰减器211，第一压控衰减器211对第一射频信号进行最小量的衰减。

以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请技术方案，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种具有超宽带检波增益控制的网络分析仪，其特征在于，包括：

频率源，用于产生低频段的第一射频信号；

第一射频通道，用于对所述第一射频信号进行衰减以得到第一衰减信号，并通过功率分配得到第一直通信号和第一耦合信号；

第二射频通道，用于对所述第一射频信号进行滤波和倍频处理以得到高频段的第二射频信号，以及对所述第二射频信号进行衰减以得到第二衰减信号，并通过功率分配得到第二直通信号和第二耦合信号；

第一反馈回路，用于对所述第一耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第一反馈控制信号；所述第一反馈控制信号用于反馈调节所述第一射频通道中针对所述第一射频信号的衰减量；

第二反馈回路，用于对所述第二耦合信号进行功率检波和误差放大的处理，得到第二反馈控制信号；所述第二反馈控制信号用于反馈调节所述第二射频通道中针对所述第二射频信号的衰减量；

控制器，用于在所述网络分析仪进行低频段的扫频时控制启用所述第一射频通道、所述第一反馈回路，以及在所述网络分析仪进行高频段的扫频时控制启用所述第二射频通道、所述第二反馈回路；

所述第一射频通道、所述第二射频通道共用一个射频输入端口和一个射频输出端口；所述射频输入端口用于输入所述第一射频信号，所述射频输出端口用于择一输出所述第一直通信号和所述第二直通信号；

所述第一射频通道包括顺序串联的第一压控衰减器、第一射频开关、直通线缆、第二射频开关和耦合器；所述第一压控衰减器的输入端与所述射频输入端口连接，所述耦合器的输出端与所述射频输出端口连接，所述第一射频开关和所述第二射频开关之间连接的所述直通线缆形成直通通路；所述第一压控衰减器用于从所述射频输入端口接收所述第一射频信号，将所述第一射频信号衰减到预设的比例倍数以得到所述第一衰减信号；所述耦合器用于将所述第一衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到所述第一直通信号，耦合另一部分功率得到所述第一耦合信号；

所述第一反馈回路包括第一检波器、电压跟随器、电压比较器、第三运算放大器和第二直流开关；所述第一检波器用于接收所述耦合器产生的所述第一耦合信号，将所述第一耦合信号的功率转换为第一直流电平信号；所述电压跟随器用于将所述第一直流电平信号进行阻抗匹配，得到第一驱动信号；所述电压比较器用于将所述第一驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第一直流控制信号；所述第三运算放大器用于将所述第一直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到所述第一反馈控制信号；所述第三运算放大器的输出端通过一个二极管接地；

所述控制器控制启用所述第一射频通道、所述第一反馈回路之后，所述射频输出端口输出所述第一直通信号；所述控制器控制启用所述第二射频通道、所述第二反馈回路之后，所述射频输出端口输出所述第二直通信号；

所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第一射频开关和所述第二射频开关同时切换到第一导通状态；所述第一导通状态用于使所述第一衰减信号通过所述直通通路传输到所述耦合器；

所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第二直流开关处于导通状态，以使所述第一反馈控制信号经过所述第二直流开关后传输到所述第一压控衰减器；所述第一反馈控制信号用于通过配置所述第一压控衰减器的信号衰减比例倍数以调节所述第一射频信号的衰减量。

2.如权利要求1所述的网络分析仪，其特征在于，所述第二射频通道包括所述第一压控衰减器、所述耦合器，还包括设于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间的倍频通路，所述倍频通路包括串联的信号放大器、滤波器、倍频器和第二压控衰减器；

所述第一压控衰减器还用于从所述射频输入端口接收所述第一射频信号，将所述第一射频信号进行最小量的衰减以得到初始衰减信号；

所述信号放大器用于对所述初始衰减信号进行信号放大，得到初始放大信号；

所述滤波器用于对所述初始放大信号进行滤波，通过滤掉特定低频的信号得到初始滤波信号；

所述倍频器用于对所述初始滤波信号进行一定倍数的升频，得到所述第二射频信号；

所述第二压控衰减器用于将所述第二射频信号衰减到预设的比例倍数以得到所述第二衰减信号；

所述耦合器还用于将所述第二衰减信号按照预设比例进行功率分配，直通一部分功率得到所述第二直通信号，耦合另一部分功率得到所述第二耦合信号；

所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第一射频开关和所述第二射频开关同时切换到第二导通状态；所述第二导通状态用于使所述初始衰减信号通过所述倍频通道进行信号放大、滤波、倍频和衰减后传输到所述耦合器。

3.如权利要求2所述的网络分析仪，其特征在于，所述第二反馈回路包括所述电压跟随器、所述电压比较器、所述第三运算放大器，还包括第二检波器和第三直流开关；

所述第二检波器用于接收所述耦合器产生的所述第二耦合信号，将所述第二耦合信号的功率转换为第二直流电平信号；

所述电压跟随器还用于将所述第二直流电平信号进行阻抗匹配，得到第二驱动信号；

所述电压比较器还用于将所述第二驱动信号与预设的参考信号进行误差放大，得到第二直流控制信号；

所述第三运算放大器还用于将所述第二直流控制信号进行比值斜率反向转换，得到所述第二反馈控制信号；

所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第三直流开关处于导通状态，以使所述第二反馈控制信号经过所述第三直流开关后传输到所述第二压控衰减器；所述第二反馈控制信号用于通过配置所述第二压控衰减器的信号衰减比例倍数以调节所述第二射频信号的衰减量。

4.如权利要求3所述的网络分析仪，其特征在于，所述第一反馈回路还包括功分器、第四直流开关，所述第二反馈回路还包括第五直流开关；

所述功分器设于所述耦合器与所述第一检波器、所述第二检波器之间，用于将所述耦合器产生的所述第一耦合信号分配给所述第一检波器，将所述耦合器产生的所述第二耦合信号分配给所述第二检波器；

所述第四直流开关设于所述第一检波器和所述电压跟随器之间；

所述第五直流开关设于所述第二检波器和所述电压跟随器之间；

所述控制器在所述网络分析仪进行低频段的扫频时，控制所述第四直流开关处于导通状态，以使所述第一检波器产生的所述第一直流电平信号传输到所述电压跟随器；

所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第五直流开关处于导通状态，以使所述第二检波器产生的所述第二直流电平信号传输到所述电压跟随器。

5.如权利要求4所述的网络分析仪，其特征在于，所述第二反馈回路还包括第一直流开关和钳位电压源；

所述第一直流开关设于所述钳位电压源和所述第一压控衰减器之间；

所述控制器在所述网络分析仪进行高频段的扫频时，控制所述第一直流开关处于导通状态，以使所述钳位电压源向所述第一压控衰减器提供钳位控制信号；所述钳位控制信号用于控制所述第一压控衰减器对所述第一射频信号进行最小量的衰减。

6.如权利要求5所述的网络分析仪，其特征在于，所述第一压控衰减器、所述第二压控衰减器均为受负压控制的衰减器，则所述第一反馈控制信号、所述第二反馈控制信号均为负压的信号；

在所述第一压控衰减器和所述第二压控衰减器具有相反方向的衰减变化情况下，所述第一反馈回路包括设于所述第二直流开关和所述第一压控衰减器之间的第一运算放大器；所述第一运算放大器用于将所述第一反馈控制信号进行比值斜率反向转换，使所述第一压控衰减器的衰减变化方向与所述第二压控衰减器保持一致；

在所述第二压控衰减器的衰减变化方向与所述第二反馈控制信号的电压大小之间具有负相关的关系情况下，所述第二反馈回路还包括设于所述第三运算放大器和所述第三直流开关之间的第二运算放大器；所述第二运算放大器用于将所述第二反馈控制信号进行比值斜率反向转换，使所述第二压控衰减器的衰减变化方向与所述第二反馈控制信号的电压大小保持正相关。

7.如权利要求1所述的网络分析仪，其特征在于，还包括参考信号产生模块；

所述参考信号产生模块与所述电压比较器连接，用于产生所述参考信号并传输到所述电压比较器；

所述控制器还用于向所述参考信号产生模块发送控制指令，以调节所述参考信号产生模块产生的所述参考信号的电压大小。

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