[实用新型]一种简易X波段网络分析仪

说明书

本实用新型提供一种简易X波段网络分析仪，包括微波信号产生和测试模块和电子校准模块，以及对微波信号产生和测试模块和电子校准模块进行控制的嵌入式单片机模块；所述的微波信号产生和测试模块和电子校准模块中两个定向耦合器用于耦合一个端口输入信号和输出信号；由单片机模块控制的单刀四掷射频开关选择四个定向耦合器中的一个与同步本振源的输出接混频器混频以后由滤波器滤波后形成70M中频信号输入对数检波器测量功率，然后进入AD采样器进行AD转换以后进入单片机处理显示。本实用新型的网络分析仪频段覆盖8～12GHz，机内信号源采用晶振驱动锁相环实现，信号源采用自动幅度控制电路，确保全频带内射频输出幅度稳定。特点是价格便宜，适合于生产线上使用。

技术领域

本实用新型涉及微波网络分析仪领域，特别涉及一种简易X波段网络分析仪。

背景技术

随着军事和民用电子和通讯技术的迅猛发展，对电子器件、模块以及系统的高速高精度测试也提出了极高的要求。微波网络分析仪是测试微波产品散射参数(S参数)的主要设备，微波网络分析仪的发展经历从手动模式到自动模式、从狭窄频段测试到到宽频带任意扫频测量、动态范围从30dB跨越至100dB。如今，随着网络分析仪的应用越来越广，世界各大测试仪器公司的网络分析仪产品己经系列化、标准化，成为微波毫米波测量仪器技术的集大成者，应用领域也从传统的无源线性微波网络测试，扩展到了大功率器件、非线性器件、雷达散射截面、天线及TR组件等测试领域。

目前国际上高性能矢量网络分析仪的生产商主要集中于是德科技(原安捷伦科技)和罗德施瓦茨公司，价格十分昂贵，其高端网络分析仪需几百万人民币报价，其低端产品报价与国产的中电41所相当，根据配置不同报价约20～40万。另外网络分析仪由于属于精密仪器，对使用环境要求极高。可见，考虑仪器的采购成本以及产线恶劣的温湿度或粉尘环境，此类昂贵的精密仪器不适合在产线大规模使用。

适合产线大规模使用的网络分析仪具有以下特点：(1)低成本，单个网络分析仪的采购成本足够低即能够保证每条产线甚至每个测试调试工位都能够配置一台，极大的提高了微波产品的生产效率；(2)全封闭，要求网络分析仪物理密封，与外部环境隔绝，既提高了产品的可靠性和使用寿命，也降低了仪器自身的维护成本；(3)模块化设计，方便日常维护保养、故障定位维修等工作；(4)易操作，产线用网络分析要要求使用方便、操作界面简洁、易培训等特点，适合技术能力不高的产线工人使用；(5)智能化，具有多种通信接口、兼容自动化测试系统、测试数据自动上传等功能。针对低成本的简化网络分析仪设计，有众多学者进行了研究。文献【1】(孙霞，季震.简易矢量网络分析仪设计.仪器仪表用户，2016，23(1)49-51)提出一种基于32位ARM微控制器的简易智能化网络分析仪，信号源由专用集成DDS芯片AD9854产生两路正交扫频信号，两路正交输出的信号经椭圆滤波器滤波后经可变增益放大器调节幅度，再经RLC网络调整相移，得到指定幅度和相移信号。信号检测由模拟乘法器实现，数据经模数转换由嵌入式处理器分析后由液晶屏显示幅频、相频特性曲线。该网络分析仪设计仅限于几十兆赫兹的低频段测试领域。文献【2】(熊伟.一款经济型矢量网络分析仪若干模块的设计与实现.华东师范大学硕士论文，2009.)开发了一款经济型矢量网络分析仪，提出了一种基于取样技术的变频方案，射频信号仅经过一次变频变为中频信号，避免使用传统网络分析仪多次变频的设计架构，信号的幅度和相位检波均在中频进行。网络分析仪所使用的信号源采用多个振荡源覆盖工作频段，为保证信号质量，采用双模前置分频的锁相技术。此外文献还设计制作基于取样变频方案的阶跃脉冲取样源。该网络分析仪所使用的信号源尽管采用了锁相技术，但信号源的杂散较高、相位噪声水平较差，严重限制了网络分析仪的使用动态范围和频率分辨率。文献【3】(聂佰玲.基于DDS技术的1GHz标量网络分析仪研制.南京航空航天大学硕士论文，2006.)介绍了一种针对电视频段和移动通信频段的智能化标量网络分析仪，硬件频率源采用直接数字合成芯片(DDS)直接驱动锁相环生产，射频信号采用超外差接收模式下变频为中频信号后进行检波和模数转换，采用C8051作为控制和数据处理芯片。该网络分析仪具有高动态范围、简易化、低成本等优点。其频率范围最高位1GHz，由于网络分析仪的信号源调试未达到理想状态，信号源的杂散抑制和相位噪声水平较差，限制了其在高频率分辨率应用场合下的使用。文献【4】(钟波.X波段标量网络分析仪的研究.电子科技大学硕士论文，2010)设计了一套标量网络测量仪器，设计并优化了信号源自动稳幅装置，并引进了一种测量信号源反射系数的方法，有效的改善了信号源源的匹配特性，进而采用固定衰减器对待测端信号进行去耦，从而改善了负载端口匹配性能，最大限度降低了测试系统由于端口失配造成的测量误差。其硬件电路采用射频直接检波技术，由于检波二极管在高频段检波灵敏度不足以及电路设计和调试未处于最佳状态，导致该网络分析仪无法检测-35dBm以下强度的射频信号，极大地限制了仪器的测试动态范围，仪器使用性能局限较大。