CN104198788A - 一种vna复用仪及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VNA复用仪及其方法，包括VNA、计算机、网络设备、显示器，其特征在于：还包括VNA复用模块，VNA复用模块包括至少两个射频开关、主控制模块、电源转换模块、供电模块；主控制模块分别与射频开关、供电模块相连，供电模块还与电源转换模块相连。本发明并将VNA复用仪中的VNA复用模块集成到一个标准的机箱中，使用方便，且具有一定的承重能力，使用时不易损坏，同时该方法将一台VNA时分复用为多台VNA进行使用，不仅节省了测试成本，也提高了测试的效率和仪器的利用率。

Description

一种VNA复用仪及其方法

技术领域

本发明属于电路设计领域、微波射频测试领域，具体涉及一种VNA复用仪及其方法。

背景技术

VNA即矢量网络分析仪，是一种电磁波能量的测试设备。VNA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，VNA能用史密斯圆图显示测试数据。

VNA功能很多，被称为“仪器之王”，是射频微波领域的万用表，对使用者的专业技术要求还是比较高的；VNA主要是根据频率来划分的，频率越高，价格自然就越高。

一般的VNA都有二个或者四个端口，常规的测试器件需要两个端口，但是即便是四端口的VNA也无法支持两个用户同时进行测试。这就很大程度的限制了生产效率。

VNA的功能很全面也很强大，但对于生产特定一类的射频微波器件的企业来说，并不需要使用这么多的功能。常规的测试我们称为S参数，需要测试的有S11、S22，称为驻波比或者回波损耗，S21为插损或者相位，S12测试隔离度。对于一个新上手的人员来说，学习仪表的使用和器件的调试也需要一段时间，这就需要特别空出一台仪表来进行培训，这在生产线上就会造成资源的浪费。

现有的VNA目前一台只能供应一个人使用，如果一个生产企业的规模在扩大之后，产线就会相应的扩大，但是相应的每一个工位都会需要配备一台VNA，这就需要一笔不菲的资金，其次一台VNA一次只能供一人使用，势必会造成资源的浪费，同时效率低下，无法有效的提高生产效率，对于任何企业来说，这都是急需要解决的问题。

专利号为CN101871973A，名称为“基于VNA的分时复用测量系统及测量方法”，该专利也提出了一种可提高VNA利用率的方法，该专利采用射频多路开关将VNA的端口进行分配，并通过计算机的控制对VNA的端口进行分配，但是该专利中射频多路开关是通过计算机进行控制，在使用的过程中，需要提前对计算机进行一定的设置才能控制射频多路开关的使用，同时射频多路开关为单独的设备，在测试的时候  需要对射频多路开关与计算机和VNA的进行连接设置，还需要进行网络设置，非常繁琐，增加了测试的繁琐程度，另外，该专利使用分时复用的方法，测试者需要自己对使用的当前通道进行设置，不利于提高利用率，同时该方法对各个端口进行一次检测后，进行端口排序列队等待，当一个端口测试完成后，将所有的端口测量顺序依次提前，该方法需要人为发送指令，由计算机排序，不但浪费时间，而且不能有效的利用端口，一旦测量顺序固定后，无法及时的进行更改，仍然不能很好的解决提高VNA利用率的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种VNA复用仪及其方法，设计了与VNA相适应的一款VNA复用仪，该系统中方法采用轮询的方式对每个测试端口进行访问，随时测试每个端口的测量状态，当一个端口测量完成时，自动切换到另一个端口，该方法不需要人为发送测试顺序指令，自动对测量端口进行测量匹配，更加有效了提高了VNA的利用率，并减少了使用者的操作流程，同时将VNA复用仪中的VNA复用仪中的射频开关和主控制模块集成到一个标准的机箱中，使用方便，且具有一定的承重能力，使用时不易损坏，同时该方法将一台VNA等效为多个VNA进行使用，不仅节省了测试成本，也提高了测试的效率和仪器的利用率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

    一种VNA复用仪及其方法，包括VNA、计算机、网络设备、显示器，还包括VNA复用模块，VNA复用模块包括至少两个射频开关、主控制模块、电源转换模块、供电模块；

主控制模块分别与射频开关、供电模块相连，供电模块还与电源转换模块相连；

所述电源转换模块将供电模块的电压转换成射频开关或者其他部件需要的电压；

所述VNA复用模块与VNA相连，VNA与网络设备相连，网络设备分别与计算机和显示器相连；

所述射频开关的输入端分别与VNA的测量端口相连，所述射频开关的输出端与DUT相连。

作为本发明的进一步优化方案，还包括所述供电模块分为三大类，包括AC模块，DC模块，USB供电模块；

作为本发明的进一步优化方案，所述射频开关为一分N的固态开关,N≥2。

作为本发明的进一步优化方案，所述网络设备为交换机或集线器。

一种VNA复用仪的方法，包括如下步骤：

步骤一：打开矢量网络分析仪，设置使其处于测试状态， VNA复用模块向矢量网络分析仪发送控制命令，令其打开四个测试通道，当无测试进行的时候，四个通道保持待机的状态；

步骤二：VNA复用模块的主控制模块首先对VNA复用模块的所有端口的测试资源进行分配，按照设定的顺序通过轮询的方式循环访问所有端口；

步骤三：主控制模块对第一端口进行访问时，如果第一端口处于使用状态，则对剩余的所有端口进行设置，使剩余的所有端口处于无法工作的状态，等到第一端口的测试完成后，第二端口开始测试，并对剩余的所有端口进行设置，使剩余端口处于无法工作的状态，当第二端口的测试完成后，第三端口进行测试，并按照上述方式进行设置，剩余端口按照上述方式依次循环进行测试，测试端口的切换由开关切换来完成，开关切换后有一个时延，时延结束后进行数据读取，保证系统测试的稳定性；

步骤四：对VNA复用模块的所有端口进行端口分配，首先判断当前测试的端口的序号，VNA复用模块切换到待测试的端口，并准备开始测试；

步骤五：矢量网络分析仪有测试通道进行测试时，打开该测试通道，VNA复用模块的相应端口开始测试，矢量网络分析仪其余的测试通道继续保持待机状态，并设置矢量网络分析仪的状态为忙碌状态，使其余的测试通道进入测试等待状态；

步骤六：当步骤五中的测试结束后，矢量网络分析仪进入待机状态，同时测试结束时会有测试结束信号发送给主控制模块，主控制模块将步骤五中测试的通道设为待机状态，并转入步骤二；

步骤七：主控制模块向矢量网络分析仪发送命令，将矢量网络分析仪的数据格式换为二进制格式，并从矢量网络分析仪中读取已测试结束的曲线的数据信息，并转入步骤二；

步骤八：首先读取矢量网络分析仪中测试的点数和测试频率，然后读取当前测试的曲线的数量，将测试点数和测试频率生产对应的数组，存储测试数据；

步骤九：读取矢量网络分析仪中的测试数据并将其从二进制格式转换为双精度格式进行存储，并存放入步骤八中设置的数组中，保存数据；

步骤十：步骤九中的数据转换并进行保存后，将其以曲线的形式显示在计算机界面上，如果计算机界面上已经有显示的曲线，将该曲线覆盖删除后，在进行显示，完成显示数据的更新。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

第一、 本发明采用轮询的方式对每个测试端口进行访问，随时测试每个端口的测量状态，当一个端口测量完成时，自动切换到另一个端口，该方法不需要人为发送测试顺序指令，自动对测量端口进行测量匹配，更加有效了提高了VNA的利用率，并减少了使用者的操作流程；

第二、 本发明将VNA复用仪中的VNA复用模块中的射频开关和主控制模块集成到一个标准的机箱中，使用方便，且具有一定的承重能力，使用时不易损坏；

第三、 本发明将一台VNA等效为多台VNA进行使用，不仅节省了测试成本，也提高了测试的效率和仪器的利用率。

附图说明

图1是本发明的系统连接图；

1.网络设备；2.VNA复用模块；3. VNA；4.计算机；5.待测件；6.显示器；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开一种VNA复用仪及其方法，如图1所示，本实施例中，VNA复用模块设计为一个19英寸的标准机箱，该标准机箱采用的是拼装结构，优点是承重能力强，无论是放在矢量网络分析仪顶部或者底部都不会被压坏；机箱还配备了防护措施，第一是防止设备在使用时会轻易滑动，第二可以有效的防止在设备拖动的过程中对设备底部造成划痕等伤害，所有的射频接口均可安装在机箱的任意位置，方便用户个性化使用。

VNA复用仪包括矢量网络分析仪、计算机、网络设备、显示器，还包括VNA复用模块，其中网络设备采用交换机或HUB；

本发明中，VNA复用模块可集成计算机的功能，不再采用单独的计算机进行测试。

VNA复用模块包括至少两个射频开关、该射频开关为一分N（N≥2）的固态开关；

主控制模块，主控制模块采用MCU,该MCU对射频开关进行控制；

主控制模块分别与射频开关、供电模块相连，供电模块还与电源转换模块相连；

所述VNA复用模块与矢量网络分析仪相连，矢量网络分析仪与网络设备相连，网络设备分别与计算机和显示器相连；

供电模块分为三大类，包括AC模块，采用85~264V供电，DC模块，即直流5V电源适配器供电，VNA复用模块还设有USB供电模块， USB供电模块分别与主控制模块、电源转换模块相连，矢量网络分析仪本身有USB接口，VNA复用模块可通过USB供电模块与矢量网络分析仪的USB接口相连获取电源，供电模块还为电源接口，网口，电源保险丝，电源开关，RS232串口等提供电源。

如图1所示，如图1所示，VNA复用仪需搭建外部硬件环境，包括一台VNA、VNA复用模块、PC主机（该PC主机也可集成到VNA复用模块中）、N台（N≥2）显示器以及HUB或者交换机等网络设备。其中，VNA、VNA复用模块、PC主机均使用网线连接网络设备上（若使用集成PC的VNA复用模块，则只需连接VNA复用模块与VNA到网络设备上），VNA复用模块与VNA之间用两根射频电缆相连，其中VNA的PORT1输出端口连接到VNA复用模块的PORT1输入端口，VNA的PORT2输出端口连接到VNA复用模块的PORT2输入端口，VNA复用模块的其他输出端口用来连接待测件，简称DUT，PC主机需能够支持分屏功能，与N（N≥2）台显示器相连。

如图2所示，主控制模块首先判断测试端口的使用状况，使用者对VNA复用模块进行相应的设置，然后对矢量网络分析仪进行测试设置，然后等待矢量网络分析仪测试完成，主控制模块读取测试源数据，然后对源数据进行分析和格式转换，并通过显示器对测试数据进行显示。

实施例：

VNA复用模块在使用时需相应的软件环境和方法，在硬件连接成功后，打开软件客户端，PC主机会发送命令给VNA复用模块内的主控板，主控板在接收到命令之后为所有的射频开关提供一个电平，该电平为高电平或者低电平，这取决于开关本身的性能；所有的射频开关在接收到电平之后就会切换到相应的引脚；在开关切换成功之后，软件界面会自动分成N（N≥2）个部分，拖动到N(N≥2)台显示器上之后就可以当做N（N≥2）台仪表使用了；用户分别对VNA复用模块进行校准然后存储校准状态，接着测试被测件，测得的数据可以保存，这是一种时分复用的方式。

本实施例中，有两个射频开关，两个射频开关均为单刀双掷开关，两个射频开关的输入端，即公共端作为VNA复用模块的输入端，记为PORT1、PORT2，分别与矢量网络分析仪的测量端口PORT3、PORT4相连，所述两个射频开关的输出端作为VNA复用模块的测试端口，标记为A、B端口，A端口和B端口均包括两个输入端：A.Port1和A.Port2、B.Port1和B.Port2。

矢量网络分析仪的PORT3输出端口连接到VNA复用模块的PORT1输入端口，矢量网络分析仪的PORT4输出端口连接到VNA复用模块的PORT2输入端口，VNA复用模块的A端口和B端口用来连接被测器件或待测设备，VNA复用模块的Port1和Port2与矢量网络分析仪的Port1和Port2相连，VNA复用模块的A.Port1和A.Port2与被测件相连，VNA复用模块的B.Port1和B.Port2与另一被测件相连。

如上所述，VNA复用模块设有两个测试端口，分别为A端口、B端口，则其测试步骤如下：

步骤一：VNA复用模块的主控制模块首先对A、B两个端口的测试资源进行分配，通过轮询的方式循环访问A、B两个端口；

步骤二：主控制模块对A端口进行访问时，如果A端口处于使用状态，则对B端口进行设置，使B端口处于无法工作的状态，等到A端口的测试完成后，B端口开始测试，当B端口的测试完成后，A端口进行测试；

该步骤中开关的切换速度非常迅速，在每次切换完成与向VNA发送测试命令的过程中会设置一个时延，该时延保证每次测试的稳定性，且远远小于人眼能够识别的速度；

步骤三：对A、B端口进行端口分配，首先判断当前测试的端口A端口还是B端口，VNA复用模块切换到待测试的端口，并准备开始测试；

步骤四：打开VNA，设置使其处于测试状态，并对分配的端口进行测试，向VNA发送控制命令，令其打开A、B、C、D四个测试通道，当无测试进行的时候，四个通道保持待机的状态；

步骤五：当有测试通道有测试进行时，打开该测试通道，其余的测试通道继续保持待机状态，并设置VNA的状态为忙碌状态，使其进入测试等待状态；

步骤六：当步骤五中的测试结束后，VNA进入待机状态，同时测试结束时会有测试结束信号发送给主控制模块，主控制模块将步骤五中测试的通道设为待机状态；

步骤七：主控制模块向VNA发送命令，将VNA的数据装换为二进制格式，并从VNA中读取已测试结束的曲线的数据信息；

步骤八：读取VNA中测试的点数和测试频率，读取当前测试的曲线的数量，将测试点数和测试频率生产对应的数组，存储测试数据；

步骤九：读取VNA中的测试数据并将其从二进制格式转换为双精度的ASCII码进行存储，并存放入步骤八中设置的数组中，保存数据；

步骤十：步骤九中的数据转换并进行保存后，将其以曲线的形式显示在计算机界面上，如果计算机界面上已经有显示的曲线，将该曲线覆盖删除后，在进行显示，完成显示数据的更新。

如上所述，当测试端口为多个时，也采用上述的测试步骤，此处不一一列举。

PC主机需能够支持分屏功能，自带两个视频接口（常规的VGA和DVI或HDMI），然后通过VGA线与两台显示器相连，其中一个显示器需要DVI转VGA或HDMI转VGA的转接头。

VNA复用模块在使用时需相应的软件环境和方法，在硬件连接成功后，打开软件客户端，PC主机会发送命令给VNA复用模块内的主控板，主控板在接收到命令之后为所有的射频开关提供一个TTL电平，该电平为高电平或者低电平，这取决于开关本身的性能；所有的射频开关在接收到电平之后就会切换到相应的引脚，该命令的速度是十分快而且连续的，因此开关切换的速度也可以达到最快；在开关切换成功之后，软件界面会自动分成两个部分，拖动到两台显示器上之后就可以当做两台仪器使用了；用户在两边分别对仪器进行校准然后存储校准状态，接着测试被测件，测得的数据可以直接保存到电脑本地。

当射频开关的个数大于两个时，所有的校准工作完成后，软件已预先对射频开关测试进行标号，并使其按照一定的顺序进行测试，软件通过该顺序轮询访问每个端口。

相比于现阶段的测试方法，这样既可以大大的提高测试效率，又可以节省成本。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种VNA复用仪，包括VNA、计算机、网络设备、显示器，其特征在于： 还包括VNA复用模块，VNA复用模块包括至少两个射频开关、主控制模块、电源转换模块、供电模块；

主控制模块分别与射频开关、供电模块相连，供电模块还与电源转换模块相连；

所述电源转换模块将供电模块的电压转换成射频开关或者其他部件需要的电压；

所述VNA复用模块与VNA相连，VNA与网络设备相连，网络设备分别与计算机和显示器相连；

所述射频开关的输入端分别与VNA的测量端口相连，所述射频开关的输出端与待测设备相连。

2.如权利要求1所述的一种VNA复用仪，其特征在于： 所述供电模块包括AC模块，DC模块，USB供电模块。

3.如权利要求1或2所述的一种VNA复用仪，其特征在于：所述射频开关为一分N的固态开关，N≥2。

4.如权利要求3所述的一种VNA复用仪，其特征在于：所述网络设备为交换机或集线器。

5.一种VNA复用仪的方法，适用于权利要求1-4所述的一种VNA复用仪，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：打开矢量网络分析仪，设置使其处于测试状态， VNA复用模块向矢量网络分析仪发送控制命令，令其打开四个测试通道，当无测试进行的时候，四个通道保持待机的状态；

步骤二：VNA复用模块的主控制模块首先对VNA复用模块的所有端口的测试资源进行分配，按照设定的顺序通过轮询的方式循环访问所有端口；

步骤三：主控制模块对第一端口进行访问时，如果第一端口处于使用状态，则对剩余的所有端口进行设置，使剩余的所有端口处于无法工作的状态，等到第一端口的测试完成后，第二端口开始测试，并对剩余的所有端口进行设置，使剩余端口处于无法工作的状态，当第二端口的测试完成后，第三端口进行测试，并按照上述方式进行设置，剩余端口按照上述方式依次循环进行测试，端口直接的切换由开关切换来完成，开关切换后有一个时延，时延结束后进行数据读取；

步骤四：对VNA复用模块的所有端口进行端口分配，首先判断当前测试的端口的序号，VNA复用模块切换到待测试的端口，并准备开始测试；

步骤五：矢量网络分析仪有测试通道进行测试时，打开该测试通道，VNA复用模块的相应端口开始测试，矢量网络分析仪其余的测试通道继续保持待机状态，并设置矢量网络分析仪的状态为忙碌状态，使其余的测试通道进入测试等待状态；

步骤六：当步骤五中的测试结束后，矢量网络分析仪进入待机状态，同时测试结束时会有测试结束信号发送给主控制模块，主控制模块将步骤五中测试的通道设为待机状态，并转入步骤二；

步骤七：主控制模块向矢量网络分析仪发送命令，将矢量网络分析仪的数据格式换为二进制格式，并从矢量网络分析仪中读取已测试结束的曲线的数据信息，并转入步骤二；

步骤八：首先读取矢量网络分析仪中测试的点数和测试频率，然后读取当前测试的曲线的数量，将测试点数和测试频率生产对应的数组，存储测试数据；

步骤九：读取矢量网络分析仪中的测试数据并将其从二进制格式转换为双精度格式进行存储，并存放入步骤八中设置的数组中，保存数据；

步骤十：步骤九中的数据转换并进行保存后，将其以曲线的形式显示在计算机界面上，如果计算机界面上已经有显示的曲线，将该曲线覆盖删除后，在进行显示，完成显示数据的更新。