CN107222178B - 一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置及方法，属于网络分析仪技术领域。本发明采用了射频通道增益选择、第一级中频滤波放大器、第二级中频滤波放大器、中频放大器四级控制的通道增益调节方式，降低了对放大器、滤波器、电路板等制造工艺、精度的高要求，大幅减小了接收通道中频调理部分的体积，在小体积、模块化的矢量网络分析仪中实现了较大动态范围的测量。

Description

一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置及方法
技术领域
本发明属于网络分析仪技术领域，具体涉及一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置及方法。
背景技术
在网络分析仪中，其动态范围是指网络分析仪端口能够承受的最大功率与该端口测量灵敏度之差，网络分析仪各通道之间的隔离度、通道噪声、A/D转换器采集量程等都会影响到网络分析仪的动态范围，为了得到尽可能大的动态范围，通常采用根据接收信号的大小自动调整通道增益的方法。
在网络分析仪中，对于接收通道增益的控制传统的做法一般是在中频部分调整中频放大器的增益，如下图1所示，在传统方法中，中频放大器和中频滤波器一般是分开的，中频滤波器一般采用无源滤波器的形式。通过分级切换中频放大器的方法实现接收通道增益控制，拓宽网络分析仪动态范围。
现有方法是针对台式网络分析仪设计、手持式网络分析仪等设计的，很多关键部分可以采用微波部件的形式来实现，相邻通道间间隔足够大，能够实现整机测量较大的动态范围。现有方法对通道调理部分的各组成部分要求较高，对微波件、电路板的加工制造工艺、精度要求都很苛刻，对相邻通道的间隔也要求足够大，当体积受到严格限制后，现有方法的效果会大幅下降。PXI矢量网络分析模块体积小，没有足够的空间来使用微波部件，所有部分都在狭小的电路板上实现，采用现有的方法，其动态范围指标受到很大限制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置，包括射频通道增益选择单元、本振单元、混频器、第一级中频滤波放大器、第二级中频滤波放大器、中频放大器以及A/D转换器；
射频通道增益选择单元，被配置为用于对射频端信号的高低增益进行选择；
本振单元，被配置为用于为混频器提供本振信号；
混频器，被配置为用于将射频通道增益选择单元输出的信号和本振单元提供的本振信号进行混频；
第一级中频滤波放大器，包括第一级模拟开关和第一级双二阶滤波器，其中第一级双二阶滤波器有高增益与低增益两个前置与反馈通路；
第一级模拟开关，被配置为用于选择不同的前置与反馈通路，实现第一级中频滤波放大器高、低两种增益模式的切换；
第一级双二阶滤波器，被配置为用于对信号进行滤波放大，并降低无源器件精度对滤波放大效果的影响；
第二级中频滤波放大器，包括第二级模拟开关和第二级双二阶滤波器，其中第二级双二阶滤波器有高增益与低增益两个前置与反馈通路；
第二级模拟开关，被配置为用于选择不同的前置与反馈通路，实现第二级中频滤波放大器高、低两种增益模式的切换；
第二级双二阶滤波器，被配置为用于对信号进行滤波放大，并降低无源器件精度对滤波放大效果的影响；
中频放大器，被配置为用于将中频信号进行放大；
A/D转换器，被配置为用于将经过中频放大器后的模拟信号转换为数字信号。
优选地，中频放大器，包括比例放大电路、直接输出电路和反相输出电路；
比例放大电路，被配置为通过采用数字电位器代替反馈电阻，用于实现增益的小步进调节，拓展通道测量的动态范围；
直接输出电路和反相输出电路，被配置为用于将中频信号由单端信号转换为差分信号。
此外，本发明还提到一种矢量网络分析仪接收通道增益控制方法，该方法采用如上所述的一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置，包括如下步骤：
步骤1：将射频通道增益选择单元的状态设置为衰减状态；
步骤2：通过第一级中频滤波放大器和第二级中频滤波放大器的高、低增益选择以及中频放大器中数字电位器的配置组合出低、中、高三种增益设置；
步骤3：将接收通道接收的信号按强度划分为弱、中、强的三段，分别和步骤2中的低、中、高三种增益选择一一对应，某段强度范围内的信号加上对应增益后其信号幅度大小介于A/D转换器的最小分辨率和最大量程的2/3之间；
步骤4：当进行接收信号测试时，接收通道的增益设置取默认值或是上次测试时的设置，A/D转换器进行初步的采样检测，根据检测结果选择合适的接收通道增益设置，然后使A/D转换器进行精确的采样，当A/D转换器的初步检测结果落入动态范围内信号最弱的一段时，射频通道增益选择单元切换为直通状态。
优选地，在步骤4中，默认值为三种增益设置中最小的一组。
本发明所带来的有益技术效果：
1、本发明采用了射频通道增益选择、第一级中频滤波放大器、第二级中频滤波放大器、中频放大器四级控制的通道增益调节方式。
2、本发明采用了射频通道增益选择，在混频器的前端设置了高低两种增益选择，有效削弱了混频器动态范围对通道测量动态范围的影响。
3、本发明采用了两级滤波放大器，在对信号进行滤波的同时实现了共四种不同增益的选择，滤波放大器采用双二阶滤波器的形式，降低了无源器件精度对滤波放大效果带来的影响。
4、本发明利用数字电位器的高分辨率，实现了中频放大器增益的小步进调节，最大程度拓展了通道测量的动态范围。
5、本发明通过采用四级增益调节相结合的方式，降低了对放大器、滤波器、电路板等制造工艺、精度的高要求，大幅减小了接收通道中频调理部分的体积，在小体积、模块化的矢量网络分析仪中实现了较大动态范围的测量。
附图说明
图1为现有网络分析仪接收通道增益控制示意图。
图2为本发明所设计的接收通道控制方案原理框图。
图3为第一级滤波放大器电路示意图。
图4为第二级滤波放大器电路示意图。
图5为中频放大器电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明所设计的接收通道控制方案原理如图2所示，
整个控制控制方案包括四部分增益的控制，分别是射频通道增益选择、第一级中频滤波放大器、第二级中频滤波放大器、中频放大器。通过四级控制，较大动态范围内的信号都可通过增益调节成为适合A/D转换器进行采样的信号。
1、射频通道增益选择
在射频通道末端、混频器之前设计两路通路，利用开关进行选择，一路直通，一路衰减15dB。
2、第一级滤波放大器
第一级滤波放大器电路如图3所示，通过采用双二阶滤波器的形式，降低了元器件精度对滤波放大效果的影响，利用不同阻值的电阻，配备了高增益和低增益两种模式，通过模拟开关S1进行选择。
3、第二级滤波放大器
第二级滤波放大器原理作用与第一级类似，其电路如图4所示，有高增益和低增益两种模式，通过开关S2进行选择。
4、中频放大器
中频放大器电路如图5所示，通过数字电位器的灵活设置，可实现增益的小步进调节。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种矢量网络分析仪接收通道增益控制方法，其特征在于：采用一种矢量网络分析仪接收通道增益控制装置，包括射频通道增益选择单元、本振单元、混频器、第一级中频滤波放大器、第二级中频滤波放大器、中频放大器以及A/D转换器；
射频通道增益选择单元，被配置为用于对射频端信号的高低增益进行选择；
本振单元，被配置为用于为混频器提供本振信号；
混频器，被配置为用于将射频通道增益选择单元输出的信号和本振单元提供的本振信号进行混频；
第一级中频滤波放大器，包括第一级模拟开关和第一级双二阶滤波器，其中第一级双二阶滤波器有高增益与低增益两个前置与反馈通路；
第一级模拟开关，被配置为用于选择不同的前置与反馈通路，实现第一级中频滤波放大器高、低两种增益模式的切换；
第一级双二阶滤波器，被配置为用于对信号进行滤波放大；
第二级中频滤波放大器，包括第二级模拟开关和第二级双二阶滤波器，其中第二级双二阶滤波器有高增益与低增益两个前置与反馈通路；
第二级模拟开关，被配置为用于选择不同的前置与反馈通路，实现第二级中频滤波放大器高、低两种增益模式的切换；
第二级双二阶滤波器，被配置为用于对信号进行滤波放大；
中频放大器，被配置为用于将中频信号进行放大；
A/D转换器，被配置为用于将经过中频放大器后的模拟信号转换为数字信号；包括如下步骤：
步骤1：将射频通道增益选择单元的状态设置为衰减状态；
步骤2：通过第一级中频滤波放大器和第二级中频滤波放大器的高、低增益选择以及中频放大器中数字电位器的配置组合出低、中、高三种增益设置；
步骤3：将矢量网络分析仪接收通道接收的信号按强度划分为弱、中、强三段，分别和步骤2中的低、中、高三种增益选择一一对应，某段强度范围内的信号加上对应增益后其信号幅度大小介于A/D转换器的最小分辨率和最大量程的2/3之间；
步骤4：当进行接收信号测试时，接收通道的增益设置取默认值或是上次测试时的设置，A/D转换器进行初步的采样检测，根据检测结果选择合适的接收通道增益设置，然后使A/D转换器进行精确的采样，当A/D转换器的初步检测结果落入动态范围内信号最弱的一段时，射频通道增益选择单元切换为直通状态。
2.根据权利要求1所述的矢量网络分析仪接收通道增益控制方法，其特征在于：在步骤4中，默认值为三种增益设置中最小的一组。
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