CN204832341U - 一种低成本宽频便携式扫频仪 - Google Patents

Abstract

为快速准确测量宽频谱范围网络的中低频频率特性，本实用新型提供一种低成本宽频便携式扫频仪，包括供电模块、微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块。该扫频仪支持点频与扫频两种模式测量给定网络的频率特性，包括幅频特性和相频特性。其测量频率范围为1KHz-100MHz，扫频模式下最小步进为100KHz。所述扫频仪具有体积小、成本低、测量频率范围宽的优点，可以广泛应用在教学、科研、生产施工等便携式宽频网络频率特性测试场合。

Description

一种低成本宽频便携式扫频仪

技术领域

本实用新型涉及测量仪器领域，特别是涉及网络频率特性测量和扫频仪，可以广泛应用于便携式低成本场合下的网络中低频频段宽频频率特性测量。

技术背景

网络频率特性测量广泛的存在于电气信息类专业的教学科研中。测量范围和测量精度是频率特性测量仪（扫频仪）的重要参数指标。目前市面上的扫频仪和公开的专利存在性能和成本上的矛盾：一方面，测量范围大、精度高的矢量网络分析仪价格昂贵、体积大，而且大多在射频范围，不适合中低频段便携式测量场合。另一方面低成本的便携式扫频仪则普遍存在测量频率范围窄的缺陷，如专利CN201320771567“一种基于正交调制原理的频率特性测试仪”测量范围只有40MHz。本实用新型提供一种低成本宽频便携式扫频仪。

发明内容

本实用新型提出了一种低成本宽频便携式扫频仪。该扫频仪支持点频与扫频两种模式测量给定网络的频率特性，包括幅频特性和相频特性。其测量频率范围为1KHz-100MHz，扫频模式下最小步进为100KHz。具有体积小、成本低、测频范围宽的优点，可以广泛应用在教学、科研、生产施工等便携式宽频网络频率特性测试场合。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：提供一种低成本宽频便携式扫频仪，包括供电模块、微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块。所述供电模块分别与微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述微处理器模块与正交信号源模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述正交信号源模块的两个相互正交的输出信号通过两个独立宽频AGC模块分别与两个正交解调模块的输入端连接；所述正交信号源模块的一个分量经宽频AGC模块稳幅后通过待测网络后的输出响应同时连接到两个正交解调模块的另一输入端；独立的两个正交解调模块的两路直流输出经过信号调理模块滤波、放大处理后进行AD变换，送入微处理器模块，最后利用零中频正交解调技术的原理得到待测网络的幅频特性和相频特性。

进一步，本实用新型所述供电模块提供+5V、+3.3V四组电源输出，电源首先由开关电源提供，然后利用AMS1117系列芯片提供上述不同组别的双极性电源输出，同时模拟器件供电电源与数字器件供电电源通过磁珠等手段隔离。

进一步，本实用新型所述正交信号源模块采用DDS芯片AD9854，其输出1KHz-100MHz两路相互正交的正弦信号。特别的，在其片内采用幅度均衡技术，使其输出的两路正交信号的幅度峰峰值为400mVp-p。

进一步，本实用新型所述宽频AGC模块采用两级宽带固定增益放大电路；AD9854芯片输出100MHz带宽范围内400mVp-p恒幅信号，经宽频AGC模块放大至2Vp-p；所述宽带固定增益放大电路由THS3201构成的同相输入放大电路组成。

进一步，本实用新型所述正交解调模块采用模拟乘法器AD835。

进一步，本实用新型所述信号调理模块包括由高精度低噪声运放OPA2227构成的二阶有源低通滤波器和由16位高分辨模数转换芯片ADS115构成的采集电路组成。

进一步，本实用新型所述人机接口模块包括输入子模块与显示子模块。分别采用4×4矩阵键盘与128×64LCD液晶显示器。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型系统组成框图。

图2是本实用新型宽频AGC模块原理图。

图3为本实用新型正交解调器模块原理图。

具体实施方式

如图1所示的系统组成框图中。本实用新型提供的一种低成本宽频便携式扫频仪，包括供电模块、微处理器模块（MSP430F149单片机）、正交信号源模块（AD9854芯片构成的DDS信号源）、宽频AGC模块（由THS3201构成的两级宽带固定增益放大电路）、正交解调模块（模拟乘法器AD835）、信号调理模块（OPA2227构成的二阶有源低通滤波器和ADS115构成的采集电路）及人机接口模块。所述供电模块分别与微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述微处理器模块与正交信号源模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述正交信号源模块的两个相互正交的输出信号通过两个独立宽频AGC模块分别与两个正交解调模块的输入端连接；所述正交信号源模块的同相分量经稳幅再通过待测网络后的输出响应同时连接到两个正交解调模块的另一输入端；独立的两个正交解调模块的两路直流输出经过信号处理模块滤波、放大处理后进行AD变换，送入微处理器模块，最后利用零中频正交解调技术的原理得到待测网络的幅频特性和相频特性。

首先，使用者通过键盘选择点频或者扫频工作模式，然后通过键盘置入频率点或者扫频模式下的起止频率范围及步进间隔，DDS芯片AD9854在MSP430F149单片机控制下按照给定的控制字和频率字产生两路正交的点频或者扫频信号，正交信号中的一路用于激励待测网络，按照上述连接关系送入正交解调模块AD835乘法器解调，得到的解调信号经低通滤波器得到同相分量和正交分量的直流信号，该直流分量经ADC转换送入单片机内进行数据处理，计算得到相位和幅度，最后通过液晶显示出幅频特性和相频特性曲线。

本扫频仪使用AD9854输出的I、Q两路正交信号实现正交解调。设正交信号源产生的信号经被测网络后的输出为。则同相分量支路

(1)

低通滤波后（假设滤波器对幅度的影响为C）

(2)

类似的，得到正交分量支路：

(3)

低通滤波后（假设滤波器对幅度的影响为C）

(4)

由(2)式和(4)式，可得相位幅度为。AD9854输出实际上是内部DAC转换输出的数字量化波形，因此需要加滤波电路进行平滑波形。

宽频AGC模块采用两级宽带固定增益放大电路，图2为宽频AGC模块原理图。

正交解调模块如图3所示。采用乘法器专用芯片AD835。它是一个电压输出四象限乘法器，传递函数为W=XY+Z；其带宽高达250MHz，满足1KHz-100MHz信号输入的要求；且其输出噪声典型值小，保证了输出信号尽可能小的失真。此外AD835所需外围电路少，配置方便。信号经乘法器和低通滤波后输出的直流信号范围在-1V~+1V，为保证送入单片机的直流信号为正，必须在进行AD转换前加1V以上的直流偏置，本实施方式选择在乘法器模块加125mV的直流偏置（即Z=125mV），经后级10倍的同相比例放大可满足上述要求。

Claims (7)

1.一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于，包括供电模块、微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块；所述供电模块分别与微处理器模块、正交信号源模块、宽频AGC模块、正交解调模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述微处理器模块与正交信号源模块、信号调理模块及人机接口模块连接；所述正交信号源模块的两个相互正交的输出信号通过两个独立宽频AGC模块分别与两个正交解调模块的输入端连接；所述正交信号源模块的一个分量经宽频AGC模块稳幅后再通过待测网络，得到的输出响应同时连接到两个正交解调模块的另一输入端；所述正交解调模块的两路独立输出信号经过信号调理模块处理后，送入微处理器模块。

2.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述供电模块采用多端输出的开关电源，所述开关电源提供+5V、+3.3V四种输出。

3.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述正交信号源模块采用DDS芯片。

4.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述宽频AGC模块采用两级宽带固定增益放大电路；所述宽频AGC模块输入信号为100MHz带宽范围、峰峰值为400mVp-p的正交信号；所述宽带固定增益放大电路由THS3201构成的同相输入放大电路组成。

5.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述正交解调模块采用模拟乘法器。

6.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述信号调理模块包括由高精度低噪声运放构成的二阶有源低通滤波器和由16位高分辨模数转换芯片构成的采集电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种低成本宽频便携式扫频仪，其特征在于所述人机接口模块包括输入子模块和显示子模块，所述输入子模块与显示子模块分别采用矩阵键盘与液晶显示器。