CN212134824U - 一种宽带天线分析仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种宽带天线分析仪,涉及微波矢量测量仪器领域，目的在于解决现有天线分析仪不能工作到低频、抗干扰力差且成本较高的问题，本实用新型包括射频信号发射端、等臂惠斯登电桥、参考端、反射端和数据处理端，射频信号发射端连接到参考端的输入端，射频信号发射端还连接到等臂惠斯登电桥，等臂惠斯登电桥的电桥检测端连接到反射端的输入端，反射端和参考端的输出端均连接到数据处理端，参考端包括第一混频器、第一中频滤波器、第一中频放大器、第二混频器和第二中频滤波器，反射端包括差分衰减器、第三混频器、第三中频滤波器、第二中频放大器、第四混频器和第四中频滤波器。本申请可以扩展工作频率，增强抗干扰性，降低成本。

Description

一种宽带天线分析仪

技术领域

本实用新型涉及微波矢量测量仪器领域，具体涉及一种宽带天线分析仪。

背景技术

宽带天线分析仪是一种用于测量天线特性参数的仪器，目前，公知的天线分析仪可能采用三类测量电路：等臂惠斯登电桥、依靠不等臂惠斯登电桥和定向耦合器。

若采用等臂惠斯登电桥，按照公知的方法需要使用平衡/不平衡变换器，使得工作频率不能太低，通常从1MHz起。采用不等臂惠斯登电桥和定向耦合器可以支持到较高频率，但不等臂惠斯登电桥由于需要采用平衡/不平衡变换器，定向耦合器方案由于固有的特点，二者都不能工作到低频。如果专为低频使用而设计等臂惠斯登电桥，那么频率上限通常不超过1GHz。

另外，目前的天线分析仪多采用宽带检波或一次变频，抗干扰性能较差。为了使变频的结果能够被直接采样，中频频率需要很低。这使得抗干扰性能难以提高，且由于制作工作到较低频率的本振会很复杂，这种天线分析仪出现不能工作到较低频率或者需要增加成本的问题。

实用新型内容

本实用新型公开了一种宽带天线分析仪，目的在于实现其低频可以工作到接近直流和高频可工作至10GHz，并且具有更强的抗干扰性，同时降低成本和便于使用。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种宽带天线分析仪，包括射频信号发射端、等臂惠斯登电桥、参考端、反射端和数据处理端，射频信号发射端连接到参考端的输入端，射频信号发射端还连接到等臂惠斯登电桥，等臂惠斯登电桥的电桥检测端连接到反射端的输入端，反射端和参考端的输出端均连接到数据处理端；

参考端包括第一混频器、第一中频滤波器、第一中频放大器、第二混频器和第二中频滤波器，第一混频器的输出端连接到第一中频滤波器的输入端，第一中频滤波器的输出端连接到第一中频放大器的输入端，第一中频放大器的输出端连接到第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端连接到第二中频滤波器的输入端；

反射端包括差分衰减器、第三混频器、第三中频滤波器、第二中频放大器、第四混频器和第四中频滤波器，差分衰减器的输出端连接到第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端连接到第三中频滤波器的输入端，第三中频滤波器的输出端连接到第二中频放大器的输入端，第二中频放大器的输出端连接到第四混频器的输入端，第四混频器的输出端连接到第四中频滤波器的输入端；

第二混频器和第四混频器的另一个输入端均连接到第二本振，第一混频器和第三混频器的另一个输入端均连接至第一本振。

优选地，射频信号发射端包括低频信号源、高频信号源、波段切换开关、衰减器、放大器和功分器；低频信号源和高频信号源分别连接至波段切换开关的两个输入端，波段切换开关的输出端连接到衰减器的输入端，衰减器的输出端连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到功分器的输入端，功分器的两个输出端分别连接到等臂惠斯登电桥的输入端和参考端的输入端。

优选地，高频信号源、低频信号源和第一本振均通过一个时钟分配器连接到参考时钟。

优选地，参考时钟采用晶体振荡器。

优选地，高频信号源采用锁相环频率合成器，所述低频信号源采用直接数字合成器。

优选地，数据处理端包括多通道模数转换器和FPGA，所述参考端和反射端的输出端连接到多通道模数转换器的输入端，多通道模数转换器的输出端连接到FPGA。

优选地，第二本振采用晶体振荡器或硅振荡器。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型的参考端和反射端均通过多组中频滤波器和混频器的设置实现了二次变频，只需要通过软件关闭信号源，即构成选频电平表，方便了现场测量应用；反射端的设置规避了平衡-不平衡变换器，使得低频可以工作到接近直流，高频可工作至10GHz；采用独立的振荡器提供二本振，成本相比采用锁相本振的二次变频而言有较大降低，且简化了电路；设置高频信号源和低频信号源两个射频信号源，扩展了频率范围极限。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，本实用新型附图只是给出了设计的主要结构模块，并不代表实际使用的元件数目，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

一种宽带天线分析仪，包括射频信号发射端、等臂惠斯登电桥、参考端、反射端和数据处理端，射频信号发射端连接到参考端的输入端，射频信号发射端还连接到等臂惠斯登电桥，等臂惠斯登电桥的电桥检测端连接到反射端的输入端，反射端和参考端的输出端均连接到数据处理端；

其中，射频信号发射端用于发出用于检测的信号并将信号输送到等臂惠斯登电桥和参考端，等臂惠斯登电桥的测量端口用于连接检测被测天馈线，被测天馈线将一部分射频信号反射，被反射回的射频信号通过等臂惠斯登电桥的电桥检测端输出到反射端；直接进入参考端的射频信号和经过被测天馈线反射回的射频信号进入数据处理端，经数据处理端分析两组射频信号的相位差和幅度差计算待测参数。

本实用新型主要的改进点在于参考端和反射端，如图1所示：

参考端包括第一混频器、第一中频滤波器、第一中频放大器、第二混频器和第二中频滤波器，第一混频器的输出端连接到第一中频滤波器的输入端，第一中频滤波器的输出端连接到第一中频放大器的输入端，第一中频放大器的输出端连接到第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端连接到第二中频滤波器的输入端；反射端包括差分衰减器、第三混频器、第三中频滤波器、第二中频放大器、第四混频器和第四中频滤波器，差分衰减器的输出端连接到第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端连接到第三中频滤波器的输入端，第三中频滤波器的输出端连接到第二中频放大器的输入端，第二中频放大器的输出端连接到第四混频器的输入端，第四混频器的输出端连接到第四中频滤波器的输入端；第二混频器和第四混频器的另一个输入端均连接到第二本振，第一混频器和第三混频器的另一个输入端均连接至第一本振。

以上反射端和参考端均实现了二次变频且无需锁相。公知的天线分析仪采用一次变频，为了使变频的结果能够被直接采样，中频频率需要很低，这使得抗干扰性能难以提高，且由于制作工作到较低频率的本振会很复杂，成本较高，本申请通过采用二次变频，使第一中频频率可以较高，同时有较低的第二中频频率，从而方便数据处理，并且对于天线分析仪来说由于属于矢量测量，若采用公知的二次变频方法，第二本振需要与射频信号和第一本振的参考时钟锁相，而本申请在数据处理端消除第二本振频率和相位不准带来的影响，从而使第二本振无需锁相。

进一步地，射频信号发射端包括低频信号源、高频信号源、波段切换开关、衰减器、放大器和功分器；低频信号源和高频信号源分别连接至波段切换开关的两个输入端，波段输入开关的输出端连接到衰减器的输入端，衰减器的输出端连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到功分器的输入端，功分器的两个输出端分别连接到等臂惠斯登电桥的输入端和参考端的输入端；且高频信号源、低频信号源和第一本振均通过一个时钟分配器连接到参考时钟。优选地，数据处理端包括多通道模数转换器和FPGA，参考端和反射端的输出端连接到多通道模数转换器的输入端，多通道模数转换器的输出端连接到FPGA；第二本振采用晶体振荡器或硅振荡器，参考时钟采用晶体振荡器。

实施例1

通过两个信号源扩展了发送信号范围，高频信号源采用锁相环频率合成器，低频信号源采用直接数字合成器，通过波段切换开关选择信号源， 例如直接数字合成器可以采用芯片AD9954，该芯片负责产生低频的信号，可以从极低频到60MHz，锁相环频率合成器可以采用芯片ADF4355，负责产生高频的信号，例如产生60MHz~6GHz的射频信号。可以选取射频开关HMC336作为波段切换开关进行信号源选通，衰减器可以采用型号PE43503的衰减器，经衰减器调节和稳定信号的幅度，放大器可以选型为HMC788，经放大器放大到足够功率，经分路器取出一小部分，以单端方式送入参考端，其余大部分经等臂惠斯登电桥后，输出到测量端口。

等臂惠斯登电桥的测量端口连接到被测天馈线，被测天馈线反射回一部分输送到等臂惠斯登电桥的射频信号，被反射的射频信号经过电桥检测端输入到反射端。

惠斯登电桥的检测端采用差分输出，经差分衰减器调理幅度和改善匹配，例如做3dB的调整，然后以差分方式送入反向测量接收机的第三混频器，第三混频器可以选型为LTC5510。同时，第一本振也进入正、反向接收机的第三混频器，混频得到的中频信号经过第三中频滤波器和第二中频放大器后进入第二混频器，其中，第二中频放大器可以使用信号为MAR-8ASM+的放大器，第四混频器在本实施例选用ADE-1，第二本振采用晶体振荡器，不需要与参考时钟锁相，第二本振也接入第四混频器，混频和经第四中频滤波器滤波以后，送入同步采样的多通道模数转换器，例如ADS7851，ADS7851将采集到的射频信号转变为数字信号后，送给FPGA进行后续处理。

参考端所接收到的射频信号进入第一混频器，第一混频器也可选用LTC5510，与第一本振混频后，再经第一中频滤波器滤波，经过第一中频放大器的放大以后，再于第二混频器与第二本振进行混频，其中，第一中频放大器可以使用与第二中频放大器同型号的MAR-8ASM+放大器，第二混频器选用与第四混频器相同的ADE-1，射频信号经第二中频滤波器滤波出来后，送入同步采样的多通道模数转换器，将采集到的射频信号转变为数字信号后，与反射端输出的信号一起送给FPGA进行数据处理，根据公知常识，比较参考端和反射端输出的射频信号的相位差和幅度差，计算出被测天线的待测参数。

Claims (7)

1.一种宽带天线分析仪，包括射频信号发射端、等臂惠斯登电桥、参考端、反射端和数据处理端，射频信号发射端连接到参考端的输入端，射频信号发射端还连接到等臂惠斯登电桥，等臂惠斯登电桥的电桥检测端连接到反射端的输入端，反射端和参考端的输出端均连接到数据处理端，其特征在于：

所述参考端包括第一混频器、第一中频滤波器、第一中频放大器、第二混频器和第二中频滤波器，第一混频器的输出端连接到第一中频滤波器的输入端，第一中频滤波器的输出端连接到第一中频放大器的输入端，第一中频放大器的输出端连接到第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端连接到第二中频滤波器的输入端；

所述反射端包括差分衰减器、第三混频器、第三中频滤波器、第二中频放大器、第四混频器和第四中频滤波器，差分衰减器的输出端连接到第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端连接到第三中频滤波器的输入端，第三中频滤波器的输出端连接到第二中频放大器的输入端，第二中频放大器的输出端连接到第四混频器的输入端，第四混频器的输出端连接到第四中频滤波器的输入端；

所述第二混频器和第四混频器的另一个输入端均连接到第二本振，第一混频器和第三混频器的另一个输入端均连接至第一本振。

2.根据权利要求1所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述射频信号发射端包括低频信号源、高频信号源、波段切换开关、衰减器、放大器和功分器；低频信号源和高频信号源分别连接至波段切换开关的两个输入端，波段切换开关的输出端连接到衰减器的输入端，衰减器的输出端连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到功分器的输入端，功分器的两个输出端分别连接到等臂惠斯登电桥的输入端和参考端的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述高频信号源、低频信号源和第一本振均通过一个时钟分配器连接到参考时钟。

4.根据权利要求3所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述参考时钟采用晶体振荡器。

5.根据权利要求2所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述高频信号源采用锁相环频率合成器，所述低频信号源采用直接数字合成器。

6.根据权利要求1所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述数据处理端包括多通道模数转换器和FPGA，所述参考端和反射端的输出端连接到多通道模数转换器的输入端，多通道模数转换器的输出端连接到FPGA。

7.根据权利要求1所述的一种宽带天线分析仪，其特征在于：所述第二本振采用晶体振荡器或硅振荡器。

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