李金紅，李海平，汶迎春(陜西凌云電器集團(tuán)有限公司計(jì)量處，陜西寶雞,721006)

網(wǎng)絡(luò)分析儀在濾波器測(cè)試中的應(yīng)用

李金紅，李海平，汶迎春
(陜西凌云電器集團(tuán)有限公司計(jì)量處，陜西寶雞,721006)

為解決某型非標(biāo)準(zhǔn)阻抗濾波器由于測(cè)試系統(tǒng)老化帶來(lái)的測(cè)試問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)了濾波器的測(cè)試。介紹了舊測(cè)試系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試原理和它們之間的區(qū)別，闡述了網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent E5071C替代頻率特性測(cè)試儀BT-3、信號(hào)源XFC-6、超高頻毫伏表QF2270、頻率計(jì)8000C四臺(tái)儀表測(cè)試濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試數(shù)值一致性好、操作簡(jiǎn)單、精度高、減少了工作量、提高了生產(chǎn)效率。

頻率特性測(cè)試儀；網(wǎng)絡(luò)分析儀；濾波器；測(cè)試

0 引言

為解決濾波器測(cè)試問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有儀表功能和主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析后，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent E5071C對(duì)濾波器進(jìn)行了測(cè)試。

1 兩種測(cè)試系統(tǒng)的工作原理

1.1 原測(cè)試系統(tǒng)工作原理

原測(cè)試系統(tǒng)由頻率特性測(cè)試儀BT-3、信號(hào)源XFC-6、超高頻毫伏表QF2270、頻率計(jì)8000C及測(cè)試工裝組成，信號(hào)源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計(jì)相互配合，可完成濾波器6dB帶及20dB帶寬指標(biāo)測(cè)試，并可觀察濾波器輸出波形。

1.2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀工作原理

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀由信號(hào)源、功率分配器、信號(hào)分離器、接收機(jī)和顯示系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成框圖

信號(hào)源為網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)提供激勵(lì)源；功率分配器對(duì)信號(hào)源的功率進(jìn)行分配，一路輸出信號(hào)送到被測(cè)件輸入端口，另一路輸出信號(hào)作為參考信號(hào)進(jìn)

行S參數(shù)的計(jì)算；信號(hào)分離器分離被測(cè)件輸入端口的入射波和反射波；接收機(jī)接收參考信號(hào)、反射信號(hào)和傳輸信號(hào)，并下變頻為中頻信號(hào)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，得到其幅度和相位值，以便于測(cè)量和控制單元進(jìn)行測(cè)量參數(shù)的計(jì)算；顯示系統(tǒng)在屏幕上顯示測(cè)量波形及參數(shù)。

1.3 兩種測(cè)試系統(tǒng)的比較

原測(cè)試系統(tǒng)（信號(hào)源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計(jì)）與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（配套高阻探頭）都是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，二者測(cè)試原理基本相同。兩種測(cè)試系統(tǒng)的讀取方式不同，信號(hào)源、超高頻毫伏表、掃頻儀在頻率計(jì)的配合下人工讀出輸出信號(hào)幅度和頻率值；網(wǎng)絡(luò)分析儀則顯示的是濾波器輸出波形，通過(guò)內(nèi)部計(jì)算得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸損耗、帶寬等指標(biāo)，并顯示到屏幕上，測(cè)量結(jié)果更為直觀。

2 測(cè)試方法

2.1 原測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試方法

第一步“中心頻率偏差、6dB帶寬、通帶內(nèi)不平度”測(cè)試時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率在75 MHz±0.01 MHz，并調(diào)節(jié)輸出電壓使濾波器輸出電壓為V1，然后上下失諧使濾波器輸出電壓為V2，V1與V2的比值的相對(duì)值為6dB時(shí)，讀出頻率計(jì)顯示的頻率f1、f2，中心頻率由公式f0= （f1+ f2）/2計(jì)算得出，6dB帶寬由f2、f1相減得出。通帶內(nèi)不平度測(cè)試時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率在f1～f2范圍內(nèi)變化，記下輸出電壓的最大峰值、谷值，再計(jì)算不平度。

第二步 “傳輸損耗”測(cè)試時(shí)，將開(kāi)關(guān)打至R2位置，測(cè)試的是信號(hào)源的頻率在75 MHz±0.01 MHz時(shí)濾波器輸入端電壓和輸出端電壓，然后計(jì)算相對(duì)值。

由此可以看出，第一步和第二步測(cè)試的是濾波器輸出信號(hào)的電壓值，無(wú)法觀察濾波器輸出波形，而且電壓值和頻率值均由人工讀出，測(cè)試時(shí)需要同時(shí)兼顧3臺(tái)儀表的操作或讀數(shù)。

Evaluation System of Operation Efficiency of Ships in Port Based on AIS Data

第三步 “20dB帶寬”指標(biāo)測(cè)試時(shí)，需使用BT-3的外頻標(biāo)功能，讀出濾波器信號(hào)衰減20dB時(shí)的兩個(gè)頻率f3、f4，20dB帶寬由f4、f3相減得出。此時(shí)可通過(guò)BT-3的顯示屏幕觀察到波形。

調(diào)試時(shí)，分為粗調(diào)和細(xì)調(diào)，通過(guò)BT-3粗略地測(cè)試帶寬及不平度，并可觀察濾波器輸出波形，操作較為復(fù)雜。

2.2 網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試方法

用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試時(shí)，配備高阻探頭，即可實(shí)現(xiàn)濾波器的測(cè)試。測(cè)試連接框圖如圖2，等效負(fù)載電路圖如圖3，其中C1是濾波器諧振回路的一部分。

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的帶寬值，即可測(cè)出濾波器的-6dB帶寬、-20dB帶寬和傳輸損耗等指標(biāo)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試連接框

圖3 濾波器專用負(fù)載電

3 20dB帶寬超差原因分析

兩種測(cè)試系統(tǒng)對(duì)比測(cè)試過(guò)程中，新測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的15部濾波器的20dB帶寬測(cè)試數(shù)據(jù)均出現(xiàn)偏大現(xiàn)象，差值最大0.16MHz，2部濾波器指標(biāo)超差，13部符合技術(shù)要求。為查找20dB帶寬指標(biāo)超差原因，從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 新系統(tǒng)20dB衰減器的精確度高

3.2 兩種系統(tǒng)現(xiàn)狀比較

原測(cè)試系統(tǒng)因使用三十多年，其測(cè)試儀表、配套電纜及工裝本身的磨損、老化等都帶來(lái)一定的系統(tǒng)誤差。比如測(cè)試20dB帶寬時(shí)，頻標(biāo)不能夠聚焦清晰顯示，數(shù)據(jù)讀取變得比較困難，不同的操作者讀取的數(shù)據(jù)會(huì)存在較大的差別。從20dB刻度線的確定到最終讀取，要有四步操作，人為因素較多，所以在測(cè)試系統(tǒng)性能變差的情況下，測(cè)試誤差會(huì)比較大。

而新測(cè)試系統(tǒng)為新購(gòu)置的儀表先進(jìn)，穩(wěn)定性好，測(cè)試精度高，整個(gè)測(cè)試過(guò)程為儀表自動(dòng)測(cè)量，不存在人員因素的影響，系統(tǒng)誤差較小，故新系統(tǒng)測(cè)試值更準(zhǔn)確。

3.3 定義法驗(yàn)證

根據(jù)濾波器20dB帶寬的定義，用定義法驗(yàn)證新系統(tǒng)20dB帶寬測(cè)試的準(zhǔn)確性。

選用信號(hào)源SMB100A及超高頻毫伏表QF2270，在75 MHz時(shí)，信號(hào)輸出電壓設(shè)為300mV，對(duì)5部濾波器在輸出電壓為30mV時(shí)的信號(hào)頻率進(jìn)行記錄，計(jì)算20dB帶寬值，得出新測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果與用定義法測(cè)試的結(jié)果是比較一致的，差異0.02 MHz～0.044MHz，微小的區(qū)別僅是儀表之間的差別。此試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了新測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確，因此認(rèn)為新測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果是真實(shí)準(zhǔn)確的。

4 結(jié)束語(yǔ)

用網(wǎng)絡(luò)分析儀替代信號(hào)源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計(jì)4臺(tái)儀表完成了濾波器的測(cè)試，測(cè)試精度高，減少了人為讀數(shù)帶來(lái)的誤差，簡(jiǎn)化了操作方法，提高了生產(chǎn)效率。

【1】王云霞，尹秋艷，張艷.同軸接頭時(shí)域反射特性的頻域測(cè)量方法研究[J].電子科技，2007，20（8）：21-23，27.

The application of the network analyzer in the filter test

Li Jinhong,Li Haiping,Wen Yingchun
(Shaanxi lingyun electrical appliance group co., LTD., measurement, Baoji Shanxi,721006)

in order to solve a certain type of non-standard impedance filter test problem caused by the aging test system, using network analyzer for the filter test. Old testing system are introduced and the test principle of network analyzer and the differences between them, this paper expounds the network analyzer Agilent E5071C replacement frequency characteristic tester BT - 3, the signal source XFC - 6, ultra-high frequency millivoltmeter QF2270, frequency meter, 8000 c, the realization of the four test instrument filter method. Experiments show that good consistency with network analyzer test value, simple operation, high precision and reduce the workload and improve the production efficiency.

frequency characteristic tester; The network analyzer; Filter; test

N713；TN753

A