矢网测试装置设计及关键电路实现

进入二十一世纪以来,信息化、数字化、网络化、智能化成为人类世界的显著标签,空间充斥着微波射频信号,这使得信息产业得到迅猛发展,作为信息、数据系统、终端的基础,微波射频器件、组件正处于爆炸式发展阶段。

测试是科技发展基础,矢量网络分析仪作为微波射频元器件重要的测试评价工具,需要应对各种新需求,满足不同情况下对仪器功能性、经济性、实用性的要求。课题研究目标为设计一款能够满足通信系统、信息化终端等产业中微波射频电路组件科研生产测试需求,能够实现基本网络参数测试功能,具备高性价比、可规模化应用推广的创新架构经济型网络分析仪。

本课题主要工作包括以下几个方面:

①充分利用半导体产业技术进步成果,采用以先进半导体工艺为基础设计实现的多信道、高性能软件无线电收发集成电路AD9361作为接收机核心,设计系统整体实现方案。将传统的三接收机、四接收机通道简化为两通道,不仅降低了仪器成本,同时也避免了通道间相互干扰。

②设计了新型的、采用电容补偿的、多节级联微带线定向耦合器。传统单节微带线定向耦合器难以达到宽频率、高方向性的目标,利用电容补偿、多节级联的方式可以大大优化定向耦合器的性能,弥补频率范围和方向性方面的不足。

③设计了反向信号隔离模块。利用放大器对信号正向放大、反向隔离的特点,使用两级低噪声放大器外加固定衰减器的方式,不仅可以降低大反射信号对参考通道的干扰,同时可以补偿激励信号在到达待测件前由功分器、定向耦合器等器件产生的损耗。

④由于AD9361无法覆盖300KHz~70MHz低频率范围,在其前端又加入了一级上变频电路,将低频频率升频到可处理的90MHz。

⑤课题还在AD9361芯片前外加前置放大器和可控衰减器,提高接收机灵敏度和动态范围。论文从系统整体功能指标出发,详细分析结构中每个单元的指标需求,整个系统的设计过程中,预先充分考虑了各种可能出现的问题,对单元模块分别进行设计和仿真优化。实践中对课题成果进行测试,与标准矢量网络分析仪的测试结果进行对比分析,成功实现了预计目标。