一種低成本寬頻便攜式掃頻儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及測量儀器領(lǐng)域，特別是涉及網(wǎng)絡(luò)頻率特性測量和掃頻儀，可以廣 泛應(yīng)用于便攜式低成本場合下的網(wǎng)絡(luò)中低頻頻段寬頻頻率特性測量。 技術(shù)背景
[0002] 網(wǎng)絡(luò)頻率特性測量廣泛的存在于電氣信息類專業(yè)的教學(xué)科研中。測量范圍和測量 精度是頻率特性測量儀(掃頻儀)的重要參數(shù)指標。目前市面上的掃頻儀和公開的專利存在 性能和成本上的矛盾：一方面，測量范圍大、精度高的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀價格昂貴、體積大，而 且大多在射頻范圍，不適合中低頻段便攜式測量場合。另一方面低成本的便攜式掃頻儀則 普遍存在測量頻率范圍窄的缺陷，如專利CN201320771567 "一種基于正交調(diào)制原理的頻率 特性測試儀"測量范圍只有40MHz。本實用新型提供一種低成本寬頻便攜式掃頻儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型提出了一種低成本寬頻便攜式掃頻儀。該掃頻儀支持點頻與掃 頻兩種模式測量給定網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，包括幅頻特性和相頻特性。其測量頻率范圍為 ΙΚΗζ-ΙΟΟΜΗζ，掃頻模式下最小步進為100ΚΗz。具有體積小、成本低、測頻范圍寬的優(yōu)點，可 以廣泛應(yīng)用在教學(xué)、科研、生產(chǎn)施工等便攜式寬頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試場合。
[0004] 本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：提供一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，包 括供電模塊、微處理器模塊、正交信號源模塊、寬頻AGC模塊、正交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊 及人機接口模塊。所述供電模塊分別與微處理器模塊、正交信號源模塊、寬頻AGC模塊、正 交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊連接；所述微處理器模塊與正交信號源模塊、信 號調(diào)理模塊及人機接口模塊連接；所述正交信號源模塊的兩個相互正交的輸出信號通過兩 個獨立寬頻AGC模塊分別與兩個正交解調(diào)模塊的輸入端連接；所述正交信號源模塊的一個 分量經(jīng)寬頻AGC模塊穩(wěn)幅后通過待測網(wǎng)絡(luò)后的輸出響應(yīng)同時連接到兩個正交解調(diào)模塊的 另一輸入端；獨立的兩個正交解調(diào)模塊的兩路直流輸出經(jīng)過信號調(diào)理模塊濾波、放大處理 后進行AD變換，送入微處理器模塊，最后利用零中頻正交解調(diào)技術(shù)的原理得到待測網(wǎng)絡(luò)的 幅頻特性和相頻特性。
[0005] 進一步，本實用新型所述供電模塊提供土5V、土3· 3V四組電源輸出，電源首先由開 關(guān)電源提供，然后利用AMS1117系列芯片提供上述不同組別的雙極性電源輸出，同時模擬 器件供電電源與數(shù)字器件供電電源通過磁珠等手段隔離。
[0006] 進一步，本實用新型所述正交信號源模塊采用DDS芯片AD9854,其輸出 ΙΚΗζ-ΙΟΟΜΗζ兩路相互正交的正弦信號。特別的，在其片內(nèi)采用幅度均衡技術(shù)，使其輸出的 兩路正交信號的幅度峰峰值為400mVp-p。
[0007] 進一步，本實用新型所述寬頻AGC模塊采用兩級寬帶固定增益放大電路;AD9854 芯片輸出IOOMHz帶寬范圍內(nèi)400mVp-p恒幅信號，經(jīng)寬頻AGC模塊放大至2Vp-p ;所述寬帶 固定增益放大電路由THS3201構(gòu)成的同相輸入放大電路組成。
[0008] 進一步，本實用新型所述正交解調(diào)模塊采用模擬乘法器AD835。
[0009] 進一步，本實用新型所述信號調(diào)理模塊包括由高精度低噪聲運放0PA2227構(gòu)成的 二階有源低通濾波器和由16位高分辨模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS115構(gòu)成的采集電路組成。
[0010] 進一步，本實用新型所述人機接口模塊包括輸入子模塊與顯示子模塊。分別采用 4X4矩陣鍵盤與128X64IXD液晶顯示器。
【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0012] 圖1是本實用新型系統(tǒng)組成框圖。
[0013] 圖2是本實用新型寬頻AGC模塊原理圖。
[0014] 圖3為本實用新型正交解調(diào)器模塊原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示的系統(tǒng)組成框圖中。本實用新型提供的一種低成本寬頻便攜式掃頻 儀，包括供電模塊、微處理器模塊（MSP430F149單片機)、正交信號源模塊（AD9854芯片構(gòu)成 的DDS信號源)、寬頻AGC模塊（由THS3201構(gòu)成的兩級寬帶固定增益放大電路)、正交解調(diào) 模塊(模擬乘法器AD835)、信號調(diào)理模塊（0PA2227構(gòu)成的二階有源低通濾波器和ADS115構(gòu) 成的采集電路）及人機接口模塊。所述供電模塊分別與微處理器模塊、正交信號源模塊、寬 頻AGC模塊、正交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊連接；所述微處理器模塊與正交 信號源模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊連接；所述正交信號源模塊的兩個相互正交的 輸出信號通過兩個獨立寬頻AGC模塊分別與兩個正交解調(diào)模塊的輸入端連接；所述正交信 號源模塊的同相分量經(jīng)穩(wěn)幅再通過待測網(wǎng)絡(luò)后的輸出響應(yīng)同時連接到兩個正交解調(diào)模塊 的另一輸入端；獨立的兩個正交解調(diào)模塊的兩路直流輸出經(jīng)過信號處理模塊濾波、放大處 理后進行AD變換，送入微處理器模塊，最后利用零中頻正交解調(diào)技術(shù)的原理得到待測網(wǎng)絡(luò) 的幅頻特性和相頻特性。
[0016] 首先，使用者通過鍵盤選擇點頻或者掃頻工作模式，然后通過鍵盤置入頻率點或 者掃頻模式下的起止頻率范圍及步進間隔，DDS芯片AD9854在MSP430F149單片機控制下 按照給定的控制字和頻率字產(chǎn)生兩路正交的點頻或者掃頻信號，正交信號中的一路用于激 勵待測網(wǎng)絡(luò)，按照上述連接關(guān)系送入正交解調(diào)模塊AD835乘法器解調(diào)，得到的解調(diào)信號經(jīng) 低通濾波器得到同相分量和正交分量的直流信號，該直流分量經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換送入單片機內(nèi)進 行數(shù)據(jù)處理，計算得到相位和幅度，最后通過液晶顯示出幅頻特性和相頻特性曲線。
[0017] 本掃頻儀使用AD9854輸出的I、Q兩路正交信號實現(xiàn)正交解調(diào)。設(shè)正交信號源產(chǎn) 生的信號
巹被測網(wǎng)絡(luò)后的輸出為
則同相分量支路
[0019] 低通濾波后(假設(shè)濾波器對幅度的影響為C)
[0021] 類似的，得到正交分量支路： CN 204832341 U 說明書 3/3 頁
[0023] 低通濾波后(假設(shè)濾波器對幅度的影響為C)
(4)
[0025] 由⑵式和⑷式，可得相位
|。AD9854輸 出實際上是內(nèi)部DAC轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量化波形，因此需要加濾波電路進行平滑波形。
[0026] 寬頻AGC模塊采用兩級寬帶固定增益放大電路，圖2為寬頻AGC模塊原理圖。
[0027] 正交解調(diào)模塊如圖3所示。采用乘法器專用芯片AD835。它是一個電壓輸出四象 限乘法器，傳遞函數(shù)為W=XY+Z ;其帶寬高達250MHz，滿足ΙΚΗζ-ΙΟΟΜΗζ信號輸入的要求；且 其輸出噪聲典型值小，保證了輸出信號盡可能小的失真。此外AD835所需外圍電路少，配置 方便。信號經(jīng)乘法器和低通濾波后輸出的直流信號范圍在_1V~+1V，為保證送入單片機的 直流信號為正，必須在進行AD轉(zhuǎn)換前加 IV以上的直流偏置，本實施方式選擇在乘法器模塊 加125mV的直流偏置（即Z=125mV)，經(jīng)后級10倍的同相比例放大可滿足上述要求。
【主權(quán)項】
1. 一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于，包括供電模塊、微處理器模塊、正交信 號源模塊、寬頻AGC模塊、正交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊；所述供電模塊分 別與微處理器模塊、正交信號源模塊、寬頻AGC模塊、正交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊及人機 接口模塊連接；所述微處理器模塊與正交信號源模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊連接； 所述正交信號源模塊的兩個相互正交的輸出信號通過兩個獨立寬頻AGC模塊分別與兩個 正交解調(diào)模塊的輸入端連接；所述正交信號源模塊的一個分量經(jīng)寬頻AGC模塊穩(wěn)幅后再通 過待測網(wǎng)絡(luò)，得到的輸出響應(yīng)同時連接到兩個正交解調(diào)模塊的另一輸入端；所述正交解調(diào) 模塊的兩路獨立輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊處理后，送入微處理器模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述供電模塊采 用多端輸出的開關(guān)電源，所述開關(guān)電源提供±5V、土3. 3V四種輸出。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述正交信號源 模塊采用DDS芯片。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述寬頻AGC模 塊采用兩級寬帶固定增益放大電路；所述寬頻AGC模塊輸入信號為IOOMHz帶寬范圍、峰峰 值為400mVp-p的正交信號；所述寬帶固定增益放大電路由THS3201構(gòu)成的同相輸入放大電 路組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述正交解調(diào)模 塊采用模擬乘法器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述信號調(diào)理模 塊包括由高精度低噪聲運放構(gòu)成的二階有源低通濾波器和由16位高分辨模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu) 成的采集電路組成。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，其特征在于所述人機接口模 塊包括輸入子模塊和顯示子模塊，所述輸入子模塊與顯示子模塊分別采用矩陣鍵盤與液晶 顯示器。
【專利摘要】為快速準確測量寬頻譜范圍網(wǎng)絡(luò)的中低頻頻率特性，本實用新型提供一種低成本寬頻便攜式掃頻儀，包括供電模塊、微處理器模塊、正交信號源模塊、寬頻AGC模塊、正交解調(diào)模塊、信號調(diào)理模塊及人機接口模塊。該掃頻儀支持點頻與掃頻兩種模式測量給定網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，包括幅頻特性和相頻特性。其測量頻率范圍為1KHz-100MHz，掃頻模式下最小步進為100KHz。所述掃頻儀具有體積小、成本低、測量頻率范圍寬的優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用在教學(xué)、科研、生產(chǎn)施工等便攜式寬頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試場合。
【IPC分類】G01R23/02
【公開號】CN204832341
【申請?zhí)枴緾N201520615434
【發(fā)明人】錢瑩晶, 張仁民, 鄧志明, 魯尚華, 賓濤
【申請人】懷化學(xué)院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月15日