阻抗匹配電路在濾波器測(cè)試中的應(yīng)用

摘要 為解決掃頻儀日趨老化帶來(lái)的某型非標(biāo)準(zhǔn)阻抗濾波器測(cè)試問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)阻抗轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)濾波器的測(cè)試。介紹了掃頻儀與網(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HP E5100B替代掃頻儀JW1252W測(cè)試濾波器的實(shí)現(xiàn)方法，以及阻抗匹配電路的原理及其在濾波器測(cè)試中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀測(cè)試數(shù)值一致性好、操作簡(jiǎn)單、精度高、減少了工作量、降低了成本。
關(guān)鍵詞 掃頻儀；網(wǎng)絡(luò)分析儀；濾波器；阻抗匹配

某型導(dǎo)航設(shè)備帶通濾波器為20世紀(jì)80年代初設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品，輸入輸出阻抗為非50 Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗，工作頻率150～1 749 kHz，分為I～Ⅵ這6個(gè)波段，配套的測(cè)試儀表——掃頻儀JW1252W由于年代久遠(yuǎn)，器件老化，故障率高，經(jīng)常延誤生產(chǎn)進(jìn)度。為尋求可替代的儀表進(jìn)行濾波器測(cè)試，對(duì)現(xiàn)有儀表主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析后，選用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀HP E5100B對(duì)濾波器進(jìn)行了測(cè)試。

1 兩種儀表的工作原理
1．1 掃頻儀工作原理
掃頻儀由掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻率標(biāo)志電路、顯示器及外部檢波探頭組成，如圖1所示，掃頻信號(hào)發(fā)生器是正弦信號(hào)發(fā)生器，為掃頻儀提供激勵(lì)源。頻率標(biāo)志電路產(chǎn)生具有頻率標(biāo)志的圖形，以便于測(cè)量者能在熒光屏上直接讀測(cè)出某一點(diǎn)的頻率值或某一段曲線的頻率絕對(duì)值，顯示器實(shí)際是一個(gè)工作于X—Y方式的示波器，顯示測(cè)量波形。

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2所示。

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)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 兩種儀表的區(qū)別
掃頻儀與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，二者測(cè)試原理基本相同。兩種儀表的輸入輸出阻抗50 Ω，掃頻儀輸出端用高阻探頭進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)件的輸出阻抗不影響測(cè)試值。由于配套網(wǎng)絡(luò)分析儀的高阻探頭低端頻率只能覆蓋到300 kHz，不能滿足測(cè)試要求，市面上配套網(wǎng)絡(luò)分析儀的低頻高阻探頭已瀕臨淘汰，而且價(jià)格昂貴，因此采用阻抗轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)濾波器的測(cè)試。由于網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出端用50 Ω高頻電纜進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)件的輸出阻抗必須為50 Ω，否則影響測(cè)試的真實(shí)性。解決網(wǎng)絡(luò)分析儀的阻抗匹配問(wèn)題，是用網(wǎng)絡(luò)分析儀替代掃頻儀的關(guān)鍵。
兩種儀表的顯示方式不同，掃頻儀顯示的是包絡(luò)信號(hào)，通過(guò)移動(dòng)頻標(biāo)可從頻率顯示窗口上讀出所需頻率值；網(wǎng)絡(luò)分析儀則顯示的是信號(hào)源經(jīng)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)后的波形，通過(guò)計(jì)算得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的頻率值，并顯示到屏幕上，測(cè)量結(jié)果更直觀。