網絡分析儀在濾波器測試中的應用

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

網絡分析儀在濾波器測試中的應用

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

為解決某型非標準阻抗濾波器由于測試系統老化帶來的測試問題，利用網絡分析儀實現了濾波器的測試。介紹了舊測試系統與網絡分析儀的測試原理和它們之間的區別，闡述了網絡分析儀Agilent E5071C替代頻率特性測試儀BT-3、信號源XFC-6、超高頻毫伏表QF2270、頻率計8000C四臺儀表測試濾波器的實現方法。實驗證明，用網絡分析儀測試數值一致性好、操作簡單、精度高、減少了工作量、提高了生產效率。

頻率特性測試儀；網絡分析儀；濾波器；測試

0 引言

為解決濾波器測試問題，對現有儀表功能和主要技術指標進行分析后，采用矢量網絡分析儀Agilent E5071C對濾波器進行了測試。

1 兩種測試系統的工作原理

1.1 原測試系統工作原理

原測試系統由頻率特性測試儀BT-3、信號源XFC-6、超高頻毫伏表QF2270、頻率計8000C及測試工裝組成，信號源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計相互配合，可完成濾波器6dB帶及20dB帶寬指標測試，并可觀察濾波器輸出波形。

1.2 矢量網絡分析儀工作原理

矢量網絡分析儀由信號源、功率分配器、信號分離器、接收機和顯示系統組成，如圖1所示。

圖1 矢量網絡分析儀的組成框圖

信號源為網絡分析儀系統提供激勵源；功率分配器對信號源的功率進行分配，一路輸出信號送到被測件輸入端口，另一路輸出信號作為參考信號進

行S參數的計算；信號分離器分離被測件輸入端口的入射波和反射波；接收機接收參考信號、反射信號和傳輸信號，并下變頻為中頻信號，對中頻信號進行檢測，得到其幅度和相位值，以便于測量和控制單元進行測量參數的計算；顯示系統在屏幕上顯示測量波形及參數。

1.3 兩種測試系統的比較

原測試系統（信號源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計）與矢量網絡分析儀（配套高阻探頭）都是測試網絡的幅頻特性，二者測試原理基本相同。兩種測試系統的讀取方式不同，信號源、超高頻毫伏表、掃頻儀在頻率計的配合下人工讀出輸出信號幅度和頻率值；網絡分析儀則顯示的是濾波器輸出波形，通過內部計算得到被測網絡的傳輸損耗、帶寬等指標，并顯示到屏幕上，測量結果更為直觀。

2 測試方法

2.1 原測試系統測試方法

第一步“中心頻率偏差、6dB帶寬、通帶內不平度”測試時，調節信號源的頻率在75 MHz±0.01 MHz，并調節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的比值的相對值為6dB時，讀出頻率計顯示的頻率f1、f2，中心頻率由公式f0= （f1+ f2）/2計算得出，6dB帶寬由f2、f1相減得出。通帶內不平度測試時，調節信號源的頻率在f1～f2范圍內變化，記下輸出電壓的最大峰值、谷值，再計算不平度。

第二步 “傳輸損耗”測試時，將開關打至R2位置，測試的是信號源的頻率在75 MHz±0.01 MHz時濾波器輸入端電壓和輸出端電壓，然后計算相對值。

由此可以看出，第一步和第二步測試的是濾波器輸出信號的電壓值，無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，測試時需要同時兼顧3臺儀表的操作或讀數。

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

第三步 “20dB帶寬”指標測試時，需使用BT-3的外頻標功能，讀出濾波器信號衰減20dB時的兩個頻率f3、f4，20dB帶寬由f4、f3相減得出。此時可通過BT-3的顯示屏幕觀察到波形。

調試時，分為粗調和細調，通過BT-3粗略地測試帶寬及不平度，并可觀察濾波器輸出波形，操作較為復雜。

2.2 網絡分析儀測試方法

用網絡分析儀測試時，配備高阻探頭，即可實現濾波器的測試。測試連接框圖如圖2，等效負載電路圖如圖3，其中C1是濾波器諧振回路的一部分。

設置網絡分析儀的帶寬值，即可測出濾波器的-6dB帶寬、-20dB帶寬和傳輸損耗等指標。

圖2 網絡分析儀測試連接框

圖3 濾波器專用負載電

3 20dB帶寬超差原因分析

兩種測試系統對比測試過程中，新測試系統測試的15部濾波器的20dB帶寬測試數據均出現偏大現象，差值最大0.16MHz，2部濾波器指標超差，13部符合技術要求。為查找20dB帶寬指標超差原因，從以下三個方面進行分析。

3.1 新系統20dB衰減器的精確度高

3.2 兩種系統現狀比較

原測試系統因使用三十多年，其測試儀表、配套電纜及工裝本身的磨損、老化等都帶來一定的系統誤差。比如測試20dB帶寬時，頻標不能夠聚焦清晰顯示，數據讀取變得比較困難，不同的操作者讀取的數據會存在較大的差別。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，所以在測試系統性能變差的情況下，測試誤差會比較大。

而新測試系統為新購置的儀表先進，穩定性好，測試精度高，整個測試過程為儀表自動測量，不存在人員因素的影響，系統誤差較小，故新系統測試值更準確。

3.3 定義法驗證

根據濾波器20dB帶寬的定義，用定義法驗證新系統20dB帶寬測試的準確性。

選用信號源SMB100A及超高頻毫伏表QF2270，在75 MHz時，信號輸出電壓設為300mV，對5部濾波器在輸出電壓為30mV時的信號頻率進行記錄，計算20dB帶寬值，得出新測試系統的測試結果與用定義法測試的結果是比較一致的，差異0.02 MHz～0.044MHz，微小的區別僅是儀表之間的差別。此試驗進一步驗證了新測試系統測試結果更準確，因此認為新測試系統的測試結果是真實準確的。

4 結束語

用網絡分析儀替代信號源、掃頻儀、超高頻毫伏表及頻率計4臺儀表完成了濾波器的測試，測試精度高，減少了人為讀數帶來的誤差，簡化了操作方法，提高了生產效率。

【1】王云霞，尹秋艷，張艷.同軸接頭時域反射特性的頻域測量方法研究[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

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