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矢量网络分析仪扩频技术研究

作　者: 孙志为
导　师: 羊恺
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 矢量网络分析仪(VNA) 毫米波扩频校准虚拟仪器软件架构(VISA)
分类号: TM935
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着毫米波技术的迅速发展和应用,对测量仪器的频率要求越来越高。矢量网络分析仪(VNA)是微波毫米波技术中最重要的仪器之一,实现其在毫米波段的精确测量,对毫米波技术的发展和应用有着重要意义。本论文研究了基于安捷伦8720ET 20GHz矢量网络分析仪的26.5-40GHz扩频技术中的一些关键问题。该技术采用一种新的下变频方式,既达到了毫米波段的宽带要求,又避免使用宽带谐波混频器,大大降低了整体成本。扩频模块直接连接在VNA的测量端口,实现Ka波段标准波导接口的测量,而不要求仪器本身具有毫米波测量功能,具有较好的通用性。扩频模块中的倍频和变频器件采用商业MMIC芯片,信号分离器件采用自行设计的宽带高方向性波导定向耦合器。测量操作时本振信号源和VNA的同步扫频由PC机上的程序控制,该程序使用Visual Basic按照VISA标准编写,通过USB/GPIB连接线与VNA通信,具有较高的可移植性。还编写了单端口校准和简化的TRL校准算法,并制作了TRL校准波导标准件,用于扩频后测量系统的校准。实验中将安捷伦8720ET矢量网络分析仪扩频为Ka波段单端口测量系统原型,其端口最大输出功率为15dBm,最大输入功率为31dBm,在26.5-40GHz系统校准后有效测量范围达到30dB以上。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-12
  1.1 毫米波矢量网络分析仪的发展和现状  8-10
  1.2 本论文的研究内容  10-12
第二章微波网络分析  12-19
  2.1 等效电压电流和阻抗  12-15
  2.2 阻抗和导纳矩阵  15-17
  2.3 散射矩阵  17-18
  2.4 散射矩阵与阻抗（或导纳）矩阵的转换  18-19
第三章矢量网络分析仪原理  19-32
  3.1 矢量网络分析仪的结构  19-23
    3.1.1 信号源  20-21
    3.1.2 信号分离器件  21-22
    3.1.3 接收机  22-23
  3.2 矢量网络分析仪的校准  23-32
    3.2.1 误差的产生及其分类  23-26
    3.2.2 单端口校准  26-27
    3.2.3 双端口SOLT 校准  27-29
    3.2.4 双端口TRL 校准  29-32
第四章矢量网络分析仪扩频测量系统设计  32-63
  4.1 矢量网络分析仪扩频方案比较  32-35
  4.2 矢量网络分析仪扩频方案设计  35-42
    4.2.1 新的变频方式  35-39
    4.2.2 本文的扩频方案  39-40
    4.2.3 扩频方案的仿真  40-41
    4.2.4 扩频后系统的校准  41-42
  4.3 扩频测量系统的软件设计  42-53
    4.3.1 通过VISA 与仪器通信  43-44
    4.3.2 仪器的程序控制  44-46
    4.3.3 单端口校准算法  46-48
    4.3.4 双端口TRL 校准算法  48-51
    4.3.5 网络分析仪与本振源的频率控制  51
    4.3.6 测量结果的显示  51-53
  4.4 扩频测量系统的关键硬件设计  53-63
    4.4.1 微带-波导过渡的设计  53-56
    4.4.2 波导多孔定向耦合器的设计  56-60
    4.4.3 其他器件的设计  60-63
第五章扩频测量系统的测量和分析  63-71
  5.1 校准算法的测量和分析  63-65
    5.1.1 单端口校准算法的测量和分析  63-64
    5.1.2 自制TRL 标准件的测量和分析  64-65
  5.2 扩频测量系统关键器件的测量和分析  65-67
    5.2.1 微带-波导过渡的测量和分析  65-66
    5.2.2 波导多孔定向耦合器的测量和分析  66-67
  5.3 扩频测量系统的系统测量  67-69
  5.4 扩频测量系统测量结果分析  69-71
第六章结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
攻读硕士期间取得的研究成果  75-76

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