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哼~~,DIY仪器说明书也算DIY(3GHz接收机模式扫频仪DIY工程之二,慢慢写,慢慢连载,欢迎纠错) [复制链接]

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离线BD8AAA
 
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2012-02-04
我们n个ham组团diy仪器,技术上面俺最菜,只好躲在书斋里面喝墨水了~


kc901a 3ghz标网的说明书并非单纯介绍仪器的功能和操作方法。我们为爱好者打造这些仪器,就应该根据爱好者的需求搞好创新。

一本名为“用户手册”的射频测量入门教程由此拉开了编写的序幕……

要画狂多的图,郁闷中。。

在这本书的前言中写到:

“本手册将介绍很多关于频谱和网络分析的基础知识,我们希望kc901a协助您掌握射频测试的方法,这将非常有益于改善您的diy效率。如果您已经熟悉射频测试,那么完全可以无视这些介绍,但请留意手册中的警示。”

第一章涉及仪器的技术参数,由于有些指标能否稳定达标还不确定,所以这里先不帖出来。

手册的第二章介绍了仪器中各种缩写、符号的意义,例如:

kc901a采用英文系统,并大量使用射频测试领域通用的英文缩写。现对仪器中常用的缩略语加以介绍。

s参数是射频网络的散射参数。sab是指信号从b端口入射,经过射频网络之后,从a端口得到的出射量同入射量之间的幅度关系(在矢量分析中,还有相位关系)。

s11,是指信号从端口1入射,经过待测器件之后,在同一个端口(端口1)接收到的量与入射量的关系,通俗的讲就是待测器件把信号反射回端口1的能力,又称回波损耗,以db表示。在无线电通信中,一般将回波损耗换算成驻波比swr。swr=1.0即表示没有任何反射。

s21,是指信号从端口1入射,经过待测器件之后,在端口2接收到的量与入射量的关系,又称插入损耗或传输损耗(增益),用db表示。

分贝(db)是表示数量关系的一种方式,叫做对数表示法。对电压而言,每6分贝变化一倍,每20分贝变化十倍;对功率而言,每3分贝变化一倍,每10分贝变化十倍。

dbm是dbmw的简写,是功率单位。0dbm=1mw,30dbm就是指1000mw=1w。

dbμ是dbμv的简写,是电压单位。0dbμ=1μv,60 dbμ=1000μv=1mv,120dbμ=1v。

dbμ/m是场强的单位。在仪器中设置好接收天线的增益,仪器会自动计算出待测信号的场强。

我们的仪器采用50欧姆的特性阻抗。由于阻抗已知,所以只要知道了电压,就能用欧姆定律计算出功率,反之亦然。采用对数表示法,这种计算极为简便:0dbm=107dbμ(z=50Ω);dbμ=dbm+107(z=50Ω)。请务必记住这个极为重要的数量关系。

center是指仪器的中心频率,即显示屏中心线上的频率。

start是指显示的起始频率,相应的,stop是指终止频率。

span是指扫描宽度(又叫频率跨度),它等于终止频率减去起始频率。中心频率距离起始频率或终止频率,正好等于扫描宽度的一半。如果设置span=0,kc901a将只工作在中心频率,此时的谱图将转变为信号幅度的包络。

rbw是指分析带宽,它大约等于接收机或者回波检波器的中频滤波器的通频带带宽。

sweep是指扫描时间,它是kc901a从起始频率向终止频率扫描一次所经过的时间。

step是指仪器的步进频率(步长)。由于kc901a采用的是锁相环频率合成器,因此是以step为步距离散的进行扫描的。

如果span很大,而sweep又很小,仪器将没有能力以小于rbw的step进行扫描,就会漏掉跳过的频率,造成测量失准。因此,当span较大时仪器会自动加大sweep。如果您正好做一个对准确度没有要求的测试,可以手动减小sweep。此时,仪器会显示超差告警:uncal。

限制sweep的还有一个因素,就是分辨率滤波器的响应时间。kc901已经考虑了这个因素,并且在自动sweep模式确保足够长的扫描时间。当手动调节到不能满足准确测量的要求时,同样会显示超差告警。

当测试某些窄带晶体滤波器(例如500hz带宽的cw通信滤波器)的带外抑制度时,建议手动加大sweep。

ref一般称为参考电平。它是仪器显示图框最顶部那根线对应的电平值。如果ref=0dbm,那么如果谱峰刚刚到达最顶部,对应的信号电平就是0dbm。调节ref实际上是调节中频增益。ref越小,中频增益越大。当测试微弱信号时,应选择较小的ref;测试强信号时,应选择较大的ref。如果ref很小,而信号很强,就会造成中频过载。ref可以手动调节,也可以交给仪器自动调节。

range是测量范围。它是显示器显示的最大电平(=ref)和最小电平之间的差值,默认为80db。当测试双工器等插损变化很大的器件时,需要调大range;当测试放大器、电缆的带内平坦度时,应该调小range。

当range设置在大于80db(不含)的数值时,仪器会强行进入自动ref模式。如果您手动关闭了自动ref模式,仪器会自行将range调整到80db。

lev在kc901a中表示输出电平。跟踪源的输出电平有30db的可调范围(-20dbm~+10dbm)。当测试双工器、腔体滤波器等大功率器件和测试天线时,应选用最大的lev;测试放大器时,应适当减小lev。采用外接衰减器的办法调试接收机的灵敏度时,应采用最小的lev。

警告! kc901a最大可以输出10mw功率。外接天线时,可能对无线电业务产生有害干扰。因此请尽量缩短测量时间,不要随意扩大测试的频率范围。

……

(后面的还没开始写)

第三章通过实例介绍双工器、滤波器、天线的测试方法

第四章介绍测试元器件时匹配阻抗的方法以及其它一些扩展应用

第五章介绍用频谱功能查找干扰源的方法

第六章写什么,俺还没想好。。
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离线ba3dp
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3281
只看该作者 1楼 发表于: 2012-02-04
吹风的来了,沙个发。
离线bd2fw
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只看该作者 2楼 发表于: 2012-02-04
板凳
离线BG3TCU
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746
只看该作者 3楼 发表于: 2012-02-04
等续集。。。
离线zgj
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只看该作者 4楼 发表于: 2012-02-04
地板。。。。。。
离线bd7cv
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只看该作者 5楼 发表于: 2012-02-05
藤椅
离线梭鱼
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只看该作者 6楼 发表于: 2012-02-05
看了这个设计,似乎是用了两套同样的设备做的信号源和跟踪的本振,成本可不低啊。
不过这样的设计没弄成矢网真的是太可惜了:只要再加一路参考接收通道,再加上相位测量部分,就是个矢网了,也可以出完整的smith圆了!
离线BH7KVE
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1334
只看该作者 7楼 发表于: 2012-02-05
关注。。。。
离线BD8AAA
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4970
只看该作者 8楼 发表于: 2012-02-05
[quote=梭鱼]看了这个设计,似乎是用了两套同样的设备做的信号源和跟踪的本振,成本可不低啊。
不过这样的设计没弄成矢网真的是太可惜了:只要再加一路参考接收通道,再加上相位测量部分,就是个矢网了,也可以出完整的smith圆了![/quote]

期待大侠指教!
离线BD8AAA
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4970
只看该作者 9楼 发表于: 2012-02-05
续集来了。。

图还没画

第三章、测试前的准备

射频电路与低频电路的测试有显著不同。在测试低频电路时,我们可以用万用表测量任意两点之间的电压、电阻,可以根据需要任意用几根铜线连接测试电路……。当频率提高到一定程度,传统的低频测试方法要么会严重影响电路的工作,要么会带来无法接受的误差,甚至测试的结果与事实正好相反。错误的测试方法会将我们引向歧途,从而严重影响diy的成功率。来到射频世界,我们就必须准备专门的器材,使用专门的方法,才能得到正确的结果。

要点1 除了待测器件内部我们暂时鞭长莫及外,应使整个测试系统阻抗匹配。
  kc901a的标称阻抗是50Ω。在测试系统中,接插件、同轴电缆、外置衰减器、滤波器,直到待测器件的端口,阻抗应该都是50Ω。如果系统中有些不可替代的器件不是50Ω阻抗,就需要进行匹配,让它们的端口变换到50Ω。否则这些器件就会引起较大的驻波,产生难以预料的损耗,导致测试结果不能真实反映待测器件的特性。

  尽量不要使用破损的电缆,必须使用适当的同轴接插件来连接同轴电缆。不要试图用铜丝、鳄鱼夹之类物品连接测试系统,切莫通过分别焊接芯线和屏蔽层的办法来将断开的同轴电缆连接在一起——除非您正在打仗,敌人已经扑到跟前而请求增援的信号还没发出……。这些连接方法不但阻抗偏离甚远,还能起到天线的作用。

(左图 错误的连接方法) (右图 正确的连接方法)

  各种同轴接插件都有它的适用频率范围,不同质量的接插件能用到的最高频率也不同。kc901a配置的是n型插座,与之相配的插头如果买成10块钱,一般能用到5ghz左右,对于我们的测试已经足够了。m型或sl16型接插件在质量很好的前提下,也只能用到500mhz左右,要尽量避免使用。质量上乘的bnc或q9型接插件可以适用到2ghz,在多数情况下可以使用。

  有时需要测试pcb板上的电路,这时要尽量避免对待测电路的影响。如果待测电路阻抗很低,倒是可以尝试一下直接测试。否则,应当采用专门的探头或者制作专门的夹具。

  对于老手来说,往往并不要求阻抗必须匹配,而是更关心测试结果对要解决的问题而言是否有意义。

警告 kc901a的端口允许短时间承受最高5v的直流和低频电压。如果超过5v或时间较长,会损坏仪器。

要点2 运用各种可能的方法校准测试系统。

kc901a在出厂时已经进在自己的端口上进行了校准。但是待测器件一般不能直接连接到仪器端口,必须通过一定长度的电缆和足够数量的接插件,电缆和接插件会引入插入损耗或者带来驻波。另外随着温度的变化以及时间的推移,仪器的性能会在一定范围内改变,如果仅依赖出厂校准,会造成较大的测试误差。

s21测试前的校准

如果待测器件轻小,允许使待测器件的一个端口直接连接在仪器上(虽然这不是一个好习惯)。当需要同时测试回波损耗时,尽量连接在仪器的输出端口。在这种情况下,只需要增加一根射频电缆即可组成测试系统。如果待测器件较大或者接插件的型号恰好不匹配,就需要用到两根射频电缆。

对于使用一根电缆的情况,在测试开始前,应当将这根电缆直接跨接在仪器的两个端口上( 图 ),并执行软件校准操作。如果使用两根电缆,请用一个质量较好的接插件将他们连接在一起,然后跨接在仪器的两个端口上( 图 ),执行软件校准。

软件校准的操作步骤如图( 图 )所示。

如果一个系统中有多根在不同地方串联的电缆,可以把他们全部串联起来进行一次校准。

测试放大器时,应在放大器的输出端口串联衰减器。如果这种放大器增益较大或适用于微小信号,还应该在它的输入端串联衰减器。在做这种测试之前,请把所有衰减器和电缆串联在一起执行校准操作。

软件校准的参数会保存在仪器中。下次开机时将默认使用上一次的校准参数。如果对该参数进行清除操作( 图 ),则会代之以出厂校准值。

注意 不论center和span设置为多少,kc901a的每次校准都会对整个覆盖频率进行修正。如果您习惯于使用上一次的校准参数,当心在某次进行特殊的曲线校准之后忘记清除校准值,而在下次测试时上当受骗。

如果仅做定性的观察,允许不做测试前校准。

s11的测试前校准

s11功能默认显示驻波比(swr)。kc901a在设计上考虑了后期校准驻波比的难度,如果您关心的待测驻波比在3.0以内且待测端口直接连接在仪器上,则允许省去测试前校准。如果您关心的驻波比数值超出上述范围,或者对1.5以内驻波比的测试精度有较高要求,或者通过很长的电缆来测试一个器件,则应当进行校准。

为了校准s11,需要您准备一只质量非常好的50Ω标准负载,swr>50的开路器和短路器各一只。首先在kc901a的输出端口上接标准负载(如果采用了电缆,则应连接在电缆的输出口),将swr=1的曲线校准( 图 )。然后依程序接上开路器和短路器,校准swr=∞的曲线( 图 )。

即使对电缆的另一端进行了校准,通过长电缆来测试一个器件(例如天线)的s11也是不推荐的。当驻波本来就比较小的时候,这样做会大大增加读数的误差。
离线yuhang
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1803
只看该作者 10楼 发表于: 2012-02-05
[quote=梭鱼]看了这个设计,似乎是用了两套同样的设备做的信号源和跟踪的本振,成本可不低啊。
不过这样的设计没弄成矢网真的是太可惜了:只要再加一路参考接收通道,再加上相位测量部分,就是个矢网了,也可以出完整的smith圆了![/quote]


现在就等大哥的矢网了

其余的都看不上眼
离线梭鱼
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589
只看该作者 11楼 发表于: 2012-02-05
'
现在就等大哥的矢网了
其余的都看不上眼
'

正在全力折腾中,争取2月底上架!!!但限于本人的机加工艺水平,只能保证性能,不能保证内饰了!!!
离线BD8AAA
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4970
只看该作者 12楼 发表于: 2012-02-05
[quote=梭鱼]看了这个设计,似乎是用了两套同样的设备做的信号源和跟踪的本振,成本可不低啊。
不过这样的设计没弄成矢网真的是太可惜了:只要再加一路参考接收通道,再加上相位测量部分,就是个矢网了,也可以出完整的smith圆了![/quote]

说是这么说,做起来可不简单,至少得几个博士折腾半年的。。按照俺们对成品的最低要求,现在成本还解决不下5k元,价格太高必然无人问津,所以暂时不打算面向ham推出矢量产品。希望大侠早点出套件,造福ham。。
离线梭鱼
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589
只看该作者 13楼 发表于: 2012-02-05
在中国,“博士后”都能成为一个头衔,博士们究竟能有啥出息就可想而知了。
按你现在的机器结构,改进成矢网,硬件上再增加的成本不会超过100元,可矢网与标网的价值差别远在100元以上,真的是很可惜。
离线BD8AAA
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4970
只看该作者 14楼 发表于: 2012-02-05
改矢量测试意味着器件选型和工艺指标都会大变,暂时没这水平。我也觉得很可惜,可是有啥办法呢?
离线bg3et
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492
只看该作者 15楼 发表于: 2012-02-05
guanzhu关注中
离线hellocqq
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30
只看该作者 16楼 发表于: 2012-02-05
真的玩标网,矢网仪器的业余的有多少呢?就算有了也就新鲜一会.
专业的也没多少时间开机,除非要搞生产.
再说了,这个要到3g,性能高不高低不低.
还不如弄个二手设备一步到位.
出的起几k元玩的不是骨灰级的,就是老板级的了吧,还差那个钱?
不如多看ebay,弄个故障机玩更有趣.
离线BD8AAA
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4970
只看该作者 17楼 发表于: 2012-02-06
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真的玩标网,矢网仪器的业余的有多少呢?就算有了也就新鲜一会.
专业的也没多少时间开机,除非要搞生产.
再说了,这个要到3g,性能高不高低不低.
还不如弄个二手设备一步到位.
出的起几k元玩的不是骨灰级的,就是老板级的了吧,还差那个钱?
不如多看ebay,弄个故障机玩更有趣.
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老兄“山寨的dg8saq的1k-1.3g vna”很不错嘛,卖出去多少?
离线BA7KW
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16344
只看该作者 18楼 发表于: 2012-02-06
我想订一套支持一下,就按科创的链接支付吧!

另外发个注册邀请码给我好吗?
离线hellocqq
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30
只看该作者 19楼 发表于: 2012-02-06
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老兄“山寨的dg8saq的1k-1.3g vna”很不错嘛,卖出去多少?
'

都是问的人多,真想要的人少。
估计1k人民币以下想要的会比较多。
现在什么都是透明的,成本大家都算的出。
然后购买的希望你用成本价卖。
中国能人多,但不尊重技术人员的技术成果。
打个比方。
做vna的技术含量是比较高,
可是一台賺1k元,购买的觉得高了。这个时候你还卖不上量。等你有一点量,普天盖地仿制的来了。然后价格战。
还不如弄个2.4g天线,赚几快钱来的快。量大又好做。