基于VISA-COM的网络分析仪远程测试平台设计

文常保， 姜燕妮， 杨 窕， 李演明， 巨永锋

(长安大学 电子与控制工程学院 微纳电子研究所， 陕西 西安 710064)



基于VISA-COM的网络分析仪远程测试平台设计

文常保， 姜燕妮， 杨 窕， 李演明， 巨永锋

(长安大学 电子与控制工程学院 微纳电子研究所， 陕西 西安 710064)

针对网络分析仪远程测试的局限及实验教学远程测试的需求问题，提出了一种基于VISA-COM的网络分析仪远程测试平台，包括预处理模块、实验测试模块以及生成文件模块。通过LAN通信接口设备，搭建VISA-COM函数库的PC机发送SCPI远程程序控制指令，从而控制网络分析仪完成仪器测量过程。以中心频率为101.764 MHz的声表面波器件的远程测试为例，对网络分析仪远程测试平台的可行性进行了验证。结果表明,该网络分析仪远程测试平台可实现网络分析仪的远程连接、校准、测量分析与数据和图像的远程保存。此外，该远程测试平台还实现了对测试对象的标记分析、极限分析和比较分析。

VISA-COM； LAN通信接口； 远程测试平台； 声表面波器件

0 引 言

网络分析仪能够在宽频带范围内对反射系数、电压驻波比、衰减、相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等参数进行测量[1-2]，因此，在射频、微波等测试领域得到了广泛应用。

然而，由于网络分析仪功能强大且精度高所以价格相对昂贵，测试环境要求也比较苛刻，使其应用范围和场合受到了很大的局限[3-5]。同时，随着信息技术的飞速发展，以及实验、研究人员对于远程测试需求的不断增加，实现网络分析仪的远程测试对于实践教学和科学研究来说都具有十分重要的意义[6-11]。

结合组件对象模型的虚拟仪器软件体系结构(Virtual Instrument Software Architecture-Component Object Model,VISA-COM)是一种利用所包含的丰富接口协议来解决多种仪器间通信的新兴技术[12-13]。这种技术将可编程仪器的(Standard Commands for Programmable Instruments,SCPI)标准命令与仪器通信总线连接，实现对仪器的程序控制。同时，VISA-COM可以同时支持C++、VB、Java、Delphi等多种高级语言开发，具有较强的移植性、可扩性和兼容性。因此，被包括HP、Tektronix、Fluke、NI、Philips、Agilent和Wavetek等多家世界著名仪器厂家应用到仪器总线的程序控制方面[14-15]。

正是基于网络分析仪远程测试的需要，以及VISA-COM可以通过LAN接口通信设备进行远程程控的特点，将VISA-COM技术应用于网络分析仪的远程测试成为可能。本文结合SCPI程序控制命令，在Agilent E5062A网络分析仪上设计并实现了一种基于VISA-COM的网络分析仪远程测试平台。

1 网络分析仪远程测试平台结构

网络分析仪远程测试平台主要包括预处理模块、测试模块和生成文件模块。测试平台上的远程用户端通过LAN接口设备与实验室仪器端进行数据通信。测试人员通过调用包含三大模块的主程序控制网络分析仪完成对待测器件DUT(Device Under Test)的相关实验过程。其远程测试平台结构图如图1所示。

图1 远程测试平台结构图

预处理模块用来实现测试平台与网络分析仪的连接，是开始测试实验前必要进行的初始化工作。其主要功能包括：远程用户端PC机登录填写个人信息、登录界面；完成与实验室仪器端网络分析仪的设备连接；对所连接的仪器进行测量校准。其中，PC机与网络分析仪设备连接成功是远程测试平台建立并实现测试的前提，并且，对网络分析仪进行测量校准是保准测试结果准确的必要步骤。

测试模块是远程测试平台的核心部分。主要功能包括测量设置及测试实验两大部分。测量设置包括系统重置按键及对测量中需要设定的S参数、测量项目类型、中心频率、带宽、扫描功率范围和中频带宽共7个参数进行设置，系统重置将测量仪器参数初始化，恢复到仪器默认值，参数设置是根据不同测试要求完成对测量仪器的参数设定。测试实验设计完成不同的实验项目，如对DUT进行的频率响应特性实验和史密斯阻抗特性测量实验等。

测量参数中，S参数是用于评估远程测试平台上的双端口器件发射信号和传送信号的性能参数，包括S11、S21、S12、S22共4个散射参量。S11为网络分析仪端口2匹配时，端口1的反射系数；S21为端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数；S12为端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；S22为端口1匹配时，端口2的反射系数。4个S参数对双端口器件的传输和反射特性给出清晰的物理解释，对应的散射矩阵为:

式中:a1、a2分别为网络分析仪端口1、端口2的出射波信号;b1、b2是经过双端口器件传输和反射后端口1、端口2的入射波信号。

生成文件模块的主要功能是完成对测试结果图像的显示、测试数据的存储以及测量文件的保存和导出。测试人员可从文件中选择所需要的数据完成对实验报告的撰写或对实验结果进行进一步处理和分析。

2 基于VISA-COM的远程测试平台设计

远程用户端上搭建的网络分析仪远程测试平台可以自助运行，测试人员在友好的平台界面下通过点击鼠标完成网络分析仪的连接、测试，及对实验数据及图像文件进行保存及导出。

2.1 预处理模块设计

预处理模块完成平台初始登录界面显示及与程控仪器的设备连接功能，包括客户端登录(CL)、设备连接(IC)及测量校准(MC)三部分，如图2所示。

测试人员登录远程测试平台，首先需进行设备连接，建立网络分析仪与PC机的通信通道。对设备连接部分的设计流程为首先定义设备类型，建立资源管理器以及初始化。其次发送相应的SCPI命令，建立通信通道，连接成功，退出，否则提示连接出错。设备连接部分的关键代码实例如下：

W = Combo1.ListIndex

If W = 0 Then

Set Age506x.IO = ioMgr.Open("TCPIP::192.168.1.66::inst0::INSTR")

ElseIf Len(Combo1.Text) Then

hosthome = Combo1.Text

Set Age506x.IO = ioMgr.Open("hosthome")

End If

图2 预处理模块结构图

测试校准部分的设计包括校准类型、校准套件及保存状态，如图2所示。校准类型囊括了网络分析仪所有的校准方式。校准套件设置采用组合控件，包括了85032F及85033E两种常用的校准套件。保存状态保存校准后的状态，设置了保存类型及保存路径，测试人员可直接调用已保存的状态，免除重复校准的繁琐过程。测量校准部分设计程序采用调用子函数的方式进行，子函数包括了开路校准、短路校准、传输校准等多个校准类型。开路校准子函数关键部分程序设计如下：

Sub Cal_Open(Port As String)

Dim Dummy As Variant

Age506x.WriteString":SENS1:CORR:COLL:METH:OPEN " & Port & vbLf, True

MsgBox "Set OPEN to Port " & Port & ". Then click [OK] button"

Age506x.WriteString":SENS1:CORR:COLL:OPEN " & Port & vbLf, True

Age506x.WriteString "*OPC?" & vbLf, True

Dummy = Age506x.ReadString

Call ErrorCheck

End Sub

2.2 测试模块及生成文件模块设计

测试模块是网络分析仪远程测试平台的重要组成部分，对测量参数设置的设计采用组合框设计方法，不仅可以选定预先设定的数据，而且可以自主输入数值。

测试实验的类型包括幅频、相频和阻抗三大类型实验，幅频实验选择控件为“Log Mag”，相频实验选择控件包括“Phase”和“Group Delay”，阻抗实验选择控件有“mith-Lin/Phase”“Smith-Log/Phase”“Smith-Real/Imag”“Smith-R+jX”及“Smith-G+jB”5个实验类型。测试模块及生成文件模块的设计流程如图3所示。

图3 测试及生成文件模块设计流程图

对测量设置部分的设计是首先定义所需变量，然后用条件语句来判断用户设置和输入的数据，将输入的数据保存复制于一个已定义的变量，如StartVal，将其与SCPI控制命令结合控制网络分析仪进行参数设置。默认参数的设置编程主要代码如下：

Age506x.WriteString"SENS1:BAND 30000", True

Age506x.WriteString":SENS1:SWE:POIN 400", True

Age506x.WriteString":CALC1:FORM MLOG", True

Age506x.WriteString":SENS1:FREQ:CENT " + StartVal, True

Age506x.WriteString":CALC1:PAR1:DEF S21", True

Age506x.WriteString":SOUR1:POW:ATT 0", True

Age506x.WriteString":SENS1:FREQ:SPAN " + StartVal, True

测试实验及生成文件设计部分主要通过计算机向网络分析仪发送SCPI命令，远程控制网络分析仪完成相应的幅频、相频及阻抗实验，并且对测量结果进行标记、极限分析及比较分析，最后将测量数据和图片等进行显示和保存。关键代码如下：

Age506x.WriteString":SENS1:FREQ:DATA?"，True

FreqData=Age506x.ReadIEEEBlock(BinaryType_R8，False，True)

Age506x.WriteString":CALC1:DATA:FDAT?", True

ReadData=Age506x.ReadIEEEBlock(BinaryType_R8 False, True)

3 平台测试及结果分析

为了验证网络分析仪远程测试平台的可行性，以一种中心频率为101.764 MHz的声表面波器件的远程测试实验为例进行说明。

远程用户端登录该测试平台后，首先进行设备连接，即将网络分析仪的IP地址与PC机进行连接，完成设备连接运行界面及连接成功提示界面如图4所示。

对实验室仪器端网络分析仪的远程校准主要完成校准类型、校准套件、校准端口的选择及校准状态的保存。测试中选择85032F校准套件进行双端口校准。双端口校准对测量仪器端口1和端口2分别进行开路校准、短路校准、负载校准以及传输校准，减少仪器测量误差。依据远程测试平台提示，测试人员逐步完成对仪器的校准过程。远程测试平台完成校准过程的测试图如图5所示。

图4 设备连接运行及连接成功提示界面

图5 校准运行界面图

对声表面波器件的幅频、相频及阻抗三大测量类型中，选择完成对声表面波器件的幅频传输特性S21进行测试。将声表面波器件接入网络分析仪测试端口，首先完成测量参数的设置，运行界面如图6所示。

图6 测量参数设置运行界面图

点击OK，远程测试平台进行实验，同时测量结果图形及数据会实时动态显示在PC机屏幕上，如图7所示。

图7 远程测试平台测试图

声表面波器件的传输特性在中心频率101.764 MHz时损耗最小，测试人员可以设置保存类型及保存路径，点击Save按键，从而对测量结果进行保存，方便进一步实验分析，如图8所示。数据处理是对在不同频率下扫描点的声表面波器件各项参数的响应值进行输出显示、保存、传输。如图9所示，测量数据以Excel列表形式显示，输入保存文件名及保存路径，测量数据保存。

图8 幅频传输特性测量界面

图9 测试数据显示保存运行界面

利用该远程测试平台，可以对测量的结果进行分析，包括标记分析、极限分析及比较分析。通过点击远程测试平台相应菜单及按键，完成对声表面波器件的测量结果分析。

测试人员可以通过标记分析对声表面波器件测量功率范围内的任意一点进行标记计算，在Frequency处输入频率，点击Maker按键，就会显示相应频率处的响应值，多次输入会累积频率和响应值，如图10所示。添加导出路径，可通过Export按键将多次标记结果导出保存。

图10 标记分析运行界面

在极限分析运行框内输入对应值，完成对声表面波器件传输特性的鉴定，对损耗过大的声表面波器件进行筛选，并对没通过极限测试的扫描点进行导出保存，如图11所示。对声表面波器件的比较分析是对不同测量类型的实验进行结果比较，单窗口分析更易观察每一频率点处传输损耗与对应S11反射损耗值。由图12可以看出，声表面器件中心频率点处反射损耗最大，值为-72.36 dB，此时传输损耗最小，值为-27.532 dB。

图11 极限分析运行界面

图12 比较分析单窗口运行界面

4 结 语

本文开发了一种应用于Agilent E5062A网络分析仪的远程测试平台。通过网络分析仪远程测试平台将网络分析仪硬件资源与PC机软件资源进行有效结合，实现了网络信息时代远程仿真、测试以及实验数据保存一体化过程，减少了测试工作量，降低了实验成本。远程测试平台可进一步完善应用于其他实验项目，为教学及研究提供更加高效、便利的信息化平台。

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Remote Measurement Platform of Network Analyzer Based on VISA-COM

WENChang-bao,JIANGYan-ni,YANGTiao,LIYan-ming,JUYong-feng

(Institute of Micro-nanoelectronics, School of Electronics and Control Engineering, Chang’an University，Xi’an 710064， China)

In order to solve the limitation of remote measurement on network analyzer and the demand of remote measurement problems in experimental teaching, a remote measurement platform of network analyzer based on VISA-COM is proposed. There are three functional modules in the remote measurement platform which are the pretreatment module, the testing module and the file generated module. The PC with VISA-COM library sends SCPI remote program control order to control the experiments of network analyzer via to the LAN communication interface equipment. A remote measurement of SAW device with the center frequency of 101.764 MHz is experimented to verify the feasibility of platform. The experimental results confirm that the remote network platform can realize the remote connection of network analyzer, the calibration, the measurement analysis and the remote storage of data and images. Furthermore, the remote measurement platform completes the marker analysis of the measuring object, the limit analysis and the comparative analysis.

VISA-COM; LAN communication interface; remote measurement platform; surface acoustic wave (SAW) device

2016-01-20

国家自然科学基金资助项目(60806043)；陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2015JM6271)；陕西高等教育教学改革研究项目(15BY23)。

文常保(1976-)，男，山西运城人，博士/博士后，教授，主要从事真空微纳电子器件、信息处理器件及传感器的研究。

Tel.：15902962067； E-mail：estlab@chd.edu.cn

TP 391; G 311; TN 65

A

1006-7167(2016)09-0054-05