网络分析仪在滤波器测试中的应用

李金红，李海平，汶迎春(陕西凌云电器集团有限公司计量处，陕西宝鸡,721006)

网络分析仪在滤波器测试中的应用

李金红，李海平，汶迎春
(陕西凌云电器集团有限公司计量处，陕西宝鸡,721006)

为解决某型非标准阻抗滤波器由于测试系统老化带来的测试问题，利用网络分析仪实现了滤波器的测试。介绍了旧测试系统与网络分析仪的测试原理和它们之间的区别，阐述了网络分析仪Agilent E5071C替代频率特性测试仪BT-3、信号源XFC-6、超高频毫伏表QF2270、频率计8000C四台仪表测试滤波器的实现方法。实验证明，用网络分析仪测试数值一致性好、操作简单、精度高、减少了工作量、提高了生产效率。

频率特性测试仪；网络分析仪；滤波器；测试

0 引言

为解决滤波器测试问题，对现有仪表功能和主要技术指标进行分析后，采用矢量网络分析仪Agilent E5071C对滤波器进行了测试。

1 两种测试系统的工作原理

1.1 原测试系统工作原理

原测试系统由频率特性测试仪BT-3、信号源XFC-6、超高频毫伏表QF2270、频率计8000C及测试工装组成，信号源、扫频仪、超高频毫伏表及频率计相互配合，可完成滤波器6dB带及20dB带宽指标测试，并可观察滤波器输出波形。

1.2 矢量网络分析仪工作原理

矢量网络分析仪由信号源、功率分配器、信号分离器、接收机和显示系统组成，如图1所示。

图1 矢量网络分析仪的组成框图

信号源为网络分析仪系统提供激励源；功率分配器对信号源的功率进行分配，一路输出信号送到被测件输入端口，另一路输出信号作为参考信号进

行S参数的计算；信号分离器分离被测件输入端口的入射波和反射波；接收机接收参考信号、反射信号和传输信号，并下变频为中频信号，对中频信号进行检测，得到其幅度和相位值，以便于测量和控制单元进行测量参数的计算；显示系统在屏幕上显示测量波形及参数。

1.3 两种测试系统的比较

原测试系统（信号源、扫频仪、超高频毫伏表及频率计）与矢量网络分析仪（配套高阻探头）都是测试网络的幅频特性，二者测试原理基本相同。两种测试系统的读取方式不同，信号源、超高频毫伏表、扫频仪在频率计的配合下人工读出输出信号幅度和频率值；网络分析仪则显示的是滤波器输出波形，通过内部计算得到被测网络的传输损耗、带宽等指标，并显示到屏幕上，测量结果更为直观。

2 测试方法

2.1 原测试系统测试方法

第一步“中心频率偏差、6dB带宽、通带内不平度”测试时，调节信号源的频率在75 MHz±0.01 MHz，并调节输出电压使滤波器输出电压为V1，然后上下失谐使滤波器输出电压为V2，V1与V2的比值的相对值为6dB时，读出频率计显示的频率f1、f2，中心频率由公式f0= （f1+ f2）/2计算得出，6dB带宽由f2、f1相减得出。通带内不平度测试时，调节信号源的频率在f1～f2范围内变化，记下输出电压的最大峰值、谷值，再计算不平度。

第二步 “传输损耗”测试时，将开关打至R2位置，测试的是信号源的频率在75 MHz±0.01 MHz时滤波器输入端电压和输出端电压，然后计算相对值。

由此可以看出，第一步和第二步测试的是滤波器输出信号的电压值，无法观察滤波器输出波形，而且电压值和频率值均由人工读出，测试时需要同时兼顾3台仪表的操作或读数。

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

第三步 “20dB带宽”指标测试时，需使用BT-3的外频标功能，读出滤波器信号衰减20dB时的两个频率f3、f4，20dB带宽由f4、f3相减得出。此时可通过BT-3的显示屏幕观察到波形。

调试时，分为粗调和细调，通过BT-3粗略地测试带宽及不平度，并可观察滤波器输出波形，操作较为复杂。

2.2 网络分析仪测试方法

用网络分析仪测试时，配备高阻探头，即可实现滤波器的测试。测试连接框图如图2，等效负载电路图如图3，其中C1是滤波器谐振回路的一部分。

设置网络分析仪的带宽值，即可测出滤波器的-6dB带宽、-20dB带宽和传输损耗等指标。

图2 网络分析仪测试连接框

图3 滤波器专用负载电

3 20dB带宽超差原因分析

两种测试系统对比测试过程中，新测试系统测试的15部滤波器的20dB带宽测试数据均出现偏大现象，差值最大0.16MHz，2部滤波器指标超差，13部符合技术要求。为查找20dB带宽指标超差原因，从以下三个方面进行分析。

3.1 新系统20dB衰减器的精确度高

3.2 两种系统现状比较

原测试系统因使用三十多年，其测试仪表、配套电缆及工装本身的磨损、老化等都带来一定的系统误差。比如测试20dB带宽时，频标不能够聚焦清晰显示，数据读取变得比较困难，不同的操作者读取的数据会存在较大的差别。从20dB刻度线的确定到最终读取，要有四步操作，人为因素较多，所以在测试系统性能变差的情况下，测试误差会比较大。

而新测试系统为新购置的仪表先进，稳定性好，测试精度高，整个测试过程为仪表自动测量，不存在人员因素的影响，系统误差较小，故新系统测试值更准确。

3.3 定义法验证

根据滤波器20dB带宽的定义，用定义法验证新系统20dB带宽测试的准确性。

选用信号源SMB100A及超高频毫伏表QF2270，在75 MHz时，信号输出电压设为300mV，对5部滤波器在输出电压为30mV时的信号频率进行记录，计算20dB带宽值，得出新测试系统的测试结果与用定义法测试的结果是比较一致的，差异0.02 MHz～0.044MHz，微小的区别仅是仪表之间的差别。此试验进一步验证了新测试系统测试结果更准确，因此认为新测试系统的测试结果是真实准确的。

4 结束语

用网络分析仪替代信号源、扫频仪、超高频毫伏表及频率计4台仪表完成了滤波器的测试，测试精度高，减少了人为读数带来的误差，简化了操作方法，提高了生产效率。

【1】王云霞，尹秋艳，张艳.同轴接头时域反射特性的频域测量方法研究[J].电子科技，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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