偶们3GHz标网的用户手册正在编写,再此连载,欢迎纠错
虎哥2012/02/04无线电 IP:四川
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这款仪器正在举行限时预订活动,请见XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/40399 (已截止)

这本手册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一系列仪器,同时就会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……


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DIY体验。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。”


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。它的定义是dB=20log(V2/V1)和dB=10log(P2/P1)。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(KC901A使用频率线性刻度)。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。

……

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。。
来自:电子信息 / 无线电
19
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~~空空如也
十九
13年0个月前 IP:未同步
362906
第六章没想好……   [s:275]

要是没啥好写了就收工呗,干嘛非要搞个第六章……


另:手册是像说明书一样和扫频仪配套发售么……? 还是另购的……
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
362947
手册我会连载,买仪器也会附送一本。。
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量子隧道
13年0个月前 IP:未同步
362977
"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。"
这个地方感觉可以直接把分贝的定义说出来,即20*log(V2/V1)或10*log(P2/P1)。然后后面的6分贝,20分贝,3分贝,10分贝的就可以自然从这些式子里得出了。
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量子隧道
13年0个月前 IP:未同步
362981
“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。 ”
横轴还可以考虑下可否增加对数坐标刻度选项?
对数刻度比较适合那种要求频率的相对分辨率恒定的场合,如起始频率和终止频率的比很大的。
+200
科创币
虎哥
2012-02-04
专业
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
362998
赞成,dB的定义已经修改进去了,最后编辑的时候再用公式编辑器做一遍。

对数刻度这个,软件要加一大块,能否加上要看情况。所以暂时注明了线性刻度。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
363282
续集

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),然后依程序接上开路器和短路器。校准完成后提示CAL OK。

  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。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
363643
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  SPEC测试前校准

  一般情况下不需要对频谱接收机进行校准。如果外接有很长的电缆或衰减器、放大器,可以把这些附件的总损耗(增益)输入KC901A中( 方法 ,图 ),仪器的读数会自动计入该值。

  如果通过频谱功能读出的电平明显超差,可以准备一台电平可信的信号源,调整到50MHz,对仪器进行单点校准,其流程见图(  图  )。KC901A的所有读数都会根据校准结果进行修正。同样的,如果清除该校准结果( 图 ),KC901A将采用出厂校准参数。

第四章 常用测试方法

第一节 双工器的快速调整

  双工器是中继台的重要部件,它的插入损耗和隔离度直接关系到中继台的整体性能。KC901A在VHF/UHF频段可以提供优于120dB的操作范围,可以在它的监测下将双工器调整到最佳状态。

  需要准备的附件:50Ω假负载一只,射频连接线两根(两端的接插件一定要连接牢固),必要的射频接插件。如果可能的话,将KC901A固定在工作台上。

  调试工具:带有中心通孔的套筒扳手,螺丝刀。如果可能的话,将待调整的双工器固定在工作台上。

  这里以陷波器原理的六腔双工器为例,介绍调试步骤:

待续
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
363980
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  1、将KC901A设置到S21模式,设置仪器的center和span(或start、stop),使频带覆盖双工器的原频率和新频率。设置仪器的range为120dB,REF保持+10dB。将lev设置到+10dBm。将mark1和mark2分别设置为双工器的新的接收端频率、发射端频率。

  请先用仪器测试射频连接线的插入损耗( 连接方式如图 ),并在测试时晃动连接线和接头,确认没有接触不良的情况,插入损耗稳定,不随晃动而改变。电缆的插入损耗应尽量小,如果超过3dB或不稳定,可能电缆有故障。电缆质量要足够好,提供良好的屏蔽。

  确认电缆无故障之后,通过校准功能,将电缆的插入损耗修正为0。

  请将双工器的插座清扫洁净,将KC901A的输出端口连接到双工器的TX端口(一般情况下标注high),将仪器的输入端口连接到双工器的ANT端口,在剩下的RX端口(一般情况下标注low)上接上假负载。( 图 )

  调节靠近TX端口的三颗螺丝,使其中一个波谷移动到mark1指示的位置,并尽量重合。在mark1的S读数监测下依次微调螺丝,使读数最小(负得最多)。正常情况下,应达到-70dB以上。 ( 图 )


  将KC901A的输出端口改连到双工器的RX端口,输入端口仍然连接在ANT端口上,TX端口接假负载。调节靠近RX端口一侧的三颗螺丝,使波谷移动到mark2位置并尽量平滑重合。然后在mark2的S读数监测下,从中心向RX侧反复微调三颗螺丝,使mark2的读数最小。正常情况下应达到-90dB,性能良好的双工器可达-110dB。( 图 )

待续
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虎哥作者
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  重新把仪器的输出端口连接到双工器TX端口,假负载改接RX端口。从中间向TX侧依次反复微调三颗螺丝,使mark1的读数最小。正常情况下应优于-90dB。此时读mark2的S参数,即为双工器对发射信号的插损。

  将仪器的输出端口改接RX端,假负载改接TX端,读mark1的S参数,即为双工器对接收信号的插损。

  有的双工器两侧参数互相影响,可能需要反复调整,直到抑制指标达到-90dB以上。经过反复调整后,如果抑制指标未达到-90dB,或插损未低于3dB,该双工器可能存在故障,也可能在新频率上性能不良。

  当插损和抑制有矛盾的时候,应优先保证RX侧的抑制。适当降低中继台的发射功率,从而可以降低对抑制的要求(最低限度-70dB),这时遵循“TX向里调,RX向外调”的原则,插损或许可以降下来。必要时,重新设置仪器的center、span、range、REF,并保持自动中频增益模式,使曲线局部放大,仔细观察和调整。

待续
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
365949
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  对于耦合度可通过螺丝调节的双工器,可以调节耦合螺钉。各种调节螺丝如果不够长,可以换成长螺丝。如果螺丝需要进入很长,则双工器的Q值降低,隔离度变差。遇到这种情况恐怕就只有拆开双工器改螺线管了。

  插损低于1dB时,不用测试双工器的SWR。如果插损调不下来,则要考虑S11测试,并试探性的调节,与其它指标做权衡,尽量把SWR控制到1.5以内。

  请在调整过程中的适当时机拧紧固定螺母,使参数固定。

  如果您是新手,为了防止出错,请将假负载接在ANT端口上,然后将KC901A的输入、输出分别接到双工器的TX、RX端口,将mark设置到中继台的发射频率。此时,S读数应达到RX侧的隔离度值,原则上不小于-90dB。这项测试是保证不调错的最后一道防线。错误的调试可能导致中继台烧毁。

待续

哎,不想写了。。还是照本宣科简单啊
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立棍
13年0个月前 IP:未同步
365958
写的很好,是难得的教材,停写可惜了。
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kingdog
13年0个月前 IP:未同步
366380
不能停啊。大家都等着呢。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
366391
会接着写,但写完几种常用测试以后,剩下的就和一般的说明书一样照本宣科吧。典型的测试方法希望届时朋友们自己来写。

第二节 测试天线和馈线

1、天线驻波测试

  测试天线时应将仪器设置在S11模式,设定好center和span,把lev调整到+10dBm。测试人员远离天线。

  天线驻波受场地环境的影响。为了表征天线本身的性能,标准的做法是将其安放在标准测试场,或者电波暗室中。业余条件下应选择开阔的室外环境,例如楼顶天台。在测试前应当对仪器进行校准,为了消除馈线的影响,建议在馈线连接天线的一端进行校准,详见“测试前的准备”。

  如果条件不允许对馈线进行校准,应当在仪器的端口上做一次校准。然后,按图示(  图  )流程在仪器中设置馈线在测试频率中心的插损。仪器会根据馈线插损对测试结果进行修订,从而减少误差。

  在工程上,我们往往想了解天线使用时的驻波大小,即发射机端口上表现出来的驻波大小。这种情况下可以直接进行测量。如果对测试精度要求较高,可以对仪器的端口进行校准。
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kingdog
13年0个月前 IP:未同步
366417
我最想知道的部分是
测量设备如何连接被测单元的。
接插件,馈线等的注意事项,接地,屏蔽等等。。
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bd1jzy
13年0个月前 IP:未同步
366697
对分析仪很感兴趣,先来这里学习学习,期待说明书。
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虎哥作者
13年0个月前 IP:未同步
369390
第四节 测试晶体滤波器

  测试晶体滤波器和测试双工器或其它常见无源器件的基本方法是一样的,不同之处在于,KC901A的特性阻抗是50欧姆,而晶体滤波器一般来说不是50欧姆。测试晶体滤波器的主要准备工作就是匹配阻抗。

  一般来说,晶体滤波器的阻抗在几百欧姆到几千欧姆范围内。目前较常见的有800、1200欧姆等种类。把这样高的阻抗变换到50欧姆,有几种方法可供选择:

  1、使用变压器
  2、使用Γ型L-C电路
  3、使用T、Π型电阻网络

  变压器法是一种经典变换方法,它不但能变换阻抗,还可以进行不平衡—平衡变换。以测试800欧姆阻抗的晶体滤波器为例,此时需要两只1:16射频变压器。仪器的输出和输入端口分别连接变压器的低阻端,而在变压器的高阻端之间连接待测滤波器。如果待测晶体是不平衡输入的,那么变压器次级的一端应同初级共地。对于频率较低的晶体滤波器,这样的变压器可以自己绕制,注意匝比等于变比的平方根。( 图 )下图是一个用自制变压器搭建的测试装置。
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虎哥作者
12年11个月前 IP:未同步
379864
中间省略5000字……[s:274]

附:外壳拆卸步骤

    按图中标示顺序拆卸。仪器左侧有排线,拆卸时上下盖板前后错动不宜超过1厘米,并应从右向左翻开。我们欢迎爱好者拆看,但对于拆卸和研究导致的损坏,爱好者应承担维修费用。请勿拆卸屏蔽腔体,以免造成屏蔽不良,导致测试范围缩小。除非本社同意,不要焊接或改造,否则会失去保修权利。

全剧终。

901A试用版的用户手册已经编写完成,将随机提供纸质版本。正式版的手册会在试用版的基础上有所修改。完整的手册电子版将在发布正式版产品的时候上线。
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kevin
12年11个月前 IP:未同步
379928
还有机子么?帮我留台回国取。。。
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刘 虎

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