阅读说明：本技术 远程幅频特性测量装置 (Remote amplitude-frequency characteristic measuring device ) 是由 杨华 柳祎 宋沛沅 马延军 朱代先 张剑 代新冠 张烨 王树奇 李�荣 杨扬 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种远程幅频特性测量装置,包括信号源模块、固定增益放大模块、压控增益放大模块、功率放大模块、功分器、第一功率检波模块、高速ADC模块、第二功率检波模块、主控模块、WIFI模块、路由器、PC机和显示屏,信号源模块与固定增益放大模块连接,固定增益放大模块与压控增益放大模块连接,压控增益放大模块与功率放大模块连接,功率放大模块分别与功分器、第二功率检波模块连接,功分器与第一功率检波模块、高速ADC模块连接,第一功率检波模块、第二功率检波模块、高速ADC模块、压控增益放大模块、WIFI模块和显示屏分别与连接主控模块连接,PC机与路由器连接,路由器与WIFI模块连接。本发明具有体积小、精度稿、价格低、操作简单、易维护等优点。(The invention provides a remote amplitude-frequency characteristic measuring device, which comprises a signal source module, a fixed gain amplification module, a voltage-controlled gain amplification module, a power divider, a first power detection module, a high-speed ADC module, a second power detection module, a main control module, a WIFI module, a router, a PC and a display screen, wherein the signal source module is connected with the fixed gain amplification module, the fixed gain amplification module is connected with the voltage-controlled gain amplification module, the voltage-controlled gain amplification module is connected with the power amplification module, the power amplification module is respectively connected with the power divider and the second power detection module, the power divider is connected with the first power detection module and the high-speed ADC module, the first power detection module, the second power detection module, the high-speed ADC module, the voltage-controlled gain amplification module, the WIFI module and the display screen are respectively connected with the main control module, the PC is connected with the router, the router is connected with the WIFI module. The invention has the advantages of small volume, high precision, low price, simple operation, easy maintenance and the like.)

远程幅频特性测量装置

技术领域

本发明涉及幅频特性测试技术领域，更为具体地，涉及一种远程幅频特性测量装置。

背景技术

幅频特性是信号幅度随不同频率变化的规律，在现代电子测量技术中经常用到对未知的网络传输特性的测量，如滤波器的平坦度、截止频率，放大器的带宽测试和电路的噪声检测等，所以工程中幅频特性的信息具有重要意义。

现有的测量幅频特性的方法主要有逐点分析法、扫频法。逐点分析法：通过在输入端输入不同频率的等幅信号，在输出端逐一测出其输出信号，以此绘制幅频特性曲线，这种方法效率低下，难以满足实际需求。扫频法：利用扫频仪产生连续频率的等幅信号，通过放大器件在屏幕上绘制出幅频特性曲线。扫频法测量幅频特性是目前较为常见的方法。

目前测量幅频特性的测量主要使用扫频仪，国内传统扫频仪体积大、精度较低且不能够现场自动测试，而国外扫频仪多以高频为主，虽然性能稳定但存在价格高昂、操作复杂、维护困难等问题。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种远程幅频特性测试装置。

该远程幅频特性测试装置的技术方案，包括：信号源模块、固定增益放大模块、压控增益放大模块、功率放大模块、功分器、第一功率检波模块、高速ADC模块、第二功率检波模块、主控模块、WIFI模块、路由器、PC机和显示屏；其中，信号源模块的信号输出端与固定增益放大模块的信号输入端连接，信号源模块用于产生正弦扫频信号；固定增益放大模块的信号输出端和主控模块分别与压控增益放大模块的信号输入端连接，压控增益放大模块的信号输出端与功率放大模块的信号输入端连接，固定增益放大模块、压控增益放大模块与功率放大模块用于放大信号源模块产生的正弦扫频信号的增益，输出幅值连续可调、高平坦度的正弦扫频信号；功率放大模块的信号输出端的一部分与第一功率检波模块的信号输入端连接，第一功率检波模块的信号输出端与主控模块连接，主控模块与压控增益放大模块、功率放大模块、第一功率检波模块形成闭环系统，通过调节闭环系统的增益，使信号幅值稳定输出为1V，第一功率检波模块用于检测功率放大模块输出的正弦扫频信号的幅值是否达到1V；功率放大模块的信号输出端的另一部分经功分器分别与第二功率检波模块的信号输入端和高速ADC模块的信号输入端连接，第一功率检波模块的信号输出端、第二功率检波模块的信号输出端和高速ADC模块的信号输出端分别与主控模块连接，第二功率检波模块用于获取功率放大模块输出的正弦扫频信号的幅值，并经过主控模块的内部ADC采集，获取其幅值信息；高速ADC模块用于获取功率放大模块输出的正弦扫频信号的频率信息，由主控模块进行FFT变换后获取其频率信息，主控模块将获取到的正弦扫频信号的幅值信息和频率信息绘制幅频特性曲线；显示屏与主控模块连接，用于显示主控模块绘制的幅频特性曲线；WIFI模块分别主控模块和路由器连接，路由器与PC机连接，主控模块获取的正弦扫频信号的幅值信息和频率信息经WIFI模块、路由器传输到PC机。

此外，优选的方案是，信号源模块采用直接频率合成芯片AD9850。

另外，优选的方案是，固定增益放大模块由两片级联的OPA695芯片及其***电路构成。

再者，优选的方案是，压控增益放大模块由两片级联的VCA821芯片以及DAC7612_D_8芯片构成。

此外，优选的方案是，主控模块采用STM32F429单片机。

另外，优选的方案是，功率放大模块采用电流反馈型运放THS3091芯片。

再者，优选的方案是，第一功率检波模块与第二功率检波模块分别采用AD8317芯片。

此外，优选的方案是，高速ADC模块采用LTC2153-12芯片。

另外，优选的方案是，WIFI模块采用ESP8266芯片。

与现有技术相比，本发明提供的远程幅频特性测量装置，能够取得以下技术效果：

1、信号源模块的输出频率范围：1MHz-40MHz；步进：1MHz，且具有自动扫描功能；负载电阻为50时，可实现输出电压峰峰值在5mV_100mV之间可调。

2、固定增益放大模块、压控增益放大模块、功率放大模块能够实现输入阻抗：50；带宽：1MHz-40MHz；增益：40dB，要求在0-40dB连续可调；负载电阻为50时，输出电压峰峰值为1V，且波形无明显失真。

3、经过放大的正弦扫频信号利用一条1.5m长的双绞线（一根为信号传输线，一根为地线）与主控模块联接起来，可以由与主控模块连接的PC机完成正弦扫频信号的幅频特性测试，可在显示屏上显示正弦扫频信号的幅频特性。

4、用WIFI模块、路由器自主搭建局域网，可将正弦扫频信号的频率信息传输至PC机，由PC机完成正弦扫频信号的幅频特性测试，并以曲线方式显示正弦扫频信号的幅频特性。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的远程幅频特性测量装置的逻辑结构图；

图2为根据本发明实施例的信号源模块的电路图；

图3为根据本发明实施例的固定增益放大模块的电路图；

图4为根据本发明实施例的压控增益放大模块的电路图；

图5为根据本发明实施例的功率放大模块的电路图；

图6为根据本发明实施例的高速ADC模块的电路图；

图7为根据本发明实施例的第一功率检波模块的电路图。

其中的附图标记包括：信号源模块1、固定增益放大模块2、压控增益放大模块3、功率放大模块4、功分器5、第一功率检波模块6、高速ADC模块7、第二功率检波模块8、主控模块9、WIFI模块10、路由器11、PC机12和显示屏13。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的远程幅频特性测量装置的逻辑结构。

如图1所示，本发明提供的远程幅频特性测量装置，包括：信号源模块1、固定增益放大模块2、压控增益放大模块3、功率放大模块4、功分器5、第一功率检波模块6、高速ADC模块7、第二功率检波模块8、主控模块9、WIFI模块10、路由器11、PC机12和显示屏13；其中，信号源模块1的信号输出端与固定增益放大模块2的信号输入端连接，信号源模块1用于产生步进式正弦扫频信号，完成了1~40MHz频率范围内，步进为1MHz信号的自动扫频，信号源模块1产生的正弦信号接入固定增益放大模块2；固定增益放大模块2的信号输出端和主控模块9分别与压控增益放大模块3的信号输入端连接，压控增益放大模块3的信号输出端与功率放大模块4的信号输入端连接，固定增益放大模块2、压控增益放大模块3与功率放大模块4用于放大 信号源模块1产生的步进式正弦扫频信号，实现0~40dB范围的增益可调，最终输出幅值连续可调、高平坦度的正弦扫频信号；功率放大模块4的信号输出端的一部分与第一功率检波模块6的信号输入端连接，第一功率检波模块6的信号输出端与主控模块9连接，主控模块9与压控增益放大模块3、功率放大模块4、第一功率检波模块6形成闭环系统，采用PID算法通过程序调节该闭环系统的增益，使正弦扫频信号的幅值稳定输出为1V；第一功率检波模块6用于检测功率放大模块4输出的正弦扫频信号的幅值是否达到1V；功率放大模块4的信号输出端的另一部分经功分器5分别与第二功率检波模块8的信号输入端和高速ADC模块7的信号输入端连接，第一功率检波模块6的信号输出端、第二功率检波模块8的信号输出端和高速ADC模块7的信号输出端分别与主控模块9连接，第二功率检波模块8用于获取功率放大模块4输出的正弦扫频信号的幅值，并经过主控模块9的内部ADC采集，获取其幅值信息；高速ADC模块7用于获取功率放大模块4输出的正弦扫频信号的频率信息，由主控模块9进行FFT变换后获取其频率信息，主控模块9将获取到的正弦扫频信号的幅值信息和频率信息绘制幅频特性曲线；显示屏13与主控模块9连接，用于显示主控模块9绘制的幅频特性曲线；WIFI模块10分别主控模块9和路由器11连接，路由器11与PC机12连接，主控模块9获取的正弦扫频信号的幅值信息和频率信息经WIFI模块10、路由器11传输到PC机12，并通过上位机软件显示出幅频特性曲线，实现远程幅频特性测量。

图2示出了根据本发明实施例的信号源模块的电路。

如图2所示，信号源模块1采用高集成度的直接频率合成芯片AD9850自制信号源，信号源模块1由AD9850芯片及***电路组成；其中，AD9850芯片的5、10、19、24管脚接GND,AD9850芯片的6、11、18、23管脚接VCC；AD9850芯片的12管脚串联电阻R6接GND;AD9850芯片的9管脚接CLKIN,CLKIN采用125MHz晶振产生，晶振的4管脚接VCC, 晶振2的管脚接GND, 晶振的1管脚悬空；AD9850芯片的21管脚接IOUT，IOUT与Z_OUT间接电阻R4、R5;电感L1、L2、L3,电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7构成环路滤波器；J2、J4为排针引出线接排针，其他管脚图中以标注清楚，为本领域普通技术人员均可看懂，在此不做赘述；AD9850芯片VCC与GND并联电容C8、C9、C10、C11、C12、C13。

图3示出了根据本发明实施例的固定增益放大模块的电路。

如图3所示，固定增益放大模块2采用两片级联OPA695芯片及***电路构成，优选的，采用+5V单电源供，电阻R2、R6构成第一级分压偏置，电阻R3、R7构成第二级分压偏置，第一OPA695芯片的2管脚串联电阻R11后，再并联电容C13、C14与GND连接；第一OPA695芯片的2管脚串联电阻R8后与6管脚相连；第一OPA695芯片的3管脚串联电容C9与SMA偏角头P2相连；SMA偏角头P2为信号输入端口；第一OPA695芯片的3管脚与GND之间并联二级管GBLC1、R6；第一OPA695芯片的3管脚与+5V电源之间串联电阻R2；第一OPA695芯片的6管脚串联电容C11、电阻R5与第二OPA695芯片3管脚相接；第一OPA695芯片的4管脚接GND，其余管脚置空；第二OPA695芯片的2管脚串联电阻R12后，再并联电容C15、C16与GND连接；第二OPA695芯片的2管脚串联电阻R10后与6管脚相连；第二OPA695芯片的3管脚与+5V电源之间串联电阻R3，与GND之间串联电阻R7；第二OPA695芯片的4管脚接GND，其余管脚置空；+5V电源与GND之间并联电容C1、C2、C3、C4，滤除电源纹波；第二OPA695芯片的6管脚串联电容C10、电阻R4后与SMA偏角头P3相连；SMA偏角头P3为信号输出端口。

图4示出了根据本发明实施例的压控增益放大模块的电路。

如图4所示，压控增益放大模块3由两片级联的VCA821芯片以及DAC7612_D_8芯片构成；第一VCA821芯片的1管脚与14管脚相连后接+5V电源；DAC7612_D_8芯片用于输出两路DAC,分别产生0~2V稳定的直流电压，用于控制两片VCA821放大器的增益；DAC7612_D_8芯片的管脚1、2、3、4，分别对应SDL、CLK、LOADDA、CS接入单片机的IO口，作为串行数据接口；第一VCA821芯片的2管脚接DAC7612_D_8芯片的8管脚；第一VCA821芯片的3管脚串联电容C31后接SMA偏角头P5；第一VCA821芯片的4管脚串联电阻R20后与5管脚相接；第一VCA821芯片的6、11管脚接GND；第一VCA821芯片的7、8管脚接-5V电源；第一VCA821芯片的9管脚串联电阻R24后接GND；第一VCA821芯片的10管脚串联电阻R19接12管脚；第一VCA821芯片的10管脚串联电容C32接第二VCA821芯片的3管脚；第二VCA821芯片的1管脚与14管脚相连后接+5V电源；+5V电源与GND之间并联电容C29、C30;第一VCA821芯片的2管脚接DAC7612_D_8芯片的5管脚；第二VCA821芯片的4管脚串联电阻R22后与5管脚相接；第二VCA821芯片的6、11管脚接GND；第二VCA821芯片的7、8管脚接-5V电源；第二VCA821芯片的9管脚串联电阻R26后接GND；第二VCA821芯片的10管脚串联电阻R21接12管脚；第二VCA821芯片的10管脚串联R23、C33后与SMA偏角头P6相接；+5V电源与GND之间并联电容C23、C24、C25、C26；-5V电源与GND之间并联电容C36、C37、C38、C39。

图5示出了根据本发明实施例的功率放大模块的电路。

如图5所示，功率放大模块4采用电流反馈型运放THS3091芯片，主要用于提高负载驱动能力，其电路带宽受增益影响较小，可以在放大的同时，满足带宽要求。THS3091芯片的2管脚串联电阻R30接6管脚，THS3091芯片的2管脚串联电阻R29接GND；THS3091芯片的3管脚接SMA偏角头P8，SMA偏角头P8为信号输入端；THS3091芯片的3管脚与GND之间串联电阻R31；THS3091芯片的4管脚接-15电源；-15电源与GND之间并联C48、C49；THS3091芯片的5管脚接地；THS3091芯片的6管脚串联电阻R32接SMA偏角头P9；SMA偏角头P9为信号输出端；THS3091芯片的7管脚接+15V电源；+15V电源与GND之间并联电容C46、C47；其余管脚置空。

图6示出了根据本发明实施例的高速ADC模块的电路。

如图6所示，高速ADC模块7采用LTC2153-12芯片，单电源1.8V供电，电源1.8V与GND之间并联电容C17、C18，滤除电源；电源1.8V与VDD之间串联电感L1；电源1.8V与OVDD之间串联电感L2；OVDD与GND之间并联电容C19、C20、C21；LTC2153-12芯片的1管脚串联电阻R15后接7管脚；1管脚接2管脚；1管脚接VDD；VDD与GND之间并联电容C27、C28；LTC2153-12芯片的3、6、10、11、13、21、35管脚都接GND；LTC2153-12芯片采用单端模拟输入，通过SMA偏角头P7输入，经C43,通过变压器T1耦合，变压器匝数比1:1，T1原边另一端接GND,T1副边配合电阻R16、R18、 R17、R28,电容C44与LTC2153-12芯片的管脚4、5相连；LTC2153-12芯片的管脚9与电容C35、C45电阻R25组成T型网络接入电阻R17、R28之间；LTC2153-12芯片的8管脚与GND之间串联电容C34；LTC2153-12芯片的11管脚串联C41、R27、C42后接12管脚；LTC2153-12芯片的20管脚与GND之间串联电容C40；LTC2153-12芯片的20管脚与GND之间串联电容C22。

第一功率检波模块6的电路与第二功率检波模块8的电路相同，本发明示出了第一功率检波模块6的电路，第二功率检波模块8的电路同理可得。

图7示出了根据本发明实施例的第一功率检波模块的电路。

如图7所示，第一功率检波模块6采用高精度、宽带宽的AD8317芯片，SMA偏角头P1为检波输入端口，与AD8317芯片的1管脚之间串联电容C5；SMA偏角头P1与GND之间串联电阻R1；AD8317芯片的2管脚接GND；AD8317芯片的3管脚与GND之间串联电容C12; AD8317芯片的4管脚串联电阻R14后接5管脚；5管脚串联电阻R13后接SMA偏角头P4，SMA偏角头P4为检波输出端口；AD8317芯片的6管脚串联电阻R9后接GND；AD8317芯片的7管脚接+5V电源，+5V电源与GND之间并联电容C7、C8；8管脚与GND之间串联电容C6。

主控模块9采用STM32F429高性能单片机，完成任务控制与数据处理核心，WIFI模块10采用ESP8266芯片。

实测实施例

如表1所示，为本实施例的测试部分数据及分析，1信号源及可控增益放大器测试，本发明采用DS1104型示波器，在功率放大模块后，信号发生器设定频率1~40MHz，输出有效值为1V时测得实际频率和电压有效值，观察失真情况并计算精度。电路测试数据见表表1。

表1电路测试数据

由表1的测试数据可知，本发明设定输出电压幅值1V，频率1~40MHz变化测得其实际电压值精度在2%左右，信号无明显失真，频率比较稳定。

通频带测试

信号源放大器的输出信号利用一条 1.5m 长的双绞线（一根为信号传输线，一根为地线）与幅频特性测试装置联接起来，可以由幅频特性测试装置完成放大器输出信号的幅频特性测试，设定输出电压幅值1V，频率0.5~41MHz变化测得其 幅频特性数据。

通频带测试数据见表表2：

表2通频带测试数据

由表2的测试数据可知，本发明设定输出电压幅值1V，频率0.5~41MHz变化测得其幅频特性数据，输出电压幅值在0.76~0.86V，双绞线对信号衰减比较严重，经A/D后经fft计算频率，范围在1~40MHz内误差精度在0.15%以内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。