用于网络分析仪的方向性提高装置、方法和网络分析仪

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种用于网络分析仪的方向性提高装置、方法和网络分析仪。

背景技术

网络分析仪一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器。网络分析仪全称是微波网络分析仪，是测量网络参数的一种新型仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正，并换算出其他几十种网络参数，如反射功率、回波损耗、反射系数和驻波比等。方向性是衡量网络分析仪优劣的重要指标，网络分析仪在测量反射特性时，耦合端会包含泄漏的入射激励信号，该信号会与反射信号进行矢量叠加，造成反射指标测量误差，方向性越好，误差越小。现有技术方案采用平衡电桥加同轴线串磁环结构的定向耦合器模块来实现网络分析仪的方向性，但是这种模块需要克服低频下的的相位不平衡、高频下的寄生参数引起的方向性恶化问题，研发难度高、生产成本大，且需要很高的生产工艺要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提高网路分析仪的方向性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于网络分析仪的方向性提高装置，包括定向耦合器、第一检测模块、第二检测模块和信号处理器；

所述定向耦合器包括输入端口、输出端口、输入耦合端口和输出耦合端口；所述定向耦合器的输入端口用于作为所述方向性提高装置的功率输入端口；所述定向耦合器的输出端口用于作为所述方向性提高装置的功率输出端口；所述定向耦合器的输入耦合端口与所述第一检测模块连接，所述定向耦合器的输出耦合端口与所述第二检测模块连接；所述定向耦合器在其输入端口和输出端口之间设置一匹配网络，所述匹配网路用于保证所述定向耦合器的输入端口和输出端口之间的阻抗匹配；所述方向性提高装置的功率输入端口用于一入射激励信号的输入，所述方向性提高装置的功率输出端口用于输出经过所述匹配网路吸收后的出射激励信号；

所述第一检测模块用于检测所述方向性提高装置的功率输入端口的耦合电信号的检测值，并输出给所述信号处理器；

所述第二检测模块用于检测所述方向性提高装置的功率输出端口的耦合电信号检测值，并输出给所述信号处理器；

所述信号处理器用于当所述方向性提高装置的功率输出端口连接一匹配负载时，分别获取所述第一检测模块和第二检测模块检测的检测值R1和检测值A1；所述信号处理器还用于当所述方向性提高装置的功率输出端口连接一待测器件时，分别获取所述第一检测模块和第二检测模块检测的检测值R2和检测值A2；所述信号处理器还用于依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取所述方向性提高装置的网络参数。

一实施例中，所述定向耦合器还包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述第一取样电阻连接在所述定向耦合器的输入端口与输入耦合端口之间，所述第二取样电阻连接在所述定向耦合器的输出端口与输出耦合端口之间。

一实施例中，所述匹配网路包括至少一个耦合电阻。

一实施例中，所述信号处理器还用于依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取所述方向性提高装置的网络参数，包括：

所述网络参数包括回波损耗、反射系数和/或驻波比；

所述回波损耗的获取公式包括：

RL=10*Lg[R2/(A2-R2*A1/R1)];

所述反射系数的获取公式包括：

Г=10^-（RL/20）；

所述驻波比的获取公式包括：

VSWR=（1+Г）/（1-Г）；

其中，RL为回波损耗，Г为反射系数，VSWR为驻波比。

根据第二方面，一种实施例中提供一种网络分析仪，包括如第一方面所述的方向性提高装置。

根据第三方面，一种实施例中提供一种用于网络分析仪的方向性提高方法，网络分析仪包括定向耦合器，所述方向性提高方法包括：

将所述定向耦合器的输出端口与一匹配负载连接，给所述定向耦合器的输入端口施加一个激励，并分别获取所述定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R1和检测值A1；

将所述定向耦合器的输出端口与待测器件连接，给所述定向耦合器的输入端口施加一个激励，并分别获取所述定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R2和检测值A2；

依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取所述方向性提高装置的网络参数。

一实施例中，所述定向耦合器包括匹配网络、第一取样电阻和第二取样电阻，所述匹配网络连接在所述定向耦合器的输入端口与输出端口之间，所述第一取样电阻连接在所述定向耦合器的输入端口与输入耦合端口之间，所述第二取样电阻连接在所述定向耦合器的输出端口与输出耦合端口之间。

一实施例中，所述依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取所述方向性提高装置的网络参数，包括：

所述网络参数包括回波损耗、反射系数和/或驻波比；

所述回波损耗的获取公式包括：

RL=10*Lg[R2/(A2-R2*A1/R1)];

所述反射系数的获取公式包括：

Г=10^-（RL/20）；

所述驻波比的获取公式包括：

VSWR=（1+Г）/（1-Г）；

其中，RL为回波损耗，Г为反射系数，VSWR为驻波比。

一实施例中，所述依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取所述方向性提高装置的网络参数，包括：

所述网络参数包括反射功率，所述反射功率的获取公式包括：

P=A2-R2*K=A2-R2*A1/R1;

其中，K=A1/R1，P为反射功率。

根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第三方面所述的方法。

依据上述实施例用于网络分析仪的方向性提高方法，首先将定向耦合器的输出端口与一匹配负载连接，施加激励并分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R1和检测值A1；然后将定向耦合器的输出端口与待测器件连接，施加激励并分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R2和检测值A2；再依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取方向性提高装置的网络参数。由于通过分别获取定向耦合器连接匹配负载和待测器件的耦合电信号的检测值来获取网络参数，硬件电路实现简单，算法简洁，就可以实现较好的方向性，降低研发和生产网路分析仪的成本。

附图说明

图1为一种实施例中方向性提高装置的结构连接示意图；

图2为一种实施例中方向性提高装置的结构连接示意图；

图3为一种实施例中定向耦合器的结构连接示意图；

图4为一种实施例中用于网络分析仪的方向性提高方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

方向性是衡量网络分析仪优劣的重要指标，网络分析仪在测量反射特性时，耦合端会包含泄漏的入射激励信号，该信号会与反射信号进行矢量叠加，造成反射指标测量误差，方向性越好，误差越小。基于此，如果我们将耦合端包含的入射激励信号给计算出来，那么就实现了良好的方向性。

常用的提高网络分析仪方向性的方法是在射频前端使用定向耦合器模块，定向耦合器的设计方式常见的有两种：

方式一，是利用微带耦合的理论设计的微带耦合器；

方式二，是利用平衡电桥原理制作的电桥耦合器。

然而，方式一的微带耦合器的最小工作频率与1/4波长有密切联系，因此，如果要使用在几十兆或者更低的频段时，需要极大的尺寸，这肯定是不现实的；方式二的平衡电桥原理可以做出超宽带的定向耦合器，但是设计的电路必须达到非常好的平衡特性才能实现耦合器的方向性，电路设计及调试无疑是非常困难的。为解决现有技术中的不足，本申请采用电路与算法相结合的形式，实现了一种高方向性，超宽带，设计难度低的电路结构。

在本发明实施例中，方向性提高装置包括定向耦合器、第一检测模块、第二检测模块和信号处理器。第一检测模块和第二检测模块用于检测定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值，信号处理器依据定向耦合器连接匹配负载和待测器件时的检测值获取方向性提高装置的网络参数。由于通过分别获取定向耦合器连接匹配负载和待测器件的耦合电信号的检测值来获取网络参数，硬件电路实现简单，算法简洁，就可以实现较好的方向性，降低研发和生产网路分析仪的成本。

实施例一：

请参考图1，为一种实施例中方向性提高装置的结构连接示意图，用于网络分析仪的方向性提高装置包括定向耦合器1、第一检测模块2、第二检测模块3和信号处理器3。定向耦合器1包括输入端口、输出端口、输入耦合端口和输出耦合端口，定向耦合器1的输入端口用于作为方向性提高装置的功率输入端口，定向耦合器1的输出端口用于作为方向性提高装置的功率输出端口，定向耦合器的输入耦合端口与第一检测模块连接2，定向耦合器1的输出耦合端口与第二检测模块3连接。定向耦合器1在其输入端口和输出端口之间设置一匹配网络，匹配网路用于保证定向耦合器1的输入端口和输出端口之间的阻抗匹配。方向性提高装置的功率输入端口用于一入射激励信号Input的输入，方向性提高装置的功率输出端口用于输出经过匹配网路吸收后的出射激励信号Output。

第一检测模块2用于检测方向性提高装置的功率输入端口的耦合电信号的检测值，并输出给信号处理器4。第二检测模块3用于检测方向性提高装置的功率输出端口的耦合电信号检测值，并输出给信号处理器4。信号处理器4用于当方向性提高装置的功率输出端口连接一匹配负载5时，分别获取第一检测模块2和第二检测模块检测3的检测值R1和检测值A1。匹配负载5完全吸收方向性提高装置的功率输出端口输出的出射激励信号Output。匹配负载5是一个标准的匹配负载，以常见的50Ω射频系统来说，通常使用一套50Ω的校准件中load配件（标准50Ω吸收式负载）。信号处理器4是具有计算能力的CPU，它可以对数据进行基本的数据运算与存储。

请参考图2，为一种实施例中方向性提高装置的结构连接示意图，信号处理器4还用于当方向性提高装置的功率输出端口连接一待测器件6时，分别获取第一检测模块2和第二检测模块3检测的检测值R2和检测值A2。待测器件6完全吸收方向性提高装置的功率输出端口输出的出射激励信号Output。

当定向耦合器的输出端口接匹配负载时，输出端口的信号被匹配负载完全吸收，此时，输入耦合端口中的信号为输入端口输入信号的耦合信号的检测值R1，输出耦合端口为输入信号经过匹配网络之后的耦合信号的检测值A1。当定向耦合器的输出端口接待测器件时，输出端口的信号没有被完全吸收，存在反射信号，此时，

输出耦合端口的信号为输入端口输入信号经过匹配网络之后的耦合信号与输出端口反射功率的耦合信号的测量值之和A2，输入耦合端口的信号为输入端口输入信号的耦合信号与输出端口的反射信号经过匹配网络之后的耦合信号的测量值R2。匹配网络的损耗为3dB时，输入耦合端口信号来自于输入端口信号占比为99.9%，在实际使用中建议匹配网络损耗可以再取大一点，这样，输入耦合端口的信号可以认为完全来自于输入端口输入信号的耦合信号。即可获取输出耦合端口中反射信号和来自于输入端口的耦合信号，从而计算出待测器件的回波损耗、驻波比和反射系数，实现网络分析仪的高方向性。信号处理器4还用于依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取方向性提高装置的网络参数。

请参考图3，为一种实施例中定向耦合器的结构连接示意图，定向耦合器1包括匹配网络11、第一取样电阻12和第二取样电阻13，第一取样电阻12连接在定向耦合器1的输入端口与输入耦合端口之间，第二取样电阻13连接在定向耦合器1的输出端口与输出耦合端口之间，匹配网络11连接在定向耦合器1的输入端口与输出端口之间。一实施例中，匹配网路1包括至少一个耦合电阻。

一实施例中，网络参数包括回波损耗、反射系数和/或驻波比。所述回波损耗的获取公式包括：

RL=10*Lg[R2/(A2-R2*A1/R1)];

反射系数的获取公式包括：

Г=10^-（RL/20）；

驻波比的获取公式包括：

VSWR=（1+Г）/（1-Г）；

其中，RL为回波损耗，Г为反射系数，VSWR为驻波比。

一实施例中，本申请还公开了一种网络分析仪，包括如上所述的方向性提高装置。

在本申请实施例中，方向性提高装置包括定向耦合器、第一检测模块、第二检测模块和信号处理器。第一检测模块和第二检测模块用于检测定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值，信号处理器依据定向耦合器连接匹配负载和待测器件时的检测值获取方向性提高装置的网络参数。由于通过分别获取定向耦合器连接匹配负载和待测器件的耦合电信号的检测值来获取网络参数，硬件电路实现简单，算法简洁，就可以实现较好的方向性，降低研发和生产网路分析仪的成本。

实施例二：

请参考图4，为一种实施例中用于网络分析仪的方向性提高方法的流程示意图，网络分析仪包括定向耦合器，定向耦合器包括匹配网络、第一取样电阻和第二取样电阻，匹配网络连接在定向耦合器的输入端口与输出端口之间，第一取样电阻连接在定向耦合器的输入端口与输入耦合端口之间，第二取样电阻连接在定向耦合器的输出端口与输出耦合端口之间。定向耦合器1由输入端口输入的大部分入射激励信号Input从输出端口输出，输入端口和输出端口之间的匹配网络可以是任何器件，典型电路为几个匹配电阻，用以保证输入端口到输出端口之间的阻抗匹配，这个匹配网络的损耗为IL。输入耦合端口靠近输入端口，在匹配网络的输入侧，典型的应用是用一个电阻即可完成耦合，耦合度（耦合度指的是输入耦合端口输出的功率与输入端口输入功率的比值）可以根据第一取样电阻的值的大小进行调节。输出耦合端口靠近输出端口，典型应用是用一个电阻即可完成耦合，耦合度可以根据第二取样电阻的值的大小进行调节。该方向性提高方法包括：

步骤110，给匹配负载施加一个激励。

将定向耦合器的输出端口与一匹配负载连接，给定向耦合器的输入端口施加一个激励。

步骤120，输出信号A1和R1。

第一检测模块和第二检测模块分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R1和检测值A1，并发送给信号处理器。

步骤130，获取信号比值K。

信号比值K的获取公式包括：

K=A1/R1；

步骤140，给待测器件施加一个激励。

将定向耦合器的输出端口与待测器件连接，给定向耦合器的输入端口施加一个激励。

步骤150，获取信号A2和R2。

第一检测模块和第二检测模块分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R2和检测值A2，并发送给信号处理器。

步骤160，获取匹配网路参数。

信号处理器依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取方向性提高装置的网络参数。网络参数包括反射功率、回波损耗、反射系数和/或驻波比；

反射功率的获取公式包括：

P=A2-R2*K=A2-R2*A1/R1;

其中，K=A1/R1，P为反射功率。

回波损耗的获取公式包括：

RL=10*Lg[R2/(A2-R2*A1/R1)];

反射系数的获取公式包括：

Г=10^-（RL/20）；

驻波比的获取公式包括：

VSWR=（1+Г）/（1-Г）；

其中，RL为回波损耗，Г为反射系数，VSWR为驻波比。

在本申请实施例中，采用定向耦合器与软件算法，不需要定向耦合器具有方向性，且软件算法简单，通过简单的计算补偿，理论上的方向性为无穷大，网络分析仪借此可以测量到极小的回波损耗、反射系数与驻波比。这种方法可以应用到任何反射测量系统。方向性提高装置的硬件电路简单，软件算法也很简洁，通过简单的算法就可以实现较好的方向性，且研发和生产成本低，实现的难度稍小。

在本实施例中，方性提高方法首先将定向耦合器的输出端口与一匹配负载连接，施加激励并分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R1和检测值A1；然后将定向耦合器的输出端口与待测器件连接，施加激励并分别获取定向耦合器的输入耦合端口和输出耦合端口的耦合电信号的检测值R2和检测值A2；再依据检测值R1、检测值R2、检测值A1和检测值A2获取方向性提高装置的网络参数。由于通过分别获取定向耦合器连接匹配负载和待测器件的耦合电信号的检测值来获取网络参数，硬件电路实现简单，算法简洁，就可以实现较好的方向性，降低研发和生产网路分析仪的成本。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。