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KC901V试制过程中的参数测试和比对图

这些是901V试制第4版的测试图。参加内测的朋友收到的设备与这些图片接近或稍好一些,个别明显不良的地方还会调整。本帖文字和图片仅供爱好者交流探讨技术所用,谢绝任何商业评论。

901V大量采用软件校准技术,对硬件性能的要求没有古典设备苛刻。但它的硬件设计指标依然比901S严苛得多。用户能够直观察觉的是迹线噪声(或测量同一个被测件时,读数的随机波动)、幅度-相位非线性的显著改善。客观而言,901V相比中高档台式仪器有较大差距,在下面的图片中可以显著察觉。但它的性能对于常规现场应用而言是绰绰有余的。

1GHz杂散输出。60MHz-7GHz均由锁相环输出,存在较多的杂散。杂散主要由锁相环产生,功率放大器不是主要贡献者。由于采用超外差接收机,这些杂散对测量的准确度无影响(除非希望进行非线性测量),所以不必治理。
20160908_171615.jpg
50MHz杂散输出。60MHz以下的信号由DDS产生。
20160908_171836.jpg
50MHz输出的品质。如果希望换算为相噪,在光标读数基础上减30dB。
20160908_172704.jpg
1GHz输出的品质,10~100KHz偏移的相噪均在-90dBc左右。用来测量的频谱仪安装有低相噪本振选件,对图上相噪无贡献。
20160908_173559.jpg
1GHz输出的近端品质,读数为实际值。
20160908_173822.jpg
5GHz输出的品质,30-100KHz偏移的相噪在-80dBc量级。
20160908_174022.jpg
1端口的驻波。1端口内接电桥,该型电桥的驻波比通过式桥要大一些,机内接插件对驻波也有较大贡献。该测试可能不准确(虚大),因为驻波与第一混频器的驱动电平有关,而测试仪器并未与901V的本振进行同步触发。
20160908_231506.jpg
2端口的驻波。由于内有电子开关,这些数值都必须在运行状态下测定。
20160908_231726.jpg
这是用10dB衰减器模拟一个20dB附近的回波损耗。台式矢网测定的是同一个衰减器,并把曲线保持下来。
20160908_232706.jpg
测试909F负载的图。系统校准时用的是同一只负载,所以直接看到了噪底。
20160908_233804.jpg
测试另一支909F负载,与系统校准用的负载不是同一只,可见曲线波动减小并抬高。
20160908_233848.jpg
测试一支普通负载(罗森博格),它的性能比校准负载差得多,可以测得光滑的曲线,最高处换算为驻波约1.12。
20160908_234006.jpg
接短路器后的曲线,采用系统校准。
20160908_234606.jpg
悬空端口时的曲线,此时采用用户校准,理论上比系统校准准确。
20160908_235324.jpg
测定一支滤波器的反射,为了凸显仪器薄弱的一面,滤波器输出没有接匹配负载。
20160909_000247.jpg
同样的滤波器在901V上,可以看到细节有一些差异。
20160909_001143.jpg
增加1.2m的延长线,并在末端校准。校准后悬空端口的图。
20160909_001442.jpg
用这个带有连接线的端口来测同一个滤波器,相比直接在仪器的端口上测,曲线上多了许多小的凸起。
20160909_001529.jpg
同样的端口,测量一支3dB衰减器。
20160909_001920.jpg
给台式矢网增加同样的电缆,校准以后悬空端口的情况。高频端的相位与901S在同等情况下有大约10度的旋转,这是校准件的修正值不统一导致的。校准件的参数对高频相位测量影响很大。
20160909_002330.jpg
用台式矢网经连接线测量刚才那支3dB负载。
20160909_002353.jpg
用台式矢网经连接线测量刚才那支滤波器。可以看到也存在波动,不过波动的方式与901V有一些区别。
20160909_002554.jpg
考虑到波动可能是由于扫描速度较快,仪器吃进了不稳定的数值,减小分析带宽后再测量,波动得到改善。901V可以采用慢速模式来加以改善,但改不到这么光滑,因为波动并不完全因吃进未稳定的信号而引起,而是主要是源于射频电路的非线性。确切而言,是因为测量值(相位和幅度)随着吃进信号的幅度或相位的不同而发生不规则的变化,致使原点偏移。该误差不属于经典信号流图上可以描述的现象,难以通过校准模型消除,必须由硬件设计保障。当然,降低源反射、提高绝对定向性,有利于减小影响。
20160909_002753.jpg
在插损模式自动调零。
20160909_004944.jpg
然后测定一支衰减器在指定频率的插损。该衰减器的实际衰减量是20.1dB,901V测得的值此时偏大0.2dB。
20160909_004830.jpg
对比测试一支空腔滤波器。可以看出这种滤波器在高频几乎完全泄漏。
20160909_015750.jpg
这是2端口的输出幅度。在6.2GHz以下都在0dBm以上。901V没有采取额外的稳幅措施,因为就满足功能而言没有必要。但低频端的凹陷是不正常的,那是因为放大器的馈电电路有一些谐振,还需要调整。
IMG20160908165242.jpg
下面是901V反射测试功能的低频性能,中心频率100KHz,起始频率为5KHz
首先是电桥绝对定向性
1.jpg
采用系统校准的相对定向性。系统校准的密度有限,在低频端不适用(开路曲线不归零),应当进行用户校准。
2.jpg
进行用户校准。
3.jpg
用户校准以后的相对定向性。
4.jpg
用户校准后的相位测量性能,这是一个重要的指标。在最低端(9kHz),开短路相位误差稍大。在稍高的频率,十分接近180度。
5.jpg
这是在进行环境试验。
由于待测机器本身发热,在开机状态下温度下不去,待测机器内部温度传感器最低只到-24度左右(点开看大图可以看到机内温度传感器的读数,此时环境温度-40℃),注意右侧线孔边缘的雪花。
20160826_220451.jpg
忽然想看看喷点水进去是什么效果
20160826_222555.jpg
迅速升温,雪花和冰块已经融化
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升到70度,停风保温,待测机内发热,温度自己升到了80度
20160826_235617.jpg
这是机器能正常工作的最高外部温度,继续升温液晶会可逆的失效。实际进行过85摄氏度的连续工作试验,并且带有电池、同时外接电源。除液晶无显示外,仪器基本正常工作(锁相环失锁率增加),降温后可以完全恢复正常。该试验已超过电池安全范围,切勿模仿。
20160827_000549.jpg
本帖完,谢谢观看。

[修改于 6 年前 - 2016-09-09 17:25:35]

8
薛定谔的猫
5年10个月前 修改于 5年10个月前
1楼
给力,仪表局神作,期待收货膜拜学习。

还有901V的频谱功能测试对比吗?
foxfive
5年10个月前
2楼
大赞,期待机器到手应用。
虎哥作者
5年10个月前
3楼
如果仔细调整的话,1MHz-6GHz的带内波动可以小于3dB甚至更小。
这台频谱仪和顶楼不是同一台,不能100%类比。
1.jpg
bg1pc1393
5年8个月前
4楼
2.0-6.5GHz载波相位噪声能到多少DB???
虎哥作者
5年8个月前
5楼
引用 bg1pc:
2.0-6.5GHz载波相位噪声能到多少DB???
实测数据见顶楼“输出的品质”等图。
bg1pc1393
5年8个月前
6楼
看到!!!多谢!!!
量子隧道
5年7个月前
7楼
锁相环输出的杂散,看起来主要是谐波失真。而奇次谐波相对偶次谐波较多。这很大的一个原因是PLL内部为了覆盖宽频段,采用了内部分频器输出而非VCO直接输出。分频器的输出在低频段比较接近方波而非正弦波。这带来了较大的奇次谐波。
我看到一些网络分析仪在PLL的输出加了分频段的滤波器,用来滤除高次谐波。不知这样做会有哪些好处?
从原理上,VNA的超外差接收机,在中频上是个窄带滤波器,DUT的高次谐波响应,不会出现在中频滤波器的通带内。除非DUT有非线性响应,把其他频率的差频落在了中频上,导致误测。或者DUT在谐波上的响应远远高过在基频上的响应,过大的谐波响应盖过了基频响应,导致动态范围下降。
另外想了解一下,KC901V的定向电桥是哪种结构?一般说来,带状线滤波器的低端响应不好,而电桥的高端响应不好。KC901V能覆盖如此宽的频率,应该是采用了组合结构。
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