阻抗匹配电路在滤波器测试中的应用

摘要 为解决扫频仪日趋老化带来的某型非标准阻抗滤波器测试问题，通过设计阻抗转换器实现了用网络分析仪对滤波器的测试。介绍了扫频仪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HP E5100B替代扫频仪JW1252W测试滤波器的实现方法，以及阻抗匹配电路的原理及其在滤波器测试中的应用。实验证明，用网络测试仪测试数值一致性好、操作简单、精度高、减少了工作量、降低了成本。
关键词 扫频仪；网络分析仪；滤波器；阻抗匹配

某型导航设备带通滤波器为20世纪80年代初设计定型的产品，输入输出阻抗为非50 Ω标准阻抗，工作频率150～1 749 kHz，分为I～Ⅵ这6个波段，配套的测试仪表——扫频仪JW1252W由于年代久远，器件老化，故障率高，经常延误生产进度。为寻求可替代的仪表进行滤波器测试，对现有仪表主要技术指标进行分析后，选用矢量网络分析仪HP E5100B对滤波器进行了测试。

1 两种仪表的工作原理
1．1 扫频仪工作原理
扫频仪由扫频信号发生器、频率标志电路、显示器及外部检波探头组成，如图1所示，扫频信号发生器是正弦信号发生器，为扫频仪提供激励源。频率标志电路产生具有频率标志的图形，以便于测量者能在荧光屏上直接读测出某一点的频率值或某一段曲线的频率绝对值，显示器实际是一个工作于X—Y方式的示波器，显示测量波形。

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2所示。

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 两种仪表的区别
扫频仪与矢量网络分析仪都是测试网络的幅频特性，二者测试原理基本相同。两种仪表的输入输出阻抗50 Ω，扫频仪输出端用高阻探头进行测试，被测件的输出阻抗不影响测试值。由于配套网络分析仪的高阻探头低端频率只能覆盖到300 kHz，不能满足测试要求，市面上配套网络分析仪的低频高阻探头已濒临淘汰，而且价格昂贵，因此采用阻抗转换方法实现滤波器的测试。由于网络分析仪输出端用50 Ω高频电缆进行测试，被测件的输出阻抗必须为50 Ω，否则影响测试的真实性。解决网络分析仪的阻抗匹配问题，是用网络分析仪替代扫频仪的关键。
两种仪表的显示方式不同，扫频仪显示的是包络信号，通过移动频标可从频率显示窗口上读出所需频率值；网络分析仪则显示的是信号源经被测网络后的波形，通过计算得到被测网络的频率值，并显示到屏幕上，测量结果更直观。