专利：Apparatus for extending the bandwidth of vector network analyzer receivers
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日期：2024-12-28
核心速览
美国专利US 7,683,633 B2涉及一种用于扩展矢量网络分析仪接收器带宽的装置，该装置通过在射频源路径上增加一个或多个集成或远程反射计接收器来实现。
研究背景
· 研究问题：矢量网络分析仪（VNA）是一种基于反射计的电子仪器，用于测量被测设备（DUT）如电气网络、组件、电路或子组件的频率响应。VNA使用频率扫描源、定向耦合器和一个或多个提供比率化幅度和相位信息的接收器。定向耦合器广泛用于VNA中，用于分离入射波、反射波和通过DUT的波。然而，传统的耦合器带宽有限，这限制了VNA的带宽。
· 研究难点：为了设计宽带VNA，需要定向耦合器在宽频率范围内具有良好的波分离性能。但是，现有的耦合器技术存在带宽限制，这使得设计宽带VNA变得具有挑战性。
· 文献综述：本专利引用了相关的美国专利文献，包括Cannon等人于1989年发布的专利4,816,767 A和Dunsmore等人于2003年发布的专利2003/0125894 A1，这些文献涉及了相关的网络分析技术。
美国专利概述
· 专利名称：用于扩展矢量网络分析仪接收器带宽的装置
· 发明人：Karam Michael Noujeim，来自美国加利福尼亚州森尼韦尔
· 专利权人：Anritsu Company，位于美国加利福尼亚州摩根山
· 专利号：US 7,683,633 B2
· 专利授权日期：2010年3月23日
· 专利申请号：11/853,716
· 申请日期：2007年9月11日
· 相关美国申请数据：临时申请号60/862,180，申请日期为2006年10月19日
技术领域
· 发明主题：本发明涉及网络分析仪，特别是用于扩展矢量网络分析仪（VNA）接收器带宽的装置。
发明背景
· 矢量网络分析仪（VNA）：VNA是一种基于反射计的电子仪器，用于测量被测设备（DUT）如电气网络、组件、电路或子组件的频率响应（幅度和相位）。VNA使用频率扫描源或激励、定向耦合器以及提供比率化幅度和相位信息（如反射和传输系数）的一个或多个接收器。
· 定向耦合器：在VNA设计中，定向耦合器用于分离入射波、反射波和通过DUT的波。定向耦合器将信号功率从主线上分离出来，其波分离特性是VNA设计的基础。然而，根据现有技术的耦合器带宽有限。
发明内容
· 系统组成：本发明的系统包括一个信号源、信号源路径、一个与信号源路径通过定向耦合器交互关联的反射计接收器，以及一个或多个沿信号源路径排列的附加反射计接收器，这些附加反射计接收器通过一个或多个相应的附加定向耦合器与信号源路径相关联。定向耦合器和一个或多个相应的附加定向耦合器在不同的频率范围内工作。
· 扩展带宽方法：通过使用一个或多个集成和/或远程反射计接收器，这些接收器沿射频（RF）源路径排列，除了VNA反射计接收器外，可以扩展VNA的运行带宽。系统中的反射计接收器被激活，当其耦合器的频率范围落在扫描RF源的频率范围内时。
专利权利要求
· 权利要求1：一种用于测量电气网络频率响应的系统，包括信号源、信号源路径、与信号源路径通过定向耦合器交互关联的反射计接收器，以及一个或多个沿信号源路径排列的附加反射计接收器，这些附加反射计接收器通过一个或多个相应的附加定向耦合器与信号源路径相关联。
· 权利要求2：系统中定向耦合器的频率范围与附加定向耦合器的频率范围重叠。
· 权利要求3：系统中定向耦合器的频率范围与附加定向耦合器的频率范围级联。
· 权利要求4：反射计接收器被配置为在与信号源路径相关联时提供中间频率信号。
· 权利要求5：系统进一步包括一个或两个处理器和/或显示器，用于接收中间频率信号。
· 权利要求6：信号源被配置为生成射频（RF）信号，系统还包括一个本地振荡器，用于将信号源的RF信号混合到中间频率（IF）信号。
· 权利要求7：系统中的一个反射计接收器和一个附加反射计接收器通过开关与信号源路径相关联。
· 权利要求8：开关由硬件和/或软件控制。
· 权利要求9：系统中的组件被集成到一个装置中。
· 权利要求10：信号源和反射计接收器被集成到一个装置中，而附加反射计接收器则远程于装置。
· 权利要求11：一种用于测量电气网络频率响应的系统，包括信号源、信号源路径、一个与信号源路径通过定向耦合器电磁连接的反射计接收器，以及一个或多个沿信号源路径排列的附加反射计接收器，每个附加反射计接收器通过一个相应的附加定向耦合器电磁连接到信号源路径。
· 权利要求12：定向耦合器的频率范围与相应的附加定向耦合器的频率范围级联。
· 权利要求13：反射计接收器被配置为在与信号源路径连接时提供中间频率信号。
· 权利要求14：系统进一步包括一个或两个处理器和/或显示器，用于接收中间频率信号。
· 权利要求15：系统进一步包括一个与信号源路径相关的反射计接收器的本地振荡器，该振荡器与信号源同步。
· 权利要求16：第一个反射计接收器和附加反射计接收器可以通过开关与信号源路径连接。
· 权利要求17：开关由硬件和/或软件控制。
· 权利要求18：系统中的组件被集成到一个装置中。
· 权利要求19：信号源和第一个反射计接收器被集成到一个装置中，而至少一个附加反射计接收器则远程于装置。
· 权利要求20：一种扩展矢量网络分析仪（VNA）运行带宽的方法，包括将射频（RF）源通过包括一个或多个附加反射计接收器的RF源路径连接到测试对象，其中第一个反射计接收器在第一个频率范围内工作，一个或多个附加反射计接收器在相应的频率范围内工作，至少一部分第一个频率范围与一个或多个附加反射计接收器的相应频率范围不重叠，以便在比第一个频率范围更宽的频率范围内测量频率响应。
总体结论
· 发明意义：本发明通过在射频源路径上集成和/或远程附加反射计接收器，扩展了矢量网络分析仪的运行带宽。这使得能够测量比传统VNA反射计接收器更宽的频率范围内的电气网络频率响应。
· 应用前景：该发明对于需要在宽频带范围内进行精确测量的领域具有重要意义，如无线通信、雷达系统和高频电子设备测试等。
· 技术优势：本发明的系统和方法通过级联不同频率范围的定向耦合器和反射计接收器，提高了VNA的频率响应测量能力，同时保持了系统的整体性能和稳定性。
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