核心速览

美国专利US 11,846,663 B1，由Bradley等人申请，涉及一种远程多端口模块化矢量分析器系统及其使用方法。

研究背景

·  研究问题：本专利提出了一种系统和方法，用于整合多个单端口矢量网络分析器模块，这些模块可以位于彼此之间相当远的距离。研究旨在解决如何同步源信号与远程接收器、校准、操作、带宽减少、高隔离以及在太阳能或远程站点可靠供电的问题，使得VNA模块能够像集成在一个单一矢量网络分析器机箱中一样，使用共同的时钟进行设备测试（DUT）的特性分析。
·  研究难点：在多个地理位置分散的矢量网络分析器模块之间实现精确同步和高效数据传输是一大挑战。此外，确保系统在不同环境条件下的稳定性和可靠性，尤其是在太阳能供电或偏远地区，也是研究中需要克服的难题。
·  文献综述：专利中引用了多篇文献，包括Fujimura的5,245,291 A、Plesinger的7,482,976 B、Betts的10,145,930 B1、Pandya的10,473,704 B2和18/024,6153 A1、Jin的2016/0359330 A1、Ashrafi的2019/0198999 A1、Lang的2020/0256911 A1等，这些文献涉及了矢量网络分析器、信号同步、远程操作和相关技术的先前研究和应用。通过这些文献的引用，本专利展示了其研究在现有技术基础上的创新点和改进之处。

美国专利概述

·  专利信息：美国专利号US 11,846,663 B1，发明人为Donald Anthony Bradley、Paul William Davis和Aaron Roderick Miller，专利权人为Anritsu Company。
·  专利内容：涉及远程多端口模块化矢量网络分析器系统及其使用方法，包括多个单端口矢量网络分析器模块通过电缆连接，并与控制计算系统同步。
·  专利引用：引用了多篇先前的美国专利文献，包括Fujimura、Plesinger、Betts、Pandya和Jin等人的专利。

系统与方法

·  系统组成：系统包括多个单端口VNA模块，这些模块通过电缆连接，并与控制计算系统同步。每个VNA模块包含一个源和一组接收器，用于测量通过设备的信号。
·  同步与校准：系统提供了一种同步源信号与远程接收器的方法，包括校准、操作、带宽减少、高隔离度和可靠的太阳能或远程站点供电。
·  传输相位校准：系统还提供了适用于多端口模块化VNA系统的传输相位校准方法，适用于多个单端口VNA模块，这些模块彼此远离，并通过电缆连接。

技术细节

·  模块化VNA系统：系统包括两个或更多单端口VNA模块，通过电缆连接，并与控制计算系统同步。每个VNA模块包含源和接收器，用于测量通过设备的信号。
·  同步零延迟光纤连接：系统使用同步零延迟光纤连接，适用于仪器如多端口模块化VNA系统。
·  优化的PhaseLync DeltaPhi算法：系统提供了一种优化的PhaseLync DeltaPhi算法，适用于多端口模块化VNA系统，用于计算光纤或同轴耦合VNA或合成器之间的频率依赖相位延迟。

应用与优势

·  远程测量：系统允许在设备的输入和输出端口相距很远的情况下进行测量，解决了传统VNA无法连接远距离端口的问题。
·  高隔离度配置：系统提供了一种高隔离度配置，适用于多端口VNA系统，特别是在低频（<8 GHz）下，提高了动态范围。
·  分布式温度测量：系统能够通过一对导体测量多段电缆的温度，无需在特定位置使用多个温度传感器。

实施例

·  短距离设置：系统的一个典型配置适用于两个VNA模块之间的距离为5米或更远的情况，通过USB电缆直接连接到驱动PC。
·  长距离设置：系统还提供了一种长距离设置，适用于两个VNA模块之间的距离超过25米的情况，通过光纤扩展器模块连接。
·  太阳能电池备份：系统可以配备太阳能板为远程位置的电池充电，支持在没有市电供应的远程位置进行操作。

总体结论

·  创新性：本专利提供了一种创新的远程多端口模块化矢量网络分析器系统，解决了传统VNA无法连接远距离端口的问题，并通过同步、校准和操作方法提高了系统的性能。
·  实用性：该系统具有高隔离度配置和分布式温度测量功能，适用于多种应用场景，包括远程操作和太阳能供电，提高了系统的灵活性和适用范围。
·  技术优势：系统通过优化的PhaseLync DeltaPhi算法和同步零延迟光纤连接技术，实现了高精度和高稳定性的测量，为射频和微波设备的测试提供了可靠的技术支持。

多端口模块化VNA系统传输宽带信号的方法包括使用光纤连接来实现零延迟同步。具体来说，系统可以使用双绞线铜缆来传输活跃的射频400 KHz模拟中频、400 KHz参考/同步信号和忙/就绪信号。同步信号的方向由电缆中的单独线缆提供。所有单元共享忙/就绪线路，当所有单元准备就绪时，忙/就绪线路会被释放到高状态。这种方法允许信号在铜缆中传输，但存在信号耦合到外部屏蔽并进入使用仪器的环境的风险。因此，使用全双工光纤连接替代铜缆可以避免这些问题，并允许在多种应用中使用VNA模块，例如在高压测试站点，远程VNA模块及其光纤控制支持的多功能扩展器可以安装在距离地面数百万伏特的平台上。

此外，系统还可以通过降低驱动信号的频率来最小化带限介质中的信号损失。例如，通过使用简单的除以N计数器来降低频率以减少损失，然后在电缆末端将其乘回原来的频率。这种方法可以有效地在带宽有限的介质中传输宽带信号。

综上所述，多端口模块化VNA系统通过光纤连接实现宽带信号的传输，既解决了铜缆传输中的信号耦合问题，又通过降低频率的方法来减少带限介质中的信号损失。

远程宽带接收器实现同步的方法包括使用特定的同步信号和同步系统。具体来说，系统使用一个"Sync"信号来指示所有单元准备就绪，允许双向传输，其中任何单元都可以成为源，其他单元则成为接收源的接收器。这种复杂的安排需要本地振荡器（LO）、参考信号、同步信号和模拟到数字（A/D）输出的双向操作。"Sync"信号在Party Line配置中实现，所有单元监控Party Line等待它变为True状态。当所有单元准备就绪时，它们开始处理当前频率数据点的A/D输出。所有单元通过线"或"连接将"Sync"线置为False状态。

此外，系统可以使用光纤将接收器远程连接到源，距离可达5公里。源可以与单个远程接收器或通过菊花链连接的多个接收器一起使用。源和LO可以在菊花链中的任何位置，使用全双工连接，并使用专用的Party Line Sync信号通过菊花链连接接收器和控制器。

同步系统和方法提供了将一个VNA模块中的频率源与作为接收器操作的远程VNA模块进行相位同步。多个VNA模块接收器可以与同一个源同步。所有同步信号都是数字的。在某些实施例中，系统可以使用光纤将接收器远程连接到源，距离可达5公里。源可以与单个远程接收器或通过菊花链连接的多个接收器一起使用。源和LO可以在菊花链中的任何位置，使用全双工连接，并使用专用的Party Line Sync信号通过菊花链连接接收器和控制器。

最后，为了保持接收测试信号相对于源的参考信号的相位分量，需要将LO信号和A/D时钟信号通过电缆连接到传输端接收器。然而，实际考虑因素限制了在微波区域的LO信号不能延伸超过几米。因此，系统使用E/O和O/E转换器（例如SFP）将这些信号转换为光纤，允许源和接收器之间以及菊花链中每个接收器之间超过5公里的远程距离。

模块化VNA系统适合于多种测试环境，具体包括：

1. **远程测试环境**：模块化VNA系统允许将VNA模块放置在距离较远的位置，通过电缆连接，实现对设备的远程测试。例如，当设备的连接端口非常远，无法用短电缆连接到VNA时，模块化VNA系统可以提供解决方案。

2. **高电压测试站点**：模块化VNA系统可以应用于高电压测试站点，其中远程VNA模块及其光纤控制支持的多功能扩展器可以安装在距离地面电位数百万伏特的平台上。

3. **需要光纤连接的环境**：由于模块化VNA系统使用光纤连接，避免了铜缆连接可能带来的耦合问题，因此适合于那些铜连接不受欢迎的应用环境。

4. **需要长距离传输的应用**：模块化VNA系统支持通过光纤扩展器实现超过5米的长距离USB操作，允许在距离较远的位置使用USB仪器。

5. **需要同步和校准的复杂系统**：模块化VNA系统特别适用于需要同步、校准和操作的多模块VNA系统。

6. **需要减少仪器成本和提高测量准确性和重复性的场合**：模块化VNA系统通过减少仪器成本并提高准确性和测量重复性，适合于测试1端口射频和微波无源设备至43.5GHz。

7. **需要灵活配置的测试环境**：模块化VNA系统允许灵活配置，例如，通过菊花链方式连接多个模块，实现多端口矢量系统的操作。

8. **需要远程控制和通信的环境**：系统允许操作员在每个模块的现场进行通信，这对于系统配置和设置非常有用。

综上所述，模块化VNA系统适合于需要远程测试、高电压测试、光纤连接、长距离传输、同步校准、成本效益以及灵活配置和远程控制的多种测试环境。

多端口模块化VNA系统用于测量设备在测试（DUT）的特性，包括反射和传输系数等参数。这种系统特别适用于那些输入和输出端口相距较远的DUT，例如安装在建筑物中的同轴电缆或远距离的无线电链路。通过使用多个单端口VNA模块，这些模块通过电缆连接并由控制计算机同步，可以对远距离的DUT端口进行精确测量。此外，该系统还支持使用PhaseLync™技术，允许两个VNA模块物理上分离100米或更多，同时进行校准的矢量S参数测量。

| 功能 | 描述 |
| --- | --- |
| 测量类型 | 反射和传输测量 |
| 应用场景 | 远距离DUT端口的精确测量 |
| 技术支持 | PhaseLync™技术，允许模块间分离100米以上进行校准测量 |
| 系统组成 | 多个单端口VNA模块，通过电缆连接并由控制计算机同步 |
| 特殊测量 | 多段分布式温度测量，通过一对导体测量电缆组件的总体温度 |

通过上述表格，我们可以看到多端口模块化VNA系统不仅能够进行常规的反射和传输测量，还能够支持特殊的分布式温度测量，这在传统的网络分析仪中是难以实现的。

PhaseLyncTM技术支持两个VNA模块之间的同步，使得它们可以进行全2端口S参数测量。该选项支持两个VNA模块之间的同步距离达到100米或更远，从而使得这种配置能够应对需要在距离上进行矢量传输测量的应用。

此外，文档中还提到了使用光纤连接的长距离设置，其中两个或更多的VNA模块通过单一的组合PhaseLyncTM电缆连接，适用于25米及更长距离的设置。

因此，根据文档内容，PhaseLyncTM技术的最大物理距离至少可以达到100米。

矢量网络分析仪（VNA）模块由以下部分组成：

1. **信号源**：用于生成已知的激励信号。
2. **接收器组**：用于确定激励信号因被测设备（DUT）而产生的变化。
3. **测试端口**：用于将激励信号注入到DUT，并测量从DUT反射回来的信号以及通过DUT的信号。
4. **相位同步连接端口**：例如PhaseLyncTM端口，用于模块间的相位同步。
5. **多种连接接口**：包括USB端口、光纤SFP接口、电源连接器等，用于与外部设备连接和控制。
6. **指示灯**：例如LED指示灯，用于指示源激活状态、传输和接收信号活动等。
7. **内置软件**：用于控制VNA模块，提供图形用户界面进行手动测试编程和远程控制编程。

具体到文档中提到的VNA模块100，它还具有以下特点：

- **模块化设计**：支持作为单端口或双端口VNA使用。
- **频率范围**：从1 MHz到43.5 GHz。
- **测试点数量**：最多16,001个测试点，每个通道最多16个追踪显示图。
- **标记功能**：每个追踪可以有最多1250个标准标记和一个参考标记。
- **相位同步选项**：通过PhaseLyncTM技术，允许两个VNA模块相位同步，支持超过100米的分离距离进行校准的矢量S参数测量。