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KC901V型手持矢量网络分析仪/射频多用表

KC901V是一款通用射频多用表,主体功能是单端口矢量网络分析仪(VNA,S11),同时支持矢量的传输测试(S21标量和简易矢量)、简易频谱仪、场强仪、射频信号源、音频信号源等功能。KC901V具有专业实用性,并且,包括支持4小时连续工作的电池在内,体积仅1立方分米、重量仅1公斤,为用户带来全新的自由体验。

◆主要特点*
6.8GHz频率范围
1Hz频率步进
全数字中频
可靠的准确度和稳定性
强抗干扰能力
丰富的功能和轻便的设计

◆主要功能
传输测试(标量:调试滤波器,放大器,检验天线方向性,矢量:基本的相位变化趋势)
反射测试(矢量:调试阻抗匹配,检查天馈系统质量)
频谱显示和场强观测**(检验电台发射性能,查找干扰源)
单独输出某个频率点的信号

◆推荐应用
KC901V主要用于检测、调试射频电路和天馈线系统。在大多数频段,也可进行场强测量、干扰查找等工作。
这款仪器轻便而功能强大,能够把以前通过庞大的实验室仪器才能完成的测量工作轻松的转移到现场进行。901V是每个电子工程师都值得拥有的测试工具,也可作为专业通信工程、广播电视发射台技术人员的常备设备。
* 以公布的技术参数为准,** 非正式功能

KC901V_0720-1

◆901V与901S有什么不同
901V和901S在射频技术原理上是类似的,901V发扬了901S的技术成果。
901S采用半数字中频技术,其幅度检波乃模拟方式,鉴相器是数字方式。901V则采用全数字中频技术。基于这项进步,901V的迹线噪音比901S改善了至少10倍。
901V依然采用平衡电桥原理。但是,901V采用了全新的电桥结构,其高频定向性优于901S,且非线性效应比901S小。这就意味着阻抗测试的准确度有一定提高。
基于电桥的改进,901V能够支持低达9KHz的S11测量,且此时的定向性依然良好。
901V的频谱功能与S11功能共用一个端口,传输测试时的端口使用方式与901S相反。
901V的S21功能也是矢量的。尽管由于产品定位的原因,该功能只支持频率响应校准,但相比901S的标量传输测试而言,相位的引入能够提供更直观的趋势判断。
901V的频率范围是9KHz——6.8GHz,实际可以设定5KHz——7GHz范围内的频率(包括S11测量)。
901V的分析带宽(RBW)有四种选择,分别是1KHz、3KHz、10KHz、30KHz,频谱功能比901S强。

◆技术指标(仅供参考)

项目

测试条件

参数

备注

最低

典型

最高

频率范围 有效的

9KHz

6.8GHz

SPEC模式可设定的

0

7GHz

扫描范围 SPAN

1KHz

6.8GHz

扫描点数

450pt

3150pt

本机操作
频率分辨力 所有扫描类功能 1Hz 频谱仪等
所有单频点功能 0.1Hz 信号源等
电平分辨力 0.01dB
相位分辨力 0.01°
扫描速度 RBW=30KHz,每点 1.2ms
RBW=10KHz,每点 1.5ms
RBW=3KHz,每点 2ms
RBW=1KHz,每点 3ms
RBW=30K,450pt每屏 0.5s
输出电平 1MHz-5GHz -10dBm 0dBm 6dBm 1端口
1MHz-5GHz 0dBm 6dBm 10dBm 2端口
5GHz-6.8GHz -20dBm 0dBm 1端口
5GHz-6.8GHz -10dBm 6dBm 2端口
输出衰减 0dB 30dB
灵敏度 1MHz-5GHz -107dBm 1端口RBW=1KHz
5GHz-6.8GHz -94dBm
传输测量的可用动态范围 1MHz-1GHz 100dB 等效于收发通道隔离度
1GHz-2GHz 70dB
2GHz-6.8GHz 60dB
传输测量的幅度不确定度 直通校准后,插损L<60dB时 0.3+0.05L
插损的调零漂移 补偿的已有插损L<30dB时 0.05dB
电桥的绝对定向性 9kHz—1MHz 18dB 90%区间可信
1MHz—6.8GHz 20dB
S11的相对定向性 9kHz—3GHz 45dB 校准后,90%区间可信
3GHz—6GHz 35dB
6GHz—6.8GHz 30dB
回损的不确定度 直通校准后,3dB<RL<25dB时 1.5+0.1RL
相位的不确定度 100kHz—1GHz 反射系数ρ>0.25时
1GHz—3GHz
3GHz—6.8GHz

 

项目

测试条件

参数

备注

最低

典型

最高

端口的VSWR 端口2,1MHz-6GHz 1.5 静态值
端口1,1MHz-6GHz 2.0
本振泄漏 端口1 -60dBm

-10dBm

中频馈通抑制度 30dB
频率稳定度,每年 1ppm
电源电压 充电接口

11V

32V

交流电源适配器

105V

230V

内置电池

6.5V

8.4V

温度范围 正常使用

0℃

45℃

注2
允许使用

-40℃

65℃

湿度范围 持续开机状态时 0%

95%

注3
损坏电平

所有端口DC15V,+20dBm

外形尺寸

200×114×46mm(长×宽×厚)

质量 主机(含电池) 1.2kg
标准配置时整个包装 2.0kg

注1:除另有说明,指标均在中速模式、分析带宽(RBW)为10KHz、输出衰减为0、温度25℃,并经过用户校准时测得。少数偶然的或者永久性的异常数据段可能超出技术参数表的范围。
注2:电池供电时在该范围内取决于电池温度特性。在超出0…45℃范围时,应待设备预热稳定后重新校准。特别是在-40…-20℃范围内时,应经过至少5分钟的预热(且需保持运行状态)。由于设备本身的发热,其外壳温度可能高于环境温度20℃,在超过45℃的环境中,应避免烫伤。在接近65℃的环境中使用时,必须取下电池,否则电池温度可能超过85℃而引起危险。
注3:仅限于使用状态。在湿度高于80%的地方长期存储,必须采用防潮措施。

◆产品生产状态
量产、提供技术支持。

关于FFT实时频谱的几个基本概念

实时频谱图通常由快速傅里叶变换得来。我们知道,传统的扫描频谱在任一瞬间其实只能接收某个特定频率的信号,如果扫描到这个特定点的时候,该信号刚好没有出现,则会被遗漏。因此,不能用扫描频谱仪来捕捉快速跳频信号。当用来观察其它调制信号的时候,看到的也不是该调制信号的真实频谱。例如,对于单音调频信号,事实上任意瞬间,只存在一个频率。但是用扫描频谱来观察时,只有当信号的瞬间频率和频谱仪的瞬间频率恰好靠近时,才能被频谱仪检测。根据扫描速度的不同,同一个调频信号可以出现“多种”频谱。而实时频谱仪的数据来源,是整个通频带的IQ信号,该信号符合奈奎斯特定理,所以不会丢失任何信息。这样看来,只要偶发事件(例如一个跳频点)的持续时间,长于奈奎斯特定理规定的极限(二分之一采样率的倒数),那么实时频谱就必然能发现它。事实是这样的吗?

我们用有波形界的photoshop之称的音频编辑软件Adobe Audition(原来叫做cooledit)来加以演示。大家也可以自己装上这个软件玩一玩。

首先需要生成一个信号。我们生成的是1KHz和2KHz的双音。先用很高的采样率(1.2MS)来生成。

波形见下图

我们来对它进行一个傅里叶分析。采用凯撒窗口,FFT点数高达16384点。

这是FFT的结果。可以看到,频谱的频率分辨率非常糟糕,分辨率带宽(RBW)高达100Hz,请注意右侧的坐标。

这是因为采样率太高造成的。1.2M的采样率,FFT结果能实现0-600KHz的频谱,对于2KHz的信号,所占的比例就非常少,即使采用了1.6万点的FFT,也只能在很少的点上有反映,加窗以后,频率分辨率就非常低。
为了看到更清晰的谱图,必须减小RBW。方法是增大FFT点数,或者降低采样率。由于软件最大只能1.6万点,所以只剩下降低采样率一条路。考虑到我们的信号频率非常低,选用12KS的采样率就足够了。

生成新波形,依然是1KHz,2KHz双音。

对新波形做1.6万点FFT。可以看到,谱线非常细,与背景噪声的反差也不显著。通过降低采样率,的确显著的提高了频率分辨率。在1.2M采样率时,1.6万点仅仅相当于不到2毫秒,才覆盖了不到2个周期。而12K采样率时,同样的点数已经覆盖了200个周期。

把FFT的点数修改为1024点,可以看到反差显著的增加,且谱线变粗。

我们制造一个长度为0.1秒的事件,即在波形中,中断原有的信号0.1秒,插入3KHz的单音。

我们用1.6万点来做FFT,得到下面谱线。请务必注意横坐标,插入的事件长度为0.1秒,但受影响的时间高达2秒。在这两秒内,中断的1KHz和2KHz单音从未消失,新出现的3KHz单音虽能显示,但是不论宽度还是幅度,都是错误的。这就说明,1.6万点FFT的时间分辨率极低,尽管它有很好的频率分辨率。
由于这种谱线是不正确的,所以并不能认为实时频谱“发现了”3KHz的事件。

把FFT点数修改为1024点。谱线显著的变胖了,也就是说频率分辨率降低。从横坐标来看,时间分辨率提高了,而且有一瞬间,1KHz和2KHz单音基本消失,而3KHz单音比较突出的显示出来。1024点对应的时间长度大约为0.1秒,可以认为对于12KS采样率来说,1024点是能够基本正确的分辨0.1秒事件的最大点数。

其实1024点的幅度依然不够准确。因为1024个采样点,有很大可能包含了事件还没发生时的数据,也有很大可能包含了一些事件已经结束后的数据。如果FFT是一段一段逐步进行的,那么,如果希望这1024个点总有一次只包含“纯净”的事件,那么事件长度至少应当是1024个点所占时间的2倍,也就是0.2秒。反过来看,如果只有512个点,就能符合这个2倍关系,如下图。

当然,如果不想过多的降低FFT点数,还有一个办法是不要以总点数为分段,而是用类似“先进先出”的方法。比如,一次新加入128个采样点,吐掉128个采样点。这样做的后果是FFT的次数会增加8倍(如果总长度为1024的话),增加8倍的计算量。但是它能提高出现“纯洁”事件的概率。这就是“重叠帧”技术。当重叠帧的“重叠”量无限增大时,就能把上述2倍关系,变成刚好1倍。当然不可能无限重叠,根据DSP或者FPGA的运算速度,通常只能做到50%重叠帧。
下面的图是更小的FFT点数的结果。
128点

64点,可以看到频率分辨率严重降低,已经到了快要分不清三个频率的地步,但时间能够更精确的表现。

下图是采用了矩形系数更好的汉明窗的结果(128点)。调整不同的窗函数能够稍微改善频率分辨率,但是很明显,底噪增加了。

另外构建一个更短的事件,这次是1ms。

对它做1.6万点FFT。注意横坐标,此时,完全看不到3KHz的事件,而1KHz和2KHz的断点也完全无法看到。整个底部都受到了污染。

用少一些的点数看看。

这是能分清双音的极限(64点)。在图中,可以知道发生了事件,但是通过这个图,无法对事件的性质进行任何判断。因此可以认为该频谱仪对0.01秒的事件其实无能为力。

最后,我们可以定义实时频谱仪的时间分辨率,它是考虑重叠帧后,一次FFT较上一次FFT所新吞吐的原始数据所代表的时间长度。而100%捕获时间(POI)指标,是考虑重叠帧以后,能够“纯净的”落在一次FFT长度之内的事件的最短时间。

上述两个概念都有一个前提,事件必须能被显示器用不同灰度或颜色区分开。显示器的刷新率是有限的,通常最多也就60帧左右。而短的FFT点数意味着FFT的次数极多,可能每秒上百万次。这样多的次数即使能被显示,人眼也看不见。为了解决这个问题,人们用显示器的第三个维度——亮度或者颜色来代表FFT谱线在同一位置出现的多少,从而发明了余辉显示技术。

用降低FFT点数的方法能够显著提升时间分辨率和捕获概率,但是,会显著的恶化频率分辨率(分辨带宽,RBW)。如果一个频谱仪标出1μs的100%POI,而此时FFT点数是128点(对于40M带宽而言,频率分辨率1.5MHz)——那么基本上就是在用单个奇高的指标来耍流氓了。

上面是用波形分析软件进行的演示。对于HDSDR和SDR#这样的SDR软件,它的FFT本身就不是连续的,两次FFT之间会丢弃大量的原始数据,即使是连续的扫频信号,也会被显示成间断的点,因此不能用于这样的演示。

关于天线分析仪抗干扰能力和校准结果的两个误区

1、在交流中,不少朋友执意认为,天分必须发射功率大才准确,否则电磁干扰会让驻波读数虚大。

事实:只有古老的宽带检波方案的天分才会遇到这个问题。现代天分都是变频(或取样变频)以后经中频滤波,窄带检波的。外部干扰如果极大,可能阻塞第一混频器,导致驻波虚小。同频强干扰会表现为毛刺,并不影响对整体驻波状况的测量,除非发生中频馈通。因此,发射功率只要不是很小(例如:小于1微瓦),与抗干扰能力没有必然关系。抗干扰能力其实主要取决于第一混频器的压缩点和中频滤波器的选择性,当然,还有整个通道的动态范围,这与衡量超外差接收机的方法一致。

为了避免干扰别人,输出功率最好小一些。根据某些国家的法规,功率不能高于10dBm,或3dBm。

下图是目前主流天线分析仪的信号框图。红色线条是干扰窜入的路径,紫色文字是应该采用的应对办法。在噪声允许的前提下,还可以增大混频器前的衰减来提升抗干扰能力。

AA

2、不少朋友坚持认为,天分经校准以后,阻抗点应该位于史密斯图的正左面或正右侧中心点。

事实:同轴连接器都有关于界面的规范。对于N型母连接器来说,界面是外导体内侧的一圈台阶,而不是芯针的结合面。对于N型公头来说,界面位于屏蔽环(不是外螺套)顶部。对于SMA连接器来说,界面位于外导体的分界面,即:公连接器在外导体(不是螺套)的顶部,母连接器在外导体内侧的台阶。
没有哪个接插件是以芯针的结合面为界面的(除了平面型连接器芯针其实和外导体共面)。
对接插件进行相位校准时,应当校准至界面。由于常用接插件的界面并不在接插件的表面,所以开路/短路时,其阻抗在史密斯图上的点,除了低频外,不在正左侧或者正右侧。如果在正左侧或者正右侧,说明校准错误。

附图:N型连接器界面

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关于KC901故障定位(DTF,TDR)功能的说明

KC901S/V可以支持简单的故障定位功能。该功能是时域分析的一种衍伸,它能够测量传输线在不同距离上的回波损耗或驻波,有利于判断天馈系统的性能状态,协助查找不良点的位置。

故障定位功能不是免费的,具体而言,在2015年7月20日之前发货的所有设备中都没有这个功能;在2015年7月20日之后发货的设备中,存在两种情况:

1)以全价采购的设备,标配该功能。

2)以社区成员(包括正式的无线电爱好者)特惠价采购的设备,除非单独选购,没有标配该功能。

对于在2015年7月20日之前以全价采购设备的用户,我局免费分发授权码,可以联系原经销商获取。其他暂未获得授权的用户,如果需要单独选购该功能,请与原经销商洽谈。

如果您有兴趣自己DIY时域功能,可以用存储卡或者上位机连机读取S11的测试数据,然后在电脑上自己编写一套傅里叶或Z变换的程序来求取。在这里可以下载KC901S的编程手册:http://www.measall.com/?p=304

开启故障定位功能的方法

1)对于KC901S,需要确认设备的软件版本是否在1.3以上(KC901V的所有版本都支持)。可以通过FUNC菜单的ABOUT选项查看。如果版本低于1.3,请先按照此处的指示升级固件:http://www.measall.com/?p=336

2)按FUNC按键,进入系统设置界面。按SHIFT按键,使显示屏右上角出现SHIFT提示。然后,按数字键8,将出现验证界面。如下图。

FuncSet_00_01_05 10_39_38

3)在这里输入授权码,确定。如果授权码正确,设备将提示成功。然后,请重启设备。重启以后,在ABOUT页面,将看到OPT001选件已经开启。

FuncSet_00_01_05 10_46_49

如何使用故障定位功能

按MODE按键,可以看到功能菜单多了“故障定位”或“DTF”选项。进入以后的操作与S11功能是类似的,通过fomat(显示方式)选项选择时域驻波或回损功能,不同之处主要是:

1)SPAN按键用于设置横坐标的量程。在软菜单上可以选择数据的单位,如果选择“米”或“千米”,则显示不同距离的回损;如果选择“纳秒”或“微秒”,则以显示不同时间上的回损。需要注意,距离是单程的距离,是信号路程的一半;而时间则是真实的时间,是信号一去一回两次通过传输线的时间。

2)在时域驻波模式,AMP键用于改变纵坐标的量程(三档,1.2,1.5,∞)。下图是将量程调整到1.5时的界面。

S11TDR_VSWR_00_01_05 10_42_42

3)频率参数中只需设置中心频率,扫宽是自动的。在图形区域的右上角显示了真实的扫宽,以及光标对应的频率。在时域测试中测得的驻波总是对应于某个频率,在读数时可以关注光标的频率。如果测量效果不明显,可以适当改变量程(45m以上)或变动中心频率。在测试某些很粗的馈线时(如大功率广播发射机所用的5英寸空气线),必须设置较低的中心频率,例如500MHz,否则扫描范围的高端会超过馈线的截止频率,得到错误结果。

S11TDR_Loss_00_01_05 10_41_38

4)系数K是指速度系数,即信号在电缆中传播的速度与光速的比。在电缆中,信号的传播速度总是小于光速的,根据传输线理论,该速度几乎完全取决于介质的介电常数。通常对于硬聚氯乙烯电缆,K≈0.67,对于发泡介质的馈管,K≈0.83,对于大功率广播发射机常用的空气线,K≈0.95。通常电缆厂商会给出速度系数,如果无法从厂商获取该数值,请先使用KC901S和卷尺,测量一截相同型号的电缆的电长度和实际长度,计算得到速度系数。如果将K设置为1.000,测得的是电距离,并不是实际距离。

5)如果量程设置得小于电缆的实际电长度,可能造成混叠,表现为出现虚假的驻波峰值(或较小的回损)。因此,请预估电缆的电长度,务必把量程设得比电缆更长。

 

关于单端口SOL机械校准件的探讨

作为社区产品,选择机械校准件是明智的:它能够达到一般的精度要求,成本也不算太高,并且可以由我们出图,委托接插件厂加以制造。

目前KC901S支持SOL矢量校准和T标量校准,T校准可以由用户在测试现场采用适当的直通件完成,我们需要考虑提供SOL校准的标准件,即短路、开路、匹配负载标准件。

由于频率只到3G/6G,只需要采用一支匹配负载。按照准确测量到1.10的驻波的要求,负载标准件的指标选35dB就够了,当然,越高越好。按这个要求,我们买回了世界知名厂商的通用负载进行筛选,发现HS公司的一款通用负载有超过50%的比例能够满足要求,在2G以下频率甚至远远高于要求。我们也买了许多国产号称校准用的负载进行测试,均达不到HS的这款通用负载的水平。

对于更高频率(6GHz以上),用单个负载很难达到35dB以上的回波损耗。在机械校准中,通常的办法是使用滑动负载,随着负载的滑动,在阻抗圆图上会画出一个很小的圆圈。求取这个圆圈的中点,可以认为该点是理想的无穷大回损,从而以此为标准来修正仪器。

关于开短路器,有两种基本的类型:普通开短路器和偏置开短路器。

对于短路器来说,指标很容易控制,是否偏置不会有多大的差别。

开路器的终端电容对性能有一定影响。偏置开路器的终端电容是频率的函数,可以用一个自变量为频率的3阶带常数多项式来表示,从而自测量结果中扣除。而普通开路器由于将被校准端口的芯针视为终端,其终端电容就比较随机,不同的端口不一样,难以预测和扣除。比如,开槽芯就和无槽芯不同,六瓣的和四瓣的不一样。所以,普通开路器的误差要大一些。

但是还要考虑两个问题。首先,普通开短路器的制造工艺简单,而偏置开短路器的制造工艺复杂,电长度补偿也是比较麻烦的。其次,即使制造了偏置开路器,其电长度、补偿多项式如何求取也是一个问题,如果不能低成本的准确控制(每只都要测量,拟合,编号登记,附加成本很高),有多大意义就要打个问号。

经过综合权衡,我们认为采用普通开短路器比较合适,其指标能够达到3GHz/6GHz以下天馈线分析的要求,成本适中。

借鉴A记的经验,经济型校准套件85032B/E采用普通开短路器,在3GHz以内相位不确定度能控制在1.5-1.8度。标准套件85054、85032F采用偏置开短路器,其指标只略高一点。事实上对于天馈分析,校准件本身的误差贡献相当有限,别说1.8度,能做到10度以内就皆大欢喜了。

两种类型的套件国内都有仿造,普通开短路器的仿品成本很低。下图是一个国产开路器,仿造的是85032B。

国内也仿造了85032F、85054B的偏置开短路器,下图是一支进口的偏置短路器

检验校准件机械精度的仪器是界面规。下图是用界面规校准量器。

然后可以检测国仿偏置开短路器的机械精度。看起来,还不错。

这一支要差一点。该偏置开短路器的镀金层厚度低于0.02μm,使用几次以后就会露出基层。

国仿的普通短路器马马虎虎。因为这东西做工很糟,我只买了一个,如果多买几个的话,想必每一个都不一样。

我们打算把开短路器做在一起,做成一字型标准件,方便携带(类似85032E,图纸自己画)。按照国内能够达到的最好工艺水平加以要求,品质可以远超过山寨85032B。

KC901S要修正标准件的电长度,如果采用普通标准件,都填5.26,在1G以下没有可以察觉的影响,1G以上的影响同仪器本身的不确定度在同一数量级。对于工程和一般匹配调测用途是足够的。

经过设计、试制,2015年6月初定型了KC951011型N型开短路器。该标准器核心采用整块不锈钢加工而成,界面连续、精确,没有国产校准件常见的压接缝隙,指标优良。经表面处理,耐磨性好,寿命长。

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原则上,用什么接口连接待测器件,就要用什么样的校准件。常见的标准器还有N型阴性、SMA-m/f,大型天线工程中可能还会用到L29型连接器。由于M型连接器只适合500MHz以下低端应用,通常没有厂商为其制作标准件。科创仪表局目前暂未研制其它型号的标准器,将来如果用户需求量较大,会考虑研制N阴、SMA或L29标准器。

如何正确测量天线的阻抗

在一般天线制作中,由于阻抗关系到天线的匹配,也就关系到天线的驻波,所以,通常把驻波调小,阻抗也就基本正确了。在天线的工程检验中,通常也只需要关心驻波比就可以了。

但是在研制、生产天线时,为了明确调试的方向,提高调试的速度和精度,需要测试天线的阻抗。

阻抗和驻波不同,通常说的驻波是标量参数,它与相位没有什么关系。而阻抗是矢量参数,它与相位有直接的关系。测阻抗其实就是测反射的相位,相位测量的准确度关系到阻抗的准确度。

但是,我们通常很难把天线的馈电点直接连接到仪器上,只能把仪器接在馈线的另一端。而馈线是有长度的,信号经过馈线,相位就会变化。例如,10MHz的信号,波长是30米。这个信号经过电长度为7.5米的馈线,相位就要移动90度。在测试时,信号两次经过了馈线,相位就会移动180度。通俗的说,如果天线是容性的,测出来就是感性。如果天线是感性的,测出来就是容性。

馈线长度较短时,相位移动会少一些,造成的误差减少。但是,短波天线架设得一般都比较高,馈线总是比较长的。即使1米长的馈线,在10MHz也会导致30度左右的总相移,测试结果仍然是完全错误的。可不可以用电长度为二分之一波长的馈线来让相位刚好转360度,从而消除影响呢?原理上当然没问题,但是,准备二分之一的馈线是件麻烦事,其次,由于每个频率的波长不一样,所以只有特定频率能刚好转360度,也就是说测试结果只能在特定频率有效。

测试天线的阻抗时,就必须要想其它办法。以下是一个例子:

首先看相位,测馈线电长度。如果有条件把馈线从天线上取下最好,如果不能取下,找远离天线谐振点的频率来读取就行了,这里测得馈线电长度约5.29米。注意两个光标,刚好转过720度(两个周期),期间的频差长即为电长度。

如果要求严格的话,可以再测出馈线的损耗。如果能用双端口法最好,如果不方便,也可以用单端口,取损耗的较小处,这里测得约1.1dB@109MHz(光标2)。

然后我们先看看假设不消除馈线影响,得到什么结果(天线是144MHz的)
这是圆图

这是阻抗(黄色曲线为电抗,蓝色为保持的阻抗模)

如果不牢记“有馈线则不准”原则,很容易被上述错误的数据欺骗。

现在我们来把馈线消掉。首先把刚才测得的馈线电长度和损耗(回损的二分之一)告诉仪器

然后得到基本正确的测量结果。
这是修正以后的相位,可以看出周期性的转圈(锯齿)消失了,在非谐振频率,相位基本算平坦(小的波浪是用电缆补偿无法消除干净的,这是因为除了天线的反射以外,线路上还有其它反射。如果要完全消除,需要在电缆末端进行校准)

这是修正以后的圆图

这是修正以后的阻抗

差别很大吧!如果按照没有修正的结果来调试天线,就有可能南辕北辙了。

用馈线补偿的方法来消除误差,可以得到基本准确的结果,能满足一般需要。如果想精确的消除馈线影响,可以在馈线末端校准,正规的矢量天线分析仪都带有校准功能。

这篇文章之所以没有用校准的方法来消去馈线,是为了更直观的体现馈线对相位的影响及其消除的原理。在制作天线时,原则上应该在天线的馈电点测量。以前这种测量很困难,现在不必真的在馈电点去测,就能够推算出在馈电点测量时的数据。如果天线前面存在巴伦或阻抗变换器,也可以在巴伦或者阻抗变换器的端口上测量,但最好的办法是把仪器接在这些变换器前面,然后在变换器后面进行校准。校准正确的情况下,短路或开路反射相频特性应当是一个比较稳定的角度。 此时再接到天线的馈电点,就能反映真实的情况。

KC901H标量网络分析仪开源图纸资料

KC901H是一款深受喜爱的标量网络分析仪,开始于2010年,历经波折,定型于2012年中(详见http://www.measall.com/?p=64)。该仪器是90系列仪器的第一个产品,也是手持网分的第一代产品。KC901H是我国有史以来最成功的社区仪器,也是我国第一个采用众筹方法运营的通用仪器作品。它的推出,为我国电子爱好者和业余无线电爱好者的创作提供了强有力的支撑,将相关科技爱好领域的水平推进了一大步。

KC901H是科技爱好者们自己的产品,有数十位HAM和仪器发烧友在产品尚未定型、具体性能指标和上市时间都还是未知数的情况下,积极参加众筹,促进了产品的完善。由于我们初次组织仪器开发工作,经验和水平有限,且开发期间正好是社群内部观念冲突剧烈,人员更替最频繁的时期,产品存在大量不完善、不合理、可以改进的地方。三年来,广大爱好者和专业用户提供了大量建议,推动了2014年底开始的全面改进升级工作,并最终诞生了KC901S。

为了便于广大爱好者借鉴和合作创作,仪表局在立项之初就计划将KC901H的资料开源,并且于2012年开源了早期产品KC9500(又名FDF500)的资料。KC901H的问世告诉人们这类产品是有市场的,因此很快发现个别中国人、中国公司抄袭、破解产品,有的甚至边抄边诋毁,挫伤了大家的开源积极性,因此推迟到目前才决定公布KC901H的电路资料。尽管相关程序的烧录文件和源代码没有列入这次的开源计划,但也将在不久的将来公开。

下载链接:

射频组件

KC901H-RB (145Kb)

控制组件

KC901H-MB (95Kb)

结构展示图

KC901H open  (60Kb)

内蒙古呼和浩特网友王志安先生2012年初设计的开机图片

901at

KC901S/C软件升级方法及ROM包下载

KC901S具备远程升级功能,仅需要将网上下载的ROM包存入TF(micro SD)卡,按本说明操作,即可完成升级,无需其它设置。下面详细介绍操作步骤:

1、适用版本

原软件版本1.2(含)以上均具备远程升级功能。此处是指软件版本,在FUNC-ABOUT里面可以查看。其它地方显示的版本号与此无关。

原软件版本1.2(不含)以下的设备,不具备远程升级功能,第一次升级需返厂,返厂后将更新底层固件,从而支持远程升级功能。

原软件版本1.2.2(含)以下的KC901S,只支持4GB以内的TF卡。1.2.2(含)以下版本,只有返厂升级底层固件,才能支持4GB以上的TF卡。

2、升级步骤

(1)、请在本文末尾 (www.measall.com/?p=336),下载最新ROM包。

(2)、在下载完成后请将RAR格式的ROM包解压缩,确认文件名及后缀为:901SRom.bin。将此ROM包拷贝进TF卡根目录。然后将TF卡插入位于KC901S右侧的TF卡插槽中。

(3)、关闭KC901S,然后同时按下KC901S最上方软菜单按键的后三个按键(从左往右数的第3.4.5个按键)。

在三个按键同时按下后,短暂的按一下[CS]按键,并保持软菜单右三个按键不松开,直到出现固件升级界面。

(4)、若步骤3操作成功,则会出现升级固件界面,并询问是否需要升级。选择YES,等待升级完成。

(5)、升级完成后,KC901S会提示完成,按YES键以后,设备自动重启并正常运行。

注意:请不要在升级过程中进行拔下SD卡、插入USB等操作。

3、异常处理

在升级不顺利的情况下,KC901S可能会返回错误提示,也可能出现:界面停留、完全黑屏、无法开机、背光亮但无显示等异常现象。请相信不论何种情况,设备都不会发生损坏。在确保步骤2.1、2.2已经完成的情况下,可以从头开始升级。即:按下右上三个按键并保持,然后按下[CS]按键1秒以上,松开[CS]按键后稍等几秒或十几秒钟(此时仍要持续按住右上角的三个按键),直到系统再次进入升级界面。

早期产品在冬天低温下升级发生异常的概率较高,必要时可加热设备到30~40℃再升级。

下面将错误提示一一说明:

(1)、Could not find the SD card,please insert SD card!
说明:此时KC901S并没有找到TF卡,请重新拔插再试。

(2)、SD card file system error!
说明:此时KC901S发现SD卡上的文件系统损坏,请在电脑上用读卡器格式化TF卡,并按照步骤重新升级。

(3)、Could not find the update file!
说明:此时KC901S没有找到ROM包,请确保TF卡中已经载入ROM包并已经修改名称为901SRom.bin。

(4)、Error occurred while writing data in application memory!
或者:Written Data in flash memory is different from expected one!
说明:此错误通常是校验失败引起,请确保仪器电源正常并重启尝试升级。

4、ROM包下载

901SRom2-2-4 (2.2.4版本,下载包大小553kb,解压后大小619kb,2017-06-09发布)

2.2.4版本修复了频谱功能的显示错误,增加了键盘输入频率等参数时的单位显示,优化了用户体验。

901SRom(2.2.1beta) (2.2.1beta版本,下载包大小549kB,解压后大小615kb,2016-08-12发布)

2.2.1beta版本(2016-08-12发布)修复了上一版本存在的有关用户校准数据保存方面的BUG。

2.2.0beta版本(2016-7-13发布)修复了业已发现的显示异常方面的BUG,增加了直角坐标显示模式下,扫描超过450点时,保存所有点到TF卡的功能(生成.kcd数表文件,可以用记事本编辑)。2.2.0beta版本与早期发布的版本在远程控制规约方面有根本不同,根据以前版本的编程手册编写的上位机控制软件将无法兼容使用,必须根据新的编程手册(2.1版)修订通信接口函数。新的通信规约主要考虑上位机软件开发的便捷性,不再兼顾人工命令行操作。除必须使用根据旧版编程手册业已开发的上位机软件的情况外,建议所有需要用到远程控制功能的用户升级到2.2.0版本以后再开发上位机程序。

901SRom(2.0.6)(2.0.6版本,下载包大小539KB,解压后大小605KB,2016-1-21发布)

2.0.6版本(2016-1-21发布)开放了音频信号源在进行FM调制时,允许用户调整输出幅度的功能。音频信号源的允许频率范围,由原来的200MHz修改为2GHz,其中高于200MHz的信号由DDS混叠产生。设置为最大幅度时,实际输出幅度随着频率的提高(50MHz以上时)而迅速降低,在430MHz约为-60dBm,在1575MHz约-110dBm(50Ω负载时。音频信号源的设定电压是在1KΩ负载上标定的)。极客用户经总结规律并外接衰减器,可以用于接收机灵敏度的调整。该版本还增加了气压数据的修正功能,在FUNC界面下,通过SHIFT+7进入。

2.0.5版本(2016-1-1发布)修复了MARK功能菜单中,C=M功能与CENT/SPAN设置冲突的BUG。

2.0.4版本(2015-11-18发布)主要修复了IP设置界面每次修改只能保存一行设置的BUG,优化了设置项目,添加了MAC地址的显示。另外对英文界面的部分用语做了调整。建议所有用户及时升级。

2.0.3版本(2015-11-11发布)修复了部分批次设备在冷机状态下容易发生不明原因死机的问题,修改了一些小BUG,提高了系统的稳定性。如果曾遇到过寒冷状况下开机后不明原因死机,建议升级到该版本。出厂程序为2.0.1、2.0.2版本的用户,暂时不必升级。

2.0版本(2015-10-30发布)是一个Beta版本,在以前1.3.2版本基础上做了50多项改进,增加支持校准数据的存储和调用,并支持V1.2版本硬件新增的网口通信功能。请序列号为225380-225392的用户务必升级,否则音频信号源功能会出现异常。由于beta版可能存在较多BUG,建议其他用户等待正式版本发布以后再升级。请序列号225开头的用户注意如下二级功能:键盘“3”是SAVE AS,即存储时可以自己设定文件名;键盘“.”是SAVE CAL,存储用户校准数据;键盘“0”是READ CAL,用于读取用户校准数据。如果发现影响使用的BUG,可以降回1.3.2版本。

901SRom1.3.3(1.3.3版本,下载包大小517KB,解压后大小584KB,2015-10-10发布)

1.3.3版本(2015-10-10发布)修复了901C型在开启故障定位选件以后,发生故障定位功能死机、重启的问题。其余与1.3.2版本相同。原有版本为1.3.2的用户,如果需要开启故障定位功能,请务必先升级固件。

901SRom (1.3.2版本,下载文件包大小518KB,解压后大小585KB,2015-07-20发布)

1.3.2版本(2015-07-20发布)修复了3000MHz的异常点;修复了1.3.0版导致的授权逻辑错误;对连机控制功能做了较大改动(详情请见1.3版本的编程手册);优化了部分其它功能。

1.3.1版本(2015-07-10发布)增加了光标Marker的直接指定频率功能,如果所指定的频率无法对应到扫描点,自动选择最接近的扫描点。还增加了读取存储时的重叠显示功能,便于将存储数据与测试数据进行比较。修复了读取存储时偶尔发生死机的问题,以及一些小BUG。

1.3.0版本(2015-07-03发布)增加了驻波模式的放大比例以及修复了一些BUG;调整单机运行时的扫描点数最高限值为3150点;增加对OPT001选件(故障定位)的支持,购买该选件的用户需升级到1.3.0以上版本。此外还对通信规约进行了修订,第一版编程手册部分失效,随后我们会发布新版本的编程手册。

1.2.5版本(2015-05-23发布)修复了以前所有版本存在的,如果扫描点数超过3600点,在圆图模式无法进行用户校准的问题,以及调整了英文界面的个别用语。

1.2.4版本(2015-05-17发布)修复了以前所有版本可能引起个别设备(约5%)长期工作时出现显示错乱的漏洞;对于部分功能,加入了错误数据判断机制,提高了结果可信度。

1.2.3版本修正了1.2.0-1.2.2版本由于信号源功能内部数据错误导致仪器锁死在开机界面的问题,以及一些小BUG。

请注意:原软件版本为 1.2.0-1.2.2的设备,务必及时升级

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KC901S网络分析仪相关文档

本页面包含KC901S的用户手册、编程手册、应用指南等文档,将随着文档的增加而不断更新。

用户手册中文版(试行) 2015年3月31日发布

KC901S中文用户手册 *试用版说明书仅供参考,此后制造的设备可能有所不同。

在社区的帮助下,KC901S的设计师们已经为通俗易懂做了大量努力,具备基础知识的用户只需使用一两天就能熟悉。因此,本手册不再像我社以往出版的手册那样详细讲解每个功能的设置,而是只对需要说明的特殊之处进行阐述。

ruletest

本手册包括:安装指南、快速操作指南、技术说明等部分。

用户手册英文版(试行) 2015年6月20日发布

KC901S User manual v0.2(1.46Mb)

Designers have tried their best to make users understand easily. Users who have some basic knowledge can handle it in a short time. Therefore, this manual does not demonstrate every detail as usual, but only explains some points that are special.

编程手册中文版

编程手册2.1版 (810kb) (适用于2.1、2.2版本的软件,2016年7月13日发布)

2.1版本的编程手册较以前版本根本不同。自2.1版本软件开始,远程通信功能不再考虑人工命令行操作,仅考虑计算机编程操作的便捷性,根据上位机软件开发的特点,废止了原有通信规约,启用了新规约。对于根据早期版本编写的上位机操作程序,应当修改其通信接口函数,方可适用于2.1以上版本的软件。

编程手册2.0版 (672kb) (适用于2.0版本的软件,2015年11月28日发布)

编程手册1.3版 (208kb) (适用于1.3版本的软件,2015年7月20日发布)

编程手册试行版(209kb)(适用于1.2以下版本的软件,2015年5月5日发布)

*试用版手册仅供参考,将来设备可能变更协议、操作流程。

包含联机方法、指令表和控制说明。

试用版手册完全适用于1.2版本的下位机程序。1.1,1.1.1版本的程序,在输入方面的容错性较低。1.1.2及以前版本的程序,不支持3.3.1、3.3.2、3.3.3节指令中参数4的SS模式(设置起始频率和终止频率)。1.1.3及以前版本的程序,不支持3.2.8节的“电缆衰减对应的频率”,在3.3.1、3.3.2、3.3.3节指令中,不支持扫描点数point=1。

1.3版本的手册完全适用于1.3.2版本的下位机程序。1.3.0、1.3.1版本的程序,在握手方法方面略有不同,在返回数据方面,采用(0x00)进行数据对齐。

即将发布:KC901S编程手册英文版本(试行)。

KC901S单端口矢量网络分析仪(已停产)

KC901S是一款正规的矢量天线分析仪。它支持单端口矢量网络分析和双端口标量网络分析,同时扩展了频谱、场强和信号发生器等便利功能。KC901S具有专业实用性,并且,包括支持5小时大负荷工作的电池在内,体积仅1立方分米、重量仅1公斤,为用户带来全新的自由体验。
◆主要特点*
3GHz频率范围
1Hz频率步进
可靠的准确度和稳定性
二次变频,抗外部干扰
丰富的功能和轻便的设计
◆主要功能
传输测试(标量:调试滤波器,放大器,检验天线方向性)
反射测试(矢量:调试阻抗匹配,检查天馈系统质量)
频谱显示和场强观测**(检验电台发射性能,查找干扰源)
单独输出某个频率点的信号
◆推荐应用
KC901S主要用于调试各种射频电路,例如滤波器、放大器、分路器、合路器,测试输入输出阻抗,评估天馈系统质量,探测设备各级的信号幅度。在大多数频段,还可进行场强测量、干扰查找等工作。
这款仪器能够有效提高作业效率、降低携运负担、改善作品品质。901S是每个电子工程师都值得拥有的测试工具,也可作为专业通信工程、广播电视发射台技术人员的常备仪器。
* 以公布的技术参数为准,** 非正式功能
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图:KC901S研发过程中的样机外观(产品可能略有不同,仅供参考)

KC901S与KC901H有什么不同
KC901H是一款深受喜爱的标量网络分析仪产品,定型于三年前。三年以来,广大用户提出了大量宝贵建议。
KC901S传承了KC901H的优点,做了较大改进,绝大多数建议得到了积极响应。他们的主要不同是:
1、外观的明显区别,KC901S采用了更舒适的键盘,同时集成度提高,体积缩小,长度比KC901H减少近3厘米。
2、功能的区别,KC901S的S11功能全面支持矢量测试,反射测量的各项性能大幅提升,另外还增加了低频信号源功能(频率低至3Hz)。
3、频率范围的区别,KC901S的S11功能可以有效使用到低于300KHz的频率,KC901H的S11功能只能有效工作到1.5MHz。
4、数据接口的区别,KC901H没有数据接口,KC901S具有USB接口和microSD存储卡,可以方便的存取测量结果。
5、用户体验的区别,KC901S采用了FPGA处理高速数据,操作流畅度有根本性的提升;软件采用了KC新一代平台,更易使用。
6、续航时间更长,KC901S在最大功耗模式下,电池可续航4小时(可选配5.5小时),同时重量还减轻了大约200克。
7、内置气压计/海拔高度表。
其它除个别指标外,均显著优于KC901H(参见技术参数表)。
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图:KC901S研发过程中的样机正在接受-45℃低温考验

技术参数(仅供参考,以正式版发售时发布的为准)
频率范围:
传输测试 100kHz……3GHz
反射测试 250kHz……3GHz
音频信号 3Hz……10MHz
输出电平(典型值):
+3dBm或2mW(射频1MHz—3GHz)
内置射频可变衰减器:0—30dB
0.05-1.5V(音频3Hz-1MHz)
输入灵敏度:
优于-107dBm或1μV(300KHz—2GHz)
优于-87dBm或10μV(2—2.8GHz)
损坏电平:
所有射频端口DC10V,+20dBm
S21测试范围(典型值):
100dB(1MHz—1GHz,在100KHz处约60dB)
70dB(1——2GHz)
60dB(2——3GHz)
分辨力:
频率1Hz,电平0.01dB,相位0.01°,气压0.1hPa,高度0.1m。
电平不确定度(典型值,@25℃):
±1.5dB(频谱测试,REF=20dBm时),±3dB(频谱、场强模式)
±(0.5+0.05L)dB(S21测试,直通校准后,插损L≤60dB时)
+1dB,-3dB(loss,矢量SOL校准,-3dB≥RL≥-25dB时)
绝对定向性(90%区间优于该值):
18dB(3MHz—15MHz,2GHz——3GHz)
20dB(15MHz—2GHz)
相对定向性(矢量SOL校准后,校准件回损优于48dB,90%区间)
45dB(3MHz—2.5GHz)
30dB(1MHz—3MHz,2.5GHz—3GHz)
20dB(300KHz—1MHz)
相位不确定度(预热1分钟,连续运行模式,反射系数>0.5,典型值)
2°(30MHz—1GHz)
6°(1GHz—2.5GHz,3MHz—30MHz)
8°(2.5GHz—3GHz,300KHz—3MHz)
阻抗测试
Z和R范围:0-999Ω
X范围:±0-999Ω
可以显示1000-9999Ω的值,仅供参考
不确定度(25-200Ω,100-1000MHz,典型值):±(2.5%+5)Ω
端口特性(静态)
输出端口SWR:约1.8
输入端口SWR:约2.0
进行传输测试时,外置10dB衰减器可将驻波改善至1.2以内。
频率稳定度:
±1ppm/year@25℃,初始设定准确度:±0.5ppm
气压计
气压范围 300-1100hPa
气压不确定度 3hPa(0~45℃)
海拔高度范围 -100—9000m
测量速度
2ms/点,扫描一屏约需1秒(慢速,450pt)
仪器可以设置更快的速度,但误差增大。用户可以根据对速度的需求和对准确度的需求权衡选择。
电源电压:
11.5V……32V(外接电源);6.5……8.4V(电池)
105V……230V,50/60Hz(电源适配器输入)
电池续航时间(满装电池,典型值,@15℃):
7小时(频谱、场强、信号源);
5小时(S21或S11,包括插损测试)
20小时(STOP状态,显示屏亮度10%)
允许工作的温湿度范围:
-20……65℃(外接电源时,电池供电时在该范围内取决于电池温度特性)
温度降至-10℃以下时,失锁告警被触发,仪器会自动减慢测量速度,不影响测量。
温度降至-30℃以下时,液晶屏需要预热。
升温至85℃,海拔表故障,屏幕可能出现花纹,降至常温以后,可自行恢复正常。
超出0……45℃范围使用时,应使用连续运行模式,预热1分钟,进行用户校准,并应做好劳动保护,避免冻伤、烫伤。
10%……90%R.H.,无凝结
外形尺寸:
200×114×46mm(长×宽×厚)
质量(包括电池):
主机净质量:小于1.2kg
包装总质量:约2.0kg
说明
可能存在永久的或偶然的异常数据点,这些异常数据点的不确定度劣于公布的指标。
工厂检验指标严于公布的技术参数;设计指标严于工厂检验指标;不排除有少量异常点;
推荐检定周期为1年。
生产状态
停产(2017年4月30日)
提供技术支持至2019年12月31日。
替代型号:KC901S+射频万用表(http://www.measall.com/?p=709)