使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀對放大器性能進(jìn)行分析
放大器的測試指標可以分為兩類(lèi):線(xiàn)性指標測試和非線(xiàn)性指標測試。線(xiàn)性指標的測試基于S參數的測量,采用常規矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀完成。對于非線(xiàn)性指標的測試,傳統測試方案采用頻譜儀加信號源方法,但這種方案有很多缺點(diǎn):1)無(wú)法實(shí)現同步掃頻、掃功率測試。2)不能進(jìn)行相位測量,如幅度相位轉化(AM/PM)測量。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/193993.htmRS ZVB采用創(chuàng )新的硬件結構,其輸出功率很高、功率掃描范圍寬,因而無(wú)需另外單獨使用前置放大器,一次掃描即可確定放大器功率壓縮特性。ZVB采用了強大的自動(dòng)電平控制設計以及高選擇性、高靈敏性的接收機,因而可在較寬的動(dòng)態(tài)范圍下進(jìn)行放大器的諧波測試而無(wú)需使用外部濾波器。
此外RS ZVB提供了豐富的測試功能和友好的操作界面,使得放大器的各種指標測試變得簡(jiǎn)單又直觀(guān)。
端口匹配特性測量
端口匹配特性主要測試端口的S11與S22參數。如端口1的S11參數等于反射信號b1與入射信號a1之比:
S11參數也可稱(chēng)為輸入反射因子。S11為復數,工程上通常用回波損耗(RL)和駐波比(VSWR)來(lái)表達端口的匹配程度。S11與這兩個(gè)參數的關(guān)系如下:
回波損耗 RL = - 20log(r),其中r = |S11|
駐波比
以上兩個(gè)參數與S11的換算由ZVB自動(dòng)完成,用戶(hù)只需要在[Format] 菜單中選擇[dB Mag]->回波損耗,[SWR]->駐波比,就可以顯示相應的測試曲線(xiàn)。
ZVB提供軌跡統計功能[Trace Statistics],可自動(dòng)顯示軌跡的最大值、最小值和峰-峰值,并且可以通過(guò)設置 [Eval Range],來(lái)調整統計頻率范圍。該功能對帶限器件(如濾波器)的帶內指標測試非常有用。
在電路設計的過(guò)程中,精確輸入阻抗信息對于設計人員更為重要。比如:在手機板設計中,設計人員要精確測試前端放大器的輸入、輸出阻抗,然后根據輸入、輸出阻抗信息設計對應的匹配網(wǎng)絡(luò ),達到手機的最大功率發(fā)射和最佳的整機靈敏度。輸入阻抗與S11的關(guān)系如下:
, 其中Z0=50Ω
用戶(hù)通過(guò)選擇[Format] 鍵中的[Smith]菜單顯示阻抗測試軌跡,通過(guò)設置Marker可以方便的測得每一頻點(diǎn)對應的輸入電抗和電阻。另外ZVB標配的虛擬加嵌功能,能模擬在輸入、輸出端口加上虛擬的匹配網(wǎng)絡(luò )之后整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能。該功能大大簡(jiǎn)化了設計人員的工作量,無(wú)需實(shí)際的電路調整,就能預測調整后的DUT性能。用戶(hù)通過(guò)選擇[Mode]菜單中的[Virtual Transform]來(lái)激活該功能。
傳輸參數測量
除了端口匹配特性的測量,放大器前向放大和反向隔離特性也可分別由測試S21和S12得到。前向的傳輸參數S21等于在端口2測得前向功率b2與端口1的激勵功率a1的比值:
而放大器的增益等于S21絕對幅度的對數值:
增益 Gain =
反向的傳輸參數S12等于在端口1測得反向功率b1與端口2的激勵功率a2的比值:
而放大器的反向隔離度等于S12絕對幅度的對數值:
隔離度 Isolation = -20log( |S12| )
用戶(hù)只需分別設置S21和S12的 顯示格式為dB([format] -> [dB Mag]),放大器增益和隔離度即可同時(shí)顯示在ZVB上。
功率壓縮特性測量
功率壓縮特性的測試主要用來(lái)衡量待測件(DUT)的線(xiàn)性度。對于放大器的測試,工程上通常采用輸出功率1 dB壓縮點(diǎn)(P1dB )來(lái)表征該特性。P1dB的定義為:隨著(zhù)輸入功率的增加,放大器的增益下降到比線(xiàn)性增益低1dB時(shí)的輸出功率值,如圖1所示。
ZVB不僅可以測量參數隨頻率變化的曲線(xiàn)還可以測量參數隨輸入功率變化的曲線(xiàn)。ZVB內置信號源可以提供非常大的功率掃描范圍,其典型值為60dB,而且60dB的功率掃描范圍完全由電子衰減器來(lái)實(shí)現而非采用傳統的機械步進(jìn)衰減器。機械式衰減器的幅度可重復度較差且使用壽命較短,所以ZVB特別適合測試有源器件的功率壓縮特性。
ZVB提供多通道(Channel)的測試功能,不同的通道可以設置不同的掃描方式,所以可以在一個(gè)通道內設置頻率掃描用于測試S參數,而在另一通道內設置成功率掃描用于測量功率壓縮特性,這樣調試人員就可以在調試放大器S參數的同時(shí),觀(guān)察放大器P1dB的變化。用戶(hù)可通過(guò)[Chan select]鍵,選擇[Add Channel + Trace +Diag Area] 菜單來(lái)增加一個(gè)測試通道,然后選擇[Sweep]鍵中的[Sweep type]菜單,選擇[Power]就可以進(jìn)行功率掃描測試。另外ZVB 在軌跡統計功能[Trace Statistics]中提供了自動(dòng)尋找增益壓縮點(diǎn)的功能[Compression Point],方便用戶(hù)快速讀值。
P1dB的測量涉及到S21隨著(zhù)絕對輸入功率變化的曲線(xiàn),而矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀通常用于S參數相對量的測量。為了提高其絕對測量精度,推薦使用的功率計對矢量網(wǎng)絡(luò )做功率校準。RS公司的NRP系列功率計可以通過(guò)USB接口直接和ZVB連接,從而省掉功率計主機和昂貴的GPIB卡。ZVB功率校準過(guò)程分成兩個(gè)過(guò)程:矢量網(wǎng)絡(luò )的內部源幅度校準和接收機幅度校準。在第一個(gè)過(guò)程中將功率探頭直接和矢量網(wǎng)絡(luò )的源端口連接,對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Souce Power Cal]。第二步將已校準的源端口和接收端口連接進(jìn)行接收機的校準,對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Receiver Power Cal]。
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