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。

RS 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]。