面向非射頻測試工程師的射頻測量技術(shù)基礎

　　射頻頻譜或射頻信號分析儀——射頻工程師的示波器

　　頻譜或矢量信號分析儀利用窄帶檢測技術(shù)在頻域內測量射頻信號。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關(guān)系，包括絕對功率和相對功率。這種分析儀還可以輸出解調信號。

　　頻譜分析儀和矢量信號分析儀沒(méi)有像功率計那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術(shù)使其能夠測量低達-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

　　頻譜和矢量信號分析儀可以測量的信號頻率從1kHz到40GHz（甚至以上）。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見(jiàn)的分析儀的頻率達到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標準就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

　　矢量信號分析儀是增加了信號處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號的幅值，而且能夠將信號分解成它的同相和正交分量。矢量信號分析儀可以將某些調制信號進(jìn)行解調，例如一些由移動(dòng)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)LAN設備和基于其他一些新通信標準的設備所產(chǎn)生的調制信號。矢量信號分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調制質(zhì)量（例如誤差矢量幅度）的計算度量。

　　傳統的頻譜分析儀是掃描-調諧式設備，因為其中的局部振蕩器要掃描一個(gè)頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內每個(gè)單位頻率上的功率分量。矢量信號分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內的數據進(jìn)行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。

　　評價(jià)矢量信號分析儀性能的關(guān)鍵指標在于它的測量帶寬。一些新的高帶寬通信標準，例如WLAN和WiMax，需要捕捉帶寬為20MHz的信號。要想捕捉并分析這些信號，分析儀必須具有足夠大的帶寬才能捕捉到整個(gè)信號。如果測試高帶寬、數字調制的信號，那么要確保分析儀的測量帶寬能夠充分捕捉到所測的信號。

　　頻譜分析儀可以用于檢驗待測發(fā)射機是否產(chǎn)生了正確的功率頻譜。如果設計工程要求測試某些失真分量，例如諧波或寄生信號，那么就需要采用頻譜分析儀或矢量信號分析儀。類(lèi)似的，如果設計者關(guān)注器件的噪聲功率，那么也需要使用這樣的射頻分析儀。其他一些需要頻譜分析儀或矢量信號分析儀的例子包括：測試互調失真、三階截斷、功率放大器或功率晶體管的1dB增益壓縮、器件的頻率響應等。

　　測試那些涉及數字調制信號的發(fā)射機或放大器就需要使用矢量信號分析儀，對調制信號進(jìn)行解調。矢量信號分析儀

　　能夠測量出某個(gè)器件產(chǎn)生了多大的調制失真。解調過(guò)程是一個(gè)復雜、計算密集的過(guò)程。能夠快速進(jìn)行解調和測量計算操作的矢量信號分析儀就可以大大縮短測試時(shí)間，降低測試成本。

　　射頻信號源

　　所有的射頻信號源都能產(chǎn)生連續（CW）射頻正弦波信號。某些信號發(fā)生器也能夠產(chǎn)生模擬調制射頻信號（如AM信號或脈沖射頻信號），矢量信號發(fā)生器采用IQ調制器產(chǎn)生各種模擬或數字調制信號。

　　射頻信號源進(jìn)一步可以分成很多種，包括固定頻率CW正弦波輸出源、掃描輸出一個(gè)頻段非固定頻率CW正弦波的掃頻源、模擬信號發(fā)生器以及增加模擬和數字調制功能的矢量信號發(fā)生器。

　　如果測試需要激勵信號，那么就需要射頻信號源。射頻信號源的關(guān)鍵指標是頻率與幅值范圍、幅值精度和調制質(zhì)量（對于產(chǎn)生調制信號的信號源而言）。頻率調諧速度和幅值穩定時(shí)間對于減少測試時(shí)間也是非常關(guān)鍵的。

　　矢量信號發(fā)生器是一種高性能的信號源，通常結合任意波形發(fā)生器一起產(chǎn)生某些調制信號。通過(guò)任意波形發(fā)生器可以使矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生任意類(lèi)型的模擬或數字調制信號。這種發(fā)生器可以在內部產(chǎn)生多種基帶波形，在某些情況下，也可以在外部產(chǎn)生某種基帶波形然后載入到儀器中。如果測試規范要求被測的

　　元件、設備或系統按照待測設備最終使用中的處理調制方式進(jìn)行測試，那么這種情況下通常需要使用矢量信號發(fā)生器。

　　如果測試規范需要進(jìn)行接收器靈敏度測試、誤碼率測試、相鄰信道抑制、雙音互調抑制、或雙音互調失真的測試，那么也需要使用射頻信號源。雙音互調測試和相鄰信道抑制測試需要兩個(gè)信號源，接收器靈敏度測試和/或誤碼率測試只需要使用一個(gè)射頻信號源。

　　如果待測器件是用于移動(dòng)電話(huà)的，那么測試者可能要根據移動(dòng)電話(huà)標準的需要進(jìn)行調制信號類(lèi)型的測試。移動(dòng)電話(huà)功率放大器需要結合調制信號源（例如矢量信號發(fā)生器）進(jìn)行測試。在選擇某種矢量信號發(fā)生器之前，要評估一下該信號發(fā)生器在不同調制信號之間的切換速度，以確保其能夠提供最快的測試時(shí)間。

　　網(wǎng)絡(luò )分析儀

　　除了頻譜分析儀和矢量信號分析儀，第三類(lèi)分析儀就是網(wǎng)絡(luò )分析儀。網(wǎng)絡(luò )分析儀包含一個(gè)內置的射頻信號源和一個(gè)測試射頻器件的寬帶（或窄帶）探測器。網(wǎng)絡(luò )分析儀以x-y坐標、極坐標或史密斯圓圖的形式輸出顯式器件的特性。

　　從本質(zhì)上來(lái)看，網(wǎng)絡(luò )分析儀測量的是器件的S參數。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀可以提供幅值和相位信息，可以以很高的精度判斷這些器件在某個(gè)寬頻段上的傳輸損耗與增益。通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，還可以測量出回波損耗（反射系數）和阻抗匹配，進(jìn)行相位測量和群延遲測量。

　　網(wǎng)路分析儀主要用于分析諸如濾波器和放大器之類(lèi)的元件。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò )分析采用的是未經(jīng)調制的連續波，分析儀的校準十分重要。利用制造商提供的校準工具包可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )分析儀的校準。

　　由于網(wǎng)絡(luò )分析儀在一臺儀器內集成了信號源和測量功能，而且分析儀具有較寬的頻率范圍，因此這類(lèi)儀器的價(jià)格比較昂貴。