高級回復：矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀PNA-X超越S參數測試

　　對于基本的S參數和壓縮測試，信號源和接收器調諧到相同的頻率。不過(guò)，通過(guò)使信號源和接收機頻率偏移，將接收機調諧至激勵頻率的整數倍，也能測出放大器的諧波性能。使信號源和接收機頻率偏移的能力同樣可以測量頻率轉換器件（如混頻器和變頻器）的幅度、相位和群延遲性能。

　　上述這些測量通常是使用連續波進(jìn)行激勵（CW）的，而許多器件要求使用脈沖射頻測試，即測試信號必須以特定脈沖寬度和重復頻率進(jìn)行選通。

　　傳統VNA有兩個(gè)測試端口，這在大多數射頻器件只有一個(gè)或兩個(gè)端口時(shí)可滿(mǎn)足需要。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的快速增長(cháng)，三個(gè)或四個(gè)端口的器件已經(jīng)非常普遍，因而四端口網(wǎng)絡(luò )分析儀也和二端口網(wǎng)絡(luò )分析儀同樣會(huì )被普遍使用。

簡(jiǎn)化放大器和混頻器測量

　　利用二端口或四端口時(shí)，PNA-X與傳統VNA結構相比有四大改進(jìn)：

* 兩個(gè)信號源：第二個(gè)內部信號源與第一個(gè)信號源的頻率和功率電平設置是相互獨立的。第二個(gè)信號源可用于非線(xiàn)性放大器測試如互調失真（IMD），或用作測試混頻器和變頻器的快速本地振蕩器（LO）。
* 寬帶信號合路器：內部信號合路器可以在儀器的相關(guān)測試端口耦合器之前將兩個(gè)源合并在一起。這便簡(jiǎn)化了需要兩個(gè)信號源的放大器測試設置。
* 信號切換和接入點(diǎn)：輔助開(kāi)關(guān)和射頻接入點(diǎn)能實(shí)現靈活的信號路徑選擇，并增加外部信號調理得硬件（如推動(dòng)放大器）或外部測試設備（如數字信號發(fā)生器或矢量信號分析儀）。
* 脈沖測試能力：內部脈沖調制器和脈沖發(fā)生器提供完全一體化的脈沖S參數解決方案。

　　這些改進(jìn)簡(jiǎn)化了測試設置過(guò)程并在測量放大器、混頻器和變頻器時(shí)縮短了測試時(shí)間。 這些新增加的特性結合在一起極大地擴大了對被測器件（DUT）進(jìn)行一次連接可以實(shí)現的測量范圍。 圖2示出一個(gè)對放大器的S參數、增益壓縮和相位壓縮及固定信號IMD進(jìn)行同時(shí)測量的實(shí)例。

　　
 
圖2.顯示表對放大器的S參數、壓縮和IMD進(jìn)行同時(shí)測量的PNA-X實(shí)例。

　　兩個(gè)內置信號源的性能增強也會(huì )簡(jiǎn)化放大器和混頻器測量。例如，測試端口可利用的最大信號功率通常為+13至+20 dBm（取決于型號和頻率）。這對將放大器驅動(dòng)到非線(xiàn)性區很有幫助，并且在把信號源用作測試混頻器的LO信號時(shí)也經(jīng)常要這樣。這兩個(gè)內置信號源的諧波成分也非常低（通常為–60 dBc 或更低），從而提高諧波和IMD測量的精度。此外，典型置為40 dB的功率掃描范圍使得在表征放大器的特性時(shí)很容易就可以讓放大器從線(xiàn)性工作范圍轉化到非線(xiàn)性工作范圍。

解決各種測量問(wèn)題

　　雖然VNA只需一個(gè)射頻源就可以測量元件的S參數、壓縮和諧波，但增加第二內部信號源則可以對更為復雜的非線(xiàn)性特性，如IMD，進(jìn)行測量，特別是當這兩個(gè)源與網(wǎng)絡(luò )儀內部的信號合路器配合使用時(shí)尤其如此。

　
 
圖3.針對IMD測量配置的二端口PNA-X框圖。

　　對于IMD測量，使用信號合路器將兩個(gè)信號合并，然后送到被測放大器（AUT）的輸入端。圖3示出PNA-X如何使用內部信號源和合路器來(lái)完成此過(guò)程。

　　AUT的非線(xiàn)性會(huì )引起與被放大的輸入信號一道出現的互調分量。在通信系統中，這些多余的分量將進(jìn)入工作頻帶且不能通過(guò)濾波去除。實(shí)踐中，只測三階分量，因為它們是造成系統性能下降的最重要因素。

　　圖4示出一個(gè)用PNA-X完成的掃描IMD測量實(shí)例。兩條居中跡線(xiàn)顯示激勵信號，下方兩條跡線(xiàn)顯示IMD分量。最上方的跡線(xiàn)則是利用了PNA-X特別有優(yōu)勢的公式編輯特征計算并顯示的三階截獲點(diǎn)（IP3）。

　
 
圖4.掃頻IMD測量的PNA-X實(shí)例。

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　　在掃描狀態(tài)下進(jìn)行IMD測試的一個(gè)非常有用的改變是對功率電平而不是對頻率進(jìn)行掃描，這有助于研發(fā)工程師們建立晶體管和放大器非線(xiàn)性行為模型。在圖5顯示的測量結果中，您可以看到基頻信號以及三階、五階和七階互調分量的幅度和相位隨輸入功率的變化而變化的情況。

　
 
圖5.PNA-X進(jìn)行功率掃描IMD測試的實(shí)例。

　　與其它方法相比，使用VNA進(jìn)行以上測量有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，只用一臺測試儀器，只進(jìn)行一次連接便能對全部參數進(jìn)行測量：S參數、增益壓縮、輸出諧波、IMD等等。其次，與使用頻譜分析儀相比，用功率計對VNA進(jìn)行校準之后，測量精度更高。最后，如果使用一臺頻譜分析儀和兩個(gè)獨立的信號源進(jìn)行同樣的測試，完成測試需要花幾分鐘的時(shí)間，但使用PNA-X只需0.6秒。

　　相位與驅動(dòng)的關(guān)系是用PNA-X很容易完成的另一種常見(jiàn)的雙信號源測試。這個(gè)測試參數表征的是當在相鄰通道或帶外存在大信號時(shí)，放大器處理小信號的能力。測試的方法是把不同頻率的一個(gè)大信號和一個(gè)小信號合在一起然后送至被測放大器（AUT），然后在改變大信號的功率時(shí)（使用功率掃描），測量小信號的S21相位。

　　另一種使用雙信號源技術(shù)、在建立晶體管和放大器非線(xiàn)性行為模型時(shí)會(huì )用到的參數是“熱態(tài)S參數”（準確地說(shuō)是“放大器工作狀態(tài)下的S參數-譯者注）”，這種測試方法用來(lái)表征在某一給定頻率下，當存在一個(gè)比較大的偏離于S參數測試信號的另外一個(gè)輸入信號，并且被測放大器的輸出因為這個(gè)大信號的存在而產(chǎn)生壓縮時(shí)，放大器小信號S參數的特性。在進(jìn)行熱態(tài)S參數測試時(shí)，一定要十分小心，不要讓被測放大器輸出的“熱信號”超出了矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試接收機的損壞電平。

測量平衡元件

　　平衡電路既能降低對電磁干擾的敏感度和又能降低電磁干擾的產(chǎn)生。平衡元件可以是在三個(gè)射頻端口的平衡-單端器件或有四個(gè)端口的平衡-平衡器件。用四端口VNA很容易對這些元件進(jìn)行測試，可以測量差模響應和共模響應以及模式變換項。

　　這些測試可以用單端激勵或真實(shí)模式激勵來(lái)完成。單端法是每次只測試一個(gè)DUT端口（只需要一個(gè)射頻源）并對差模響應和共模響應以及交叉模式特性進(jìn)行數學(xué)計算。這是最快且精確的技術(shù)，條件是外加功率電平應使AUT保持在線(xiàn)性或適度壓縮的工作區。

　　在高驅動(dòng)電平條件下測試放大器的平衡性能時(shí)，如果仍然使用單端測量的方法，非線(xiàn)性特性會(huì )引測量結果的嚴重誤差，這就需要真實(shí)（差分或平衡）模式激勵。這種方法將兩個(gè)幅度相同的信號以180