面向非專業(yè)的射頻測量技術(shù)基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)分析儀

除了頻譜分析儀和矢量信號分析儀，第三類分析儀就是網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀包含一個內(nèi)置的射頻信號源和一個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(biāo)、極坐標(biāo)或史密斯圓圖的形式輸出顯式器件的特性。

從本質(zhì)上來看，網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的是器件的S參數(shù)。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寬頻段上的傳輸損耗與增益。通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，還可以測量出回波損耗(反射系數(shù))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的元件。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)分析采用的是未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波，分析儀的校準(zhǔn)十分重要。利用制造商提供的校準(zhǔn)工具包可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)。

由于網(wǎng)絡(luò)分析儀在一臺儀器內(nèi)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，因此這類儀器的價格比較昂貴。

典型應(yīng)用

需要同時使用四種主要的射頻測試儀器的一個應(yīng)用實例就是功率放大器(PA)的測試。

信號源可以提供輸入信號，功率計或頻譜分析儀可以測量輸出功率。如果精度非常重要，例如在測量最大功率時，那么就需要使用功率計進(jìn)行輸出測量。

PA的輸入匹配對于從事射頻發(fā)射器的設(shè)計者來說是一個關(guān)鍵參數(shù)。放大所有供給PA的功率，不因反射而損耗實際的功率，這是非常重要的。因此，PA制造商都會指明并測量PA的回波損耗(即S11)，這是網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量出的。另外，如果僅僅需要測量標(biāo)量幅值，那么可以通過一個耦合器將一個信號源和一個頻譜分析儀(或功率計)結(jié)合起來，測量反射功率的幅值。相比使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來看，這種方法唯一的缺點就是配置過程更加復(fù)雜，需要使用額外的無源射頻元件。對于回波損耗標(biāo)量的測量，功率計能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的功率測量。

對于輸入阻抗與輸出阻抗(一般為50歐姆)不匹配的負(fù)載，PA向這樣的負(fù)載傳輸功率的能力是衡量該PA在真實條件下性能的一個重要指標(biāo)，因為在真實條件下負(fù)載(例如天線)不一定恰好具有50歐姆的特性輸入阻抗。在這種情況下，非 50歐姆的電阻負(fù)載就會切換到該PA的輸出端。這種負(fù)載將迫使PA輸出高達(dá)20:1的VSWR(理想匹配的情況下，50歐的負(fù)載將會得到將近1:1的 VSWR)。PA必須能夠正確工作，在存在大量反射功率的情況下為負(fù)載提供一些功率。

某些輸出測量需要進(jìn)行頻譜分析。用于廣播或移動電話領(lǐng)域(或者其他符合FCC規(guī)定的應(yīng)用)的射頻PA要求在PA工作頻道的相鄰頻道內(nèi)不能產(chǎn)生多余的功率。對相鄰信道功率、互調(diào)失真和諧波失真的測量就是測量PA在真正傳輸信道之外所產(chǎn)生的功率。對于這些測量而言，動態(tài)范圍、在存在大信號(例如載波信號)的情況下測量小信號的能力就成為頻譜分析儀的一項重要指標(biāo)。例如，如果某個PA的指標(biāo)表明它的相鄰信道功率(對于某類調(diào)制機制，或者對于某種特殊的移動電話標(biāo)準(zhǔn))是60dBc(載波下分貝)，那么該頻譜分析儀的動態(tài)范圍(在所需的測試條件下)必定比諧波功率、相鄰信道功率或互調(diào)分量的最小容許功率至少大6dB。

鄰信道功率必須采用調(diào)制信號進(jìn)行測量，也就是說必須考慮信號源的鄰信道性能。信號源的鄰信道功率輸出必須比功率放大器產(chǎn)生的最大容許鄰信道功率至少小6dB。

對于諧波的測量，分析儀的頻率范圍必須比該PA的最大工作頻率(3dB帶寬頻率)大三倍，以充分捕捉最大工作頻率的三次諧波功率。此外，頻譜分析儀的動態(tài)范圍和本底噪聲必須至少比待測值低6dB，才能很好的測量三次諧波分量;必須具有合理的信噪比，才能實現(xiàn)精確和可復(fù)現(xiàn)的測量。諧波測量顯示的是PA產(chǎn)生的失真大小。過多的失真會對調(diào)制性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

當(dāng)不同頻率的信號或不同頻率的信號分量成為PA輸入時，互調(diào)失真就決定了PA產(chǎn)生了多少失真。產(chǎn)生這樣的測試信號需要兩個信號源。而一個雙輸出的信號源是不夠用的，因為它的兩個輸出信號之間沒有充分的隔離。信號源會產(chǎn)生自身的互調(diào)失真，這會導(dǎo)致過高放大器失真測量，帶來測量結(jié)果的錯誤。

針對移動電話市場和某些市場領(lǐng)域(例如WLAN應(yīng)用)而設(shè)計的PA也經(jīng)常要進(jìn)行調(diào)制質(zhì)量的測試，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中一般采用比較復(fù)雜的調(diào)

制機制。這類測試通常要測量誤差矢量幅值(EVM)。

結(jié)束語

上述對主要射頻理論的簡要介紹旨在幫助讀者回顧一下相關(guān)知識。這些對射頻測試儀器的概述將為讀者針對測試的需求選擇合適的測試儀器提供一些總體上的指導(dǎo)。在大多數(shù)情況下，測試者將會用到這四種測試儀器中的一種或幾種：信號源、功率計、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。