使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對放大器性能進行分析

諧波測量

隨著激勵功率的增加，放大器將進入非線性工作區(qū)，不僅會出現(xiàn)輸出功率壓縮現(xiàn)象，還會出現(xiàn)非線性頻率分量。這些新的頻率輸出分量多為輸入頻率的整數(shù)倍，稱為諧波分量。設(shè)計人員往往比較關(guān)心的是輸入基波分量與諧波分量的幅度差值，因為幅度差越大，意味著在同樣的直流輸入功率情況下，更多的功率轉(zhuǎn)換為所需的基波功率，而非諧波功率，也可視為提高了放大器的效率。

傳統(tǒng)的放大器的諧波測量是通過信號源加頻譜儀的方式實現(xiàn)，即用信號源作為激勵信號源，頻譜儀觀測基波和諧波的信號幅度。放大器的諧波測試往往需要測量不同輸入基波功率對應(yīng)的諧波輸出功率，或者測試不同的頻率點上同一輸入基波功率對應(yīng)的諧波輸出功率。傳統(tǒng)的方法須手動記錄或者編寫自動測試程序進行測試。

相對于這些繁瑣的方法，ZVB提供了更為靈活的解決方法。ZVB打破了傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)信號源和接收機必須工作在同一頻率上的限制，可以使矢量網(wǎng)絡(luò)信號源和接收機工作在不同的頻率點上。具體對于諧波測量而言，可以讓矢量網(wǎng)絡(luò)源輸出基波信號，而接收機工作在諧波頻率上，并可方便實現(xiàn)對基波輸入頻率或輸入功率的掃描測試（圖2）。對應(yīng)ZVB的設(shè)置：可先通過[Chan Select]+[Add channel +trace+Diag Area]的方法來添加一個新的觀測窗口和新的測試通道。然后在[Mode]鍵下選擇[Harmonics]進入諧波測試模式，而后通過選擇 2nd、3rd或者輸入其它諧波次數(shù)來測量對應(yīng)的諧波。

對于測試絕對諧波功率對輸入基波功率的變化，同樣推薦在測試前應(yīng)該進行功率校準。ZVB也提供諧波功率校準的方法。通過[Harmonic Power Cal] 進入功率校準對話框，其基本操作過程與測試放大器功率壓縮特性時相同，只不過在進行源功率校準時的頻率為整個測試頻率，而在接收機校準時的頻率為諧波頻率而已。

幅度相位轉(zhuǎn)化測量

放大器的非線性特性除了功率壓縮和產(chǎn)生諧波頻率兩個方面外，還有相位非線性特征，即隨著輸入功率的改變，放大器插入相移的變化。工程上通常采用AM/PM轉(zhuǎn)化來描述，其具體的定義為：輸入功率每變化1dB，插入相移的改變量，單位為Degrees/dB(圖3)。

同功率壓縮特性的測量一樣，應(yīng)設(shè)置ZVB掃描類型 [Sweep Type] 為功率掃描 [Power]。測試軌跡為S21，但顯示格式[Format]應(yīng)設(shè)置為相位方式[Phase]。在測試過程中，可使用ZVB 提供Delta Marker與Reference功能方便地讀值。

穩(wěn)定性因子測量

理想狀況下放大器的輸入、輸出端接阻抗應(yīng)該為50Ω，但是在實際的電路環(huán)境下往往并非如此。而有些放大器在某些端接阻抗可能出現(xiàn)自激振蕩，從而產(chǎn)生許多無用雜散輸出信號。放大器的穩(wěn)定性是指放大器對產(chǎn)生自激振蕩的抑制能力。工程上一般把放大器的穩(wěn)定性狀況分為兩種情況：絕對穩(wěn)定和條件穩(wěn)定。絕對穩(wěn)定是指在任何端接阻抗條件下都不出現(xiàn)振蕩，而條件穩(wěn)定是指如果端接阻抗選擇的合適將不出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，但在某些端接阻抗上將出現(xiàn)自激振蕩。

穩(wěn)定性因子有多種定義的方法，ZVB支持三種穩(wěn)定因子測量。穩(wěn)定性因子的測量基于S參數(shù)的測量，其S參數(shù)的關(guān)系如下：

對于絕對穩(wěn)定放大器必須滿足：K>1和兩個附加條件： 1-|S11|2>|S12.S21|與1-|S22|2>|S12.S21|。而采用m1和m2來描述就不需要附加條件，滿足m1>1或m2>1即可斷定放大器為絕對穩(wěn)定。

通過簡單的設(shè)置，ZVB就可進行放大器穩(wěn)定性測試（圖4），對應(yīng)選擇[Format]鍵下的[Stability]菜單，在彈出的對話框里選擇輸入、輸出端口和測試穩(wěn)定性因子的類型即可。

結(jié)束語

綜合所述，RS ZVB 提供的眾多測試功能使其不僅適合放大器S參數(shù)測量也適合放大器幅度、相位非線性特性測量和穩(wěn)定度的測量，滿足放大器從設(shè)計到生產(chǎn)諸多測試需求。