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          網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA測試

          作者: 時間:2012-03-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          傳統(tǒng)的矢量(vector networkanalyzer)在測量平衡/差分器件時,通常采用所謂的“虛擬”方法:用單邊(single-ended)信號激勵被測件,測出其不平衡(unbalanced)參數(shù),然后通過數(shù)學(xué)計(jì)算,把不平衡參數(shù)轉(zhuǎn)換成平衡參數(shù)。該方法對于分析小信號(線性)狀態(tài)下的有源/無源器件已經(jīng)夠用。但是當(dāng)器件處于大信號(非線性)工作狀態(tài)時,該方法結(jié)果的精度就受限了。盡管人們想出了很多方法克服這個問題:例如采用“理想的”寬帶功分器或耦合器,但是這些方法都無法進(jìn)行全系統(tǒng)校準(zhǔn)。幸運(yùn)的是羅德與施瓦茨公司(Rohde Schwarz)的多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA和ZVT,通過添加新的選件,就可以實(shí)現(xiàn)精確的寬帶差分器件測量,并且操作方便。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/194391.htm

          RSZVx-K6選件是一種概念全新的技術(shù),并且獲得了多項(xiàng)專利。該公司已經(jīng)在多種有源器件上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)該方法得出的增益壓縮點(diǎn)結(jié)果和“虛擬”方法相比,確實(shí)有一定差距。圖1就是一個典型的例子,這個實(shí)驗(yàn)采用RSZVA40網(wǎng)絡(luò)分析儀,在兩種模式下分別一個2GHz的微波單片集成MMIC(monolithic-microwave-integrated-circuit)放大器??梢钥闯觯谛⌒盘?線性)的情況下,兩種方法的測量結(jié)果一樣,但是在放大器處于壓縮狀態(tài)(大信號)的情況下,兩種方法的測量結(jié)果有明顯差異。采用真差分激勵測得的增益,比采用虛擬方法的結(jié)果提前4dB出現(xiàn)壓縮,并且最大增益的測量結(jié)果也要低0.5dB。

          1.jpg

          這種新技術(shù)的改進(jìn)(優(yōu)點(diǎn))有如下三方面:

          1.目前差分放大器在手機(jī)、智能電話、數(shù)據(jù)卡和其他移動設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但是這些器件目前大多采用虛擬方法來(由于以前還沒有真差分測試技術(shù))。也就意味著目前測得的器件特性并不正確。

          2.如果器件實(shí)際出現(xiàn)壓縮的功率,比廠商標(biāo)注的要低(因?yàn)閺S商目前都用虛擬方法測試),也就意味著現(xiàn)在的很多放大器都處于壓縮(過載)狀態(tài)下工作,其實(shí)際互調(diào)產(chǎn)物要比設(shè)計(jì)值高很多。

          3. 采用虛擬方法設(shè)計(jì)生產(chǎn)手機(jī)的廠商,目前必須“功率回退”技術(shù),才能達(dá)到理想的線性功率性能。

          然而采用“功率回退”技術(shù)意味著需要更多(或輸出功率更高)的有源器件,才能達(dá)到指定的輸出功率,可能需要重新設(shè)計(jì)整個發(fā)射機(jī)部分。

          當(dāng)然,如果能更精確的測試出平衡器件的特性,器件、系統(tǒng)廠商就可以在產(chǎn)品出廠之前(而不是在使用中出現(xiàn)問題之后),設(shè)計(jì)出理想的性能和工作條件。

          用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀測量差分(平衡)器件時,儀器只能產(chǎn)生單端激勵,通過數(shù)學(xué)計(jì)算,把測得的單端S參數(shù)轉(zhuǎn)化為差分S參數(shù)。儀器并沒有用差分信號去激勵被測件,而是把它當(dāng)成一個單端器件來測量的。然后使用測得的單端S參數(shù),計(jì)算出混合模S參數(shù)。由于沒有使用真實(shí)的差分信號去激勵被測件,這種虛擬方法的精度難以保證。這種方法的精度在小信號(線性)狀態(tài)下尚可,但是在大信號(非線性)狀態(tài)下,難以保證。

          當(dāng)有源器件處于大信號激勵下,其非線性特性逐步顯露(通常用1dB或3dB壓縮點(diǎn)來衡量),這時采用傳統(tǒng)虛擬方法測量有源器件,就很難得到理想的結(jié)果。例如用虛擬法測得某個放大器的1dB壓縮點(diǎn)比實(shí)際值偏高,如果用這個參數(shù)去指導(dǎo)設(shè)計(jì),則設(shè)計(jì)出的放大器就可能會于過載狀態(tài),從而產(chǎn)生很多非線性產(chǎn)物。然而,以前網(wǎng)絡(luò)分析儀只能提供虛擬方法,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)分析儀控制其輸出的兩路信號源的幅度和相位的技術(shù)極其復(fù)雜。

          羅德與施瓦茨公司開發(fā)的這項(xiàng)新技術(shù),首次實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出真正差分信號,用來激勵射頻微波平衡器件,其最高頻率高達(dá)40GHz。該方法基于專利控制的技術(shù),控制兩路內(nèi)部源的幅度和相位,以及專利的差分矢量校準(zhǔn)技術(shù)。RSZVA(2、3、4端口網(wǎng)絡(luò)分析儀)或該公司的ZVT(多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀)內(nèi)部的兩路源可以產(chǎn)生幅度相同,相位差為0度或180度的信號,其相位差的不確定度小于1度。用這組差分信號激勵被測件,可以直接測出差?;蚬材m憫?yīng),經(jīng)過矢量修正,直接得出混合模S參數(shù)。

          傳統(tǒng)的虛擬方法工作原理如下:在每一個頻點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)分析儀的1端口輸出一個單端激勵,在2、3、4端口測量傳輸分量,在1端口測量反射分量,然后分別再用2、3、4端口輸出單端激勵信號,重復(fù)上述測試??梢缘贸?6個單端S參數(shù)(S11到S44),再用這16個參數(shù)計(jì)算出混合模S參數(shù)Sxxyy。但是對于非線性器件,儀器的1端口和2端口不能輸出激勵信號,因此不能再現(xiàn)被測件在實(shí)際工作狀態(tài)下的性能。

          產(chǎn)生真正的差分信號有很多難題需要克服:首先,要在兩個內(nèi)部源之間實(shí)現(xiàn)180度相移,還要精確的控制這個相位差,以保證差分信號的質(zhì)量。另外,在測量和校準(zhǔn)參考平面,這個相位差仍然保持有效。而測試使用電纜的損耗、相位以及其他特性都會變化,這些都給精確的測量帶來很多困難。

          儀器的校準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)的“直通-開路-短路-匹配TOSM”(thru-open-short-match 或稱SOLT)校準(zhǔn)方法一致。即使測試電纜不對稱(例如長度不同)或者在片測試,這種校準(zhǔn)方法也適用。該儀器也能產(chǎn)生相位差為0度(同相)的信號,進(jìn)行共模測試。以前的儀器中,相位隨時間以及溫度漂移是一個很嚴(yán)重的問題,這里內(nèi)部源采用了特殊的算法和控制電路,不斷的檢驗(yàn)并修正內(nèi)部源的相位差,以保證差分信號嚴(yán)格的幅度相位關(guān)系。

          2.jpg

          真正差分技術(shù)測量一個4端口平衡器件的具體工作步驟如下:

          網(wǎng)絡(luò)分析儀的1號邏輯端口(實(shí)際上由兩個物理端口組成)發(fā)出幅度相同、相位差為180度的差模信號,加載到被測件上,在2端口測量傳輸分量的差模和共模響應(yīng),同時在1端口測量反射分量的差模和共模響應(yīng);然后儀器的1號邏輯端口產(chǎn)生幅度相同、相位差為0度的共模信號,同樣分別測量傳輸和反射信號的差模/共模響應(yīng)。

          網(wǎng)絡(luò)分析儀的2號邏輯端口發(fā)出幅度相同、相位差為180度的差模信號,加載到被測件上,在1端口測量傳輸分量的差模和共模響應(yīng),同時在2端口測量反射分量的差模和共模響應(yīng);然后儀器的2號邏輯端口產(chǎn)生幅度相同、相位差為0度的共模信號,同樣分別測量傳輸和反射信號的差模/共模響應(yīng)。被測件的混合模S參數(shù)可以直接由上述的差模/共模響應(yīng)計(jì)算得到,經(jīng)過系統(tǒng)誤差修正后,直接在儀器屏幕上顯示。完成上述所有測試的掃描時間僅需300ms。

          該技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)幅度和相位不平衡掃描(以模擬非理想狀態(tài))。對于幅度不平衡掃描,這時兩路信號的幅度不再相等,其中的一路可以在用戶設(shè)定的范圍內(nèi)功率掃描。類似的,對于相位不平衡掃描,兩路信號的相位差不再保持180度,而是在一個設(shè)定的范圍內(nèi)變化。這兩種掃描方式都是為了模擬非理想工作狀態(tài),為設(shè)計(jì)者提供更多的參考信息。

          用戶可以簡單的通過點(diǎn)擊鼠標(biāo),在虛擬模式和真差分模式間切換,并且兩種方法的測試結(jié)果可以在同一個圖形中實(shí)時顯示。而且兩種方法的校準(zhǔn)技術(shù)相同,用戶無需分別校準(zhǔn)。該儀器還提供一種簡單、直觀的平衡器件測試向?qū)С绦颉U娌罘譁y量技術(shù)無需硬件更新,可以在任何4端口ZVA系列,以及任何端口數(shù)大于3的ZVT系列網(wǎng)絡(luò)分析以上使用。

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