放大器增益壓縮測量那點(diǎn)事兒

快速準(zhǔn)確的智能掃描；

一目了然的向?qū)?zhǔn)；

方便快捷的USB電子校準(zhǔn)，USB功率校準(zhǔn)；

二維掃描（頻率點(diǎn)掃功率和功率點(diǎn)掃頻率）一次完成；

多種壓縮方法——從線性/最大增益壓縮、從飽和態(tài)壓縮、回退法和X/Y法。

概述

在所有射頻和微波系統(tǒng)中幾乎都要用到放大器，放大器更是通信、雷達(dá)或衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。如此普遍的應(yīng)用使放大器測量為工程師們所熟知，在平時(shí)的測量中，我們關(guān)注較多的是其線性參數(shù)，諸如增益和回波損耗，輸入和輸出功率等，但是當(dāng)放大器的輸入功率超過一定值之后，它的工作狀態(tài)也在發(fā)生變化，比如增益下降，諧波增大，互調(diào)增大等，如果不注意這一點(diǎn)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來麻煩甚至毀滅性的破壞，因此，諸如穩(wěn)定性、增益壓縮、功率消耗（或者效率）和失真測量越來越引起工程師們的重視，本文主要介紹41所研制的AV3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中放大器增益壓縮測量功能如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)行放大器增益壓縮等參數(shù)的測量。

基于AV3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的大功率輸出（部分頻段典型值+17dBm）和豐富的先進(jìn)校準(zhǔn)技術(shù)（包括源和接收機(jī)功率校準(zhǔn)，SOLT，TRL，非插入校準(zhǔn)和Ecal等）開發(fā)的放大器增益壓縮測量選件，所采用的二維掃描技術(shù)克服了傳統(tǒng)測量方法只能點(diǎn)頻測量的缺陷，極大地提高了測量效率，通過功率校準(zhǔn)和誤差修正，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。僅需一次設(shè)置，經(jīng)過向?qū)?zhǔn)，連接被測件，就可以得到放大器在所有設(shè)置頻點(diǎn)的增益壓縮參數(shù)和線性參數(shù)。

圖中軌跡含義如下：

表1 壓縮參數(shù)表

通過一次測量，即可得到全頻段的壓縮點(diǎn)，并且可以將壓縮點(diǎn)的輸入功率，輸出功率，增益等信息一次顯示出來。每條軌跡都支持幅度，相位，史密斯圓圖，極坐標(biāo)等多種格式的顯示。通過壓縮參數(shù)與線性S參數(shù)的對(duì)比，可以看出放大器在線性區(qū)和飽和區(qū)的工作狀態(tài)發(fā)生了哪些改變。如果要獲得更多的參數(shù)，可以選擇增加軌跡，來獲得更多信息。

掃描方法

放大器增益壓縮測量有三種掃描方法：智能掃描和兩種二維掃描。

二維掃描模式

每個(gè)頻率點(diǎn)上掃描功率-在每一個(gè)頻率點(diǎn)下都從起始功率到終止功率依次掃過。

通過下面的例子可以看到設(shè)備在第一個(gè)頻率（f1=frequency1）達(dá)到最高功率電平（p3=power3）。這樣會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在測量時(shí)提前發(fā)熱致使影響壓縮結(jié)果。

下面的例子顯示三個(gè)頻率點(diǎn)和三個(gè)功率點(diǎn)的值，總共得到9個(gè)匯總結(jié)果：

表2 在頻率點(diǎn)上掃功率數(shù)據(jù)表

每個(gè)功率點(diǎn)上掃描頻率-在每一個(gè)功率電平下頻率掃描都從起始頻率到終止頻率依次掃過

表3 在功率點(diǎn)上掃頻率數(shù)據(jù)表

以上無論哪一種掃描模式，最終都得到在所有頻率點(diǎn)上的所有功率掃描值，或者說得到在所有功率點(diǎn)上的頻率掃描值，在相同的設(shè)置下，得到的數(shù)據(jù)是一樣的（如上兩例中所列），所不同的只是獲得數(shù)據(jù)的順序。我們?cè)谒袙呙椟c(diǎn)上都會(huì)得到放大器的增益值，通過對(duì)增益值的計(jì)算處理得到壓縮點(diǎn)。如下圖所示：藍(lán)色線表示我們通過計(jì)算得到的壓縮點(diǎn)的增益值（即CompGain21曲線）。

智能掃描模式

智能掃描通常是測量增益壓縮最快的方法。與二維掃描獲取方式不同，智能掃描不掃描所有的頻率/功率點(diǎn)，而是在每一個(gè)頻點(diǎn)下先通過大步進(jìn)功率掃描來找到壓縮點(diǎn)的大致范圍，再通過小步進(jìn)掃描得到壓縮點(diǎn)精確值。

壓縮方法

壓縮點(diǎn)的計(jì)算是在二維掃描得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。根據(jù)被測放大器類型的不同等，可以根據(jù)需要選擇不同的壓縮方法。

圖3 壓縮方法

從線性增益壓縮

參考增益為線性區(qū)域的增益。目標(biāo)增益是線性增益減去特定的壓縮電平（1dB）得到。例如8.3dB-1dB=7.3dB。

從最大增益壓縮

一個(gè)放大器增益的線性區(qū)域不一定是完全線性的。在每個(gè)頻率下測得的最高增益值作為參考增益（S21）。目標(biāo)增益是最大增益減去特定的壓縮電平（1dB）得到。

飽和狀態(tài)下的壓縮

當(dāng)在非線性區(qū)域測量放大器時(shí)，這種方法可以更好地顯示出壓縮點(diǎn)，如下圖所示：

在每一個(gè)頻率下都可以找到輸出功率的最大值*。然后降低輸入功率直到輸出功率降低了特定的值（1dB）。這個(gè)點(diǎn)叫做壓縮點(diǎn)^。

從回退點(diǎn)壓縮和X/Y壓縮

這兩種方法非常相似。

兩種方法都利用了在輸入功率（X軸）上線性區(qū)域和壓縮點(diǎn)的不同。

對(duì)于Y軸：

從回退點(diǎn)壓縮方法的Y軸上顯示的是增益。

X/Y壓縮方法的Y軸上顯示的是輸出功率。

下圖顯示回退方法和X/Y方法在一個(gè)頻率下的計(jì)算。

圖5 回退法壓縮計(jì)算示意圖

說明：壓縮點(diǎn)（黃色圈）是相對(duì)于參考點(diǎn)（藍(lán)色圈）輸入功率高10dB而增益低1dB的點(diǎn)。