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寬帶測(cè)量技術(shù)白皮書(shū)

作者：時(shí)間：2017-01-04 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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圖4 寬帶信號(hào)測(cè)量和分析實(shí)例（1.雷達(dá)信號(hào)Chirp特征分析；2.頻譜特征測(cè)試；3.接收機(jī)噪聲系數(shù)測(cè)試）

使用寬帶儀器進(jìn)行寬帶系統(tǒng)的信號(hào)分析，除了測(cè)量確定系統(tǒng)和信號(hào)的指標(biāo)外，也用信號(hào)分析的手段幫助定位問(wèn)題的可能根源。因?yàn)榉治鲕浖塥?dú)立地分析信號(hào)的幅度誤差，頻率誤差和相位誤差，這樣可以判斷誤差的基本來(lái)源，分析過(guò)程中，可以利用時(shí)域和頻域的關(guān)聯(lián)分析來(lái)得到誤差的特性是隨機(jī)誤差還是周期誤差，這樣問(wèn)題信號(hào)的來(lái)源就很快得到定位。表8是典型電子系統(tǒng)誤差來(lái)源分析的案例。

表8 典型電子系統(tǒng)誤差來(lái)源分析

4.寬帶器件的測(cè)量

寬帶系統(tǒng)里常見(jiàn)的寬帶器件是：ADC/DAC，DPD，天線/放大器/混頻器/濾波器等。這些器件的性能參數(shù)對(duì)整個(gè)寬帶系統(tǒng)影響很大。對(duì)這些器件的測(cè)量需要多種儀器和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。表9列舉了各個(gè)器件的測(cè)量參數(shù)和使用儀器。

表9 寬帶器件測(cè)量參數(shù)和使用儀器

圖5是典型的高速ADC/DAC測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置框圖。上面部分是高速ADC測(cè)試系統(tǒng)框圖，使用MXG/PSG信號(hào)源產(chǎn)生正弦波或無(wú)線通信信號(hào)通過(guò)濾波器濾波后輸入到被測(cè)ADC，使用PSG作為ADC的高精度采樣時(shí)鐘，ADC數(shù)字化后，用邏輯分析儀采集數(shù)字化后的數(shù)據(jù)，用軟件進(jìn)行參數(shù)分析。如果是靜態(tài)參數(shù)，則使用低頻正弦波；如果是動(dòng)態(tài)參數(shù)，則使用高頻正弦波；如果是實(shí)際工作的性能參數(shù)測(cè)量，則使用實(shí)際的無(wú)線通信信號(hào)。
圖5下面部分是高速DAC測(cè)試系統(tǒng)框圖，使用81250A并行誤碼儀作為并行碼型激勵(lì)源，產(chǎn)生靜態(tài)信號(hào)或正弦波信號(hào)，使用8位半高精度萬(wàn)用表3458A測(cè)量靜態(tài)參數(shù)，使用頻譜分析儀捕獲被測(cè)DAC輸出的模擬正弦波的頻譜，再使用軟件進(jìn)行參數(shù)分析。

圖5 高速ADC/DAC測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置框圖

針對(duì)DPD的測(cè)量過(guò)程和測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖6所示。使用MXG/PSG作為激勵(lì)，使用PXA作為采集和矢量信號(hào)分析儀軟件89601B作為分析，信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量的過(guò)程由配備DPD選件的SystemVue完成。測(cè)量的過(guò)程是先產(chǎn)生DPD激勵(lì)，用PXA捕獲PA響應(yīng)，SystemVue提取DPD模型。然后結(jié)合模型重新產(chǎn)生信號(hào)，用PXA捕獲DPD+PA的響應(yīng)，再驗(yàn)證DPD+PA的響應(yīng)，如果有問(wèn)題或不滿足要求，可重復(fù)這個(gè)過(guò)程。

圖6 DPD測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置框圖和測(cè)量過(guò)程

網(wǎng)絡(luò)分析儀是測(cè)試射頻微波器件的基礎(chǔ)性常用儀器，測(cè)試應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)儀的基本特點(diǎn)是測(cè)試參數(shù)完整和測(cè)試精度高。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)儀主要測(cè)試器件的傳輸反射S參數(shù)，由于采用閉環(huán)的儀表體系結(jié)構(gòu)和支持校準(zhǔn)技術(shù)消除系統(tǒng)誤差，網(wǎng)絡(luò)儀可以提供其它儀表不能比擬的幅度和相位參數(shù)測(cè)試精度。
隨著 PNA-X/PNA系列網(wǎng)絡(luò)儀的推出，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)儀的測(cè)試功能甚至很多測(cè)試應(yīng)用的方法正在發(fā)生變化，所以PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀是網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試技術(shù)發(fā)展的里程碑式的產(chǎn)品，PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀的主要技術(shù)突破主要包含以下幾個(gè)方面。

表10 PNA-X網(wǎng)絡(luò)分析儀的主要技術(shù)突破

在 PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀的測(cè)試功能中，引入了測(cè)試類(Measurement Class)的概念，在應(yīng)用中，根據(jù)被測(cè)件的類型和測(cè)試參數(shù)不同來(lái)進(jìn)行選擇。例如：測(cè)試器件的類型可以分為非變頻器件和變頻器件，測(cè)試參數(shù)可以設(shè)定為線性S參數(shù)，非線性參數(shù)（包含功率壓縮參數(shù)和交調(diào)抑制參數(shù)）和噪聲系數(shù)參數(shù)。

圖7 PNA-X的測(cè)試功能

圖8為PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀典型測(cè)試顯示結(jié)果，利用多個(gè)測(cè)試通道來(lái)定義多參數(shù)測(cè)試，包含通道1的駐波，增益測(cè)試，通道2的交調(diào)測(cè)試（支持點(diǎn)頻和掃頻），通道3的功率壓縮點(diǎn)測(cè)試（支持點(diǎn)頻和掃頻測(cè)試），通道4的噪聲系數(shù)測(cè)試和通道6的脈沖時(shí)域測(cè)試。測(cè)試中不需要改變被測(cè)件連接，只需要切換測(cè)試通道就能完成所有參數(shù)測(cè)試，這對(duì)于應(yīng)用的價(jià)值，這不是簡(jiǎn)單減少了連接的次數(shù)和測(cè)試時(shí)間，由于射頻微波器件的很多指標(biāo)是互相關(guān)聯(lián)影響，需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行折衷優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如端口匹配要綜合考慮噪聲系數(shù)和增益性能，在調(diào)試狀態(tài)下同時(shí)觀察駐波和噪聲系數(shù)能大大提高器件產(chǎn)品的調(diào)試速度。而且所有這些參數(shù)的測(cè)試都是基于網(wǎng)絡(luò)儀的校準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，能大大提高測(cè)試的精度。

圖8 PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀完成單次連接多參數(shù)測(cè)試

PNA-X為射頻微波器件應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)還包含非線性X參數(shù)的測(cè)試和建模，基于PNA-X構(gòu)建的非線性網(wǎng)絡(luò)儀系統(tǒng)NVNA能測(cè)試非線性器件諧波和交調(diào)成份的幅度和相位，提供完整的時(shí)域和頻域測(cè)試結(jié)果，基于X參數(shù)測(cè)試和模型的建立大大提高了功率放大管非線性模型的準(zhǔn)確度，使仿真設(shè)計(jì)功率放大器的結(jié)果更加準(zhǔn)確和具備實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)在微波電路元器件廠家已經(jīng)開(kāi)始提供X參數(shù)模型，并成功完成了100W級(jí)功率放大管的建模測(cè)試，仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果完全匹配。

5.信號(hào)完整性測(cè)量

寬帶系統(tǒng)的數(shù)字電路部分的信號(hào)速率，逐步的從3GHz數(shù)量級(jí)上升到10GHz數(shù)量級(jí)。這對(duì)各個(gè)子電路和信號(hào)的要求達(dá)到了異?？量痰木车兀娐芳捌湫盘?hào)的測(cè)量成為必不可少的研發(fā)環(huán)節(jié)，測(cè)試內(nèi)容也從單純的信號(hào)品質(zhì)測(cè)量擴(kuò)展到多個(gè)電路參數(shù)的測(cè)量，表11列出了關(guān)鍵的測(cè)量?jī)?nèi)容和需要使用的相應(yīng)的測(cè)試儀器。
這部分的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考以前寫(xiě)的《云計(jì)算測(cè)量白皮書(shū)暨10GHz以上數(shù)字系統(tǒng)測(cè)量要點(diǎn)和方法》一文。

表11 10GHz數(shù)字電路典型測(cè)量?jī)?nèi)容和使用的儀器

6.小結(jié)

寬帶系統(tǒng)是復(fù)雜電子系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，系統(tǒng)帶寬從幾十M擴(kuò)展到了幾百M(fèi)，甚至幾個(gè)G，數(shù)字處理和通信部分的信號(hào)速率也擴(kuò)展到10G量級(jí)。這對(duì)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法要求更高，需要寬帶信號(hào)產(chǎn)生和寬帶信號(hào)分析的知識(shí)和能力，需要寬帶器件測(cè)量和信號(hào)完整性測(cè)量的知識(shí)和能力。好在儀器和軟件技術(shù)隨著需求的推進(jìn)也不斷創(chuàng)新，完全能夠滿足技術(shù)發(fā)展的要求。若要能夠用好這些儀器和軟件，對(duì)工程師的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的要求是非常高的。

參考文獻(xiàn)

[1]李建宇. 射頻微波測(cè)試技術(shù)白皮書(shū)[G/DK].北京：安捷倫科技（中國(guó)）有限公司.[2012]
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[3]Jinbiao Xu,John Baprawski.“4G For Everyone” Extended RF Performance with Digital Pre-Distortion[G/DK].Santa Clara:Agilent Technologies,Inc.[2010]

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