面向非射頻測試工程師的射頻測量技術基礎

　　射頻頻譜或射頻信號分析儀——射頻工程師的示波器

　　頻譜或矢量信號分析儀利用窄帶檢測技術在頻域內(nèi)測量射頻信號。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關系，包括絕對功率和相對功率。這種分析儀還可以輸出解調信號。

　　頻譜分析儀和矢量信號分析儀沒有像功率計那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術使其能夠測量低達-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

　　頻譜和矢量信號分析儀可以測量的信號頻率從1kHz到40GHz（甚至以上）。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見的分析儀的頻率達到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標準就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

　　矢量信號分析儀是增加了信號處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號的幅值，而且能夠將信號分解成它的同相和正交分量。矢量信號分析儀可以將某些調制信號進行解調，例如一些由移動電話、無線LAN設備和基于其他一些新通信標準的設備所產(chǎn)生的調制信號。矢量信號分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調制質量（例如誤差矢量幅度）的計算度量。

　　傳統(tǒng)的頻譜分析儀是掃描-調諧式設備，因為其中的局部振蕩器要掃描一個頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內(nèi)每個單位頻率上的功率分量。矢量信號分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內(nèi)的數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。

　　評價矢量信號分析儀性能的關鍵指標在于它的測量帶寬。一些新的高帶寬通信標準，例如WLAN和WiMax，需要捕捉帶寬為20MHz的信號。要想捕捉并分析這些信號，分析儀必須具有足夠大的帶寬才能捕捉到整個信號。如果測試高帶寬、數(shù)字調制的信號，那么要確保分析儀的測量帶寬能夠充分捕捉到所測的信號。

　　頻譜分析儀可以用于檢驗待測發(fā)射機是否產(chǎn)生了正確的功率頻譜。如果設計工程要求測試某些失真分量，例如諧波或寄生信號，那么就需要采用頻譜分析儀或矢量信號分析儀。類似的，如果設計者關注器件的噪聲功率，那么也需要使用這樣的射頻分析儀。其他一些需要頻譜分析儀或矢量信號分析儀的例子包括：測試互調失真、三階截斷、功率放大器或功率晶體管的1dB增益壓縮、器件的頻率響應等。

　　測試那些涉及數(shù)字調制信號的發(fā)射機或放大器就需要使用矢量信號分析儀，對調制信號進行解調。矢量信號分析儀

　　能夠測量出某個器件產(chǎn)生了多大的調制失真。解調過程是一個復雜、計算密集的過程。能夠快速進行解調和測量計算操作的矢量信號分析儀就可以大大縮短測試時間，降低測試成本。

　　射頻信號源

　　所有的射頻信號源都能產(chǎn)生連續(xù)（CW）射頻正弦波信號。某些信號發(fā)生器也能夠產(chǎn)生模擬調制射頻信號（如AM信號或脈沖射頻信號），矢量信號發(fā)生器采用IQ調制器產(chǎn)生各種模擬或數(shù)字調制信號。

　　射頻信號源進一步可以分成很多種，包括固定頻率CW正弦波輸出源、掃描輸出一個頻段非固定頻率CW正弦波的掃頻源、模擬信號發(fā)生器以及增加模擬和數(shù)字調制功能的矢量信號發(fā)生器。

　　如果測試需要激勵信號，那么就需要射頻信號源。射頻信號源的關鍵指標是頻率與幅值范圍、幅值精度和調制質量（對于產(chǎn)生調制信號的信號源而言）。頻率調諧速度和幅值穩(wěn)定時間對于減少測試時間也是非常關鍵的。

　　矢量信號發(fā)生器是一種高性能的信號源，通常結合任意波形發(fā)生器一起產(chǎn)生某些調制信號。通過任意波形發(fā)生器可以使矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生任意類型的模擬或數(shù)字調制信號。這種發(fā)生器可以在內(nèi)部產(chǎn)生多種基帶波形，在某些情況下，也可以在外部產(chǎn)生某種基帶波形然后載入到儀器中。如果測試規(guī)范要求被測的

　　元件、設備或系統(tǒng)按照待測設備最終使用中的處理調制方式進行測試，那么這種情況下通常需要使用矢量信號發(fā)生器。

　　如果測試規(guī)范需要進行接收器靈敏度測試、誤碼率測試、相鄰信道抑制、雙音互調抑制、或雙音互調失真的測試，那么也需要使用射頻信號源。雙音互調測試和相鄰信道抑制測試需要兩個信號源，接收器靈敏度測試和/或誤碼率測試只需要使用一個射頻信號源。

　　如果待測器件是用于移動電話的，那么測試者可能要根據(jù)移動電話標準的需要進行調制信號類型的測試。移動電話功率放大器需要結合調制信號源（例如矢量信號發(fā)生器）進行測試。在選擇某種矢量信號發(fā)生器之前，要評估一下該信號發(fā)生器在不同調制信號之間的切換速度，以確保其能夠提供最快的測試時間。

　　網(wǎng)絡分析儀

　　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)絡分析儀。網(wǎng)絡分析儀包含一個內(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)絡分析儀以x-y坐標、極坐標或史密斯圓圖的形式輸出顯式器件的特性。

　　從本質上來看，網(wǎng)絡分析儀測量的是器件的S參數(shù)。矢量網(wǎng)絡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)絡分析儀，還可以測量出回波損耗（反射系數(shù)）和阻抗匹配，進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)絡分析采用的是未經(jīng)調制的連續(xù)波，分析儀的校準十分重要。利用制造商提供的校準工具包可以實現(xiàn)網(wǎng)絡分析儀的校準。

　　由于網(wǎng)絡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。