面向非專(zhuān)業(yè)的射頻測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)分析儀

除了頻譜分析儀和矢量信號(hào)分析儀，第三類(lèi)分析儀就是網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀包含一個(gè)內(nèi)置的射頻信號(hào)源和一個(gè)測(cè)試射頻器件的寬帶(或窄帶)探測(cè)器。網(wǎng)絡(luò)分析儀以x-y坐標(biāo)、極坐標(biāo)或史密斯圓圖的形式輸出顯式器件的特性。

從本質(zhì)上來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的是器件的S參數(shù)。矢量網(wǎng)絡(luò)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(gè)寬頻段上的傳輸損耗與增益。通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，還可以測(cè)量出回波損耗(反射系數(shù))和阻抗匹配，進(jìn)行相位測(cè)量和群延遲測(cè)量。

網(wǎng)路分析儀主要用于分析諸如濾波器和放大器之類(lèi)的元件。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)分析采用的是未經(jīng)調(diào)制的連續(xù)波，分析儀的校準(zhǔn)十分重要。利用制造商提供的校準(zhǔn)工具包可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)。

由于網(wǎng)絡(luò)分析儀在一臺(tái)儀器內(nèi)集成了信號(hào)源和測(cè)量功能，而且分析儀具有較寬的頻率范圍，因此這類(lèi)儀器的價(jià)格比較昂貴。

典型應(yīng)用

需要同時(shí)使用四種主要的射頻測(cè)試儀器的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例就是功率放大器(PA)的測(cè)試。

信號(hào)源可以提供輸入信號(hào)，功率計(jì)或頻譜分析儀可以測(cè)量輸出功率。如果精度非常重要，例如在測(cè)量最大功率時(shí)，那么就需要使用功率計(jì)進(jìn)行輸出測(cè)量。

PA的輸入匹配對(duì)于從事射頻發(fā)射器的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。放大所有供給PA的功率，不因反射而損耗實(shí)際的功率，這是非常重要的。因此，PA制造商都會(huì)指明并測(cè)量PA的回波損耗(即S11)，這是網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)量出的。另外，如果僅僅需要測(cè)量標(biāo)量幅值，那么可以通過(guò)一個(gè)耦合器將一個(gè)信號(hào)源和一個(gè)頻譜分析儀(或功率計(jì))結(jié)合起來(lái)，測(cè)量反射功率的幅值。相比使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)看，這種方法唯一的缺點(diǎn)就是配置過(guò)程更加復(fù)雜，需要使用額外的無(wú)源射頻元件。對(duì)于回波損耗標(biāo)量的測(cè)量，功率計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的功率測(cè)量。

對(duì)于輸入阻抗與輸出阻抗(一般為50歐姆)不匹配的負(fù)載，PA向這樣的負(fù)載傳輸功率的能力是衡量該P(yáng)A在真實(shí)條件下性能的一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)樵谡鎸?shí)條件下負(fù)載(例如天線(xiàn))不一定恰好具有50歐姆的特性輸入阻抗。在這種情況下，非 50歐姆的電阻負(fù)載就會(huì)切換到該P(yáng)A的輸出端。這種負(fù)載將迫使PA輸出高達(dá)20:1的VSWR(理想匹配的情況下，50歐的負(fù)載將會(huì)得到將近1:1的 VSWR)。PA必須能夠正確工作，在存在大量反射功率的情況下為負(fù)載提供一些功率。

某些輸出測(cè)量需要進(jìn)行頻譜分析。用于廣播或移動(dòng)電話(huà)領(lǐng)域(或者其他符合FCC規(guī)定的應(yīng)用)的射頻PA要求在PA工作頻道的相鄰頻道內(nèi)不能產(chǎn)生多余的功率。對(duì)相鄰信道功率、互調(diào)失真和諧波失真的測(cè)量就是測(cè)量PA在真正傳輸信道之外所產(chǎn)生的功率。對(duì)于這些測(cè)量而言，動(dòng)態(tài)范圍、在存在大信號(hào)(例如載波信號(hào))的情況下測(cè)量小信號(hào)的能力就成為頻譜分析儀的一項(xiàng)重要指標(biāo)。例如，如果某個(gè)PA的指標(biāo)表明它的相鄰信道功率(對(duì)于某類(lèi)調(diào)制機(jī)制，或者對(duì)于某種特殊的移動(dòng)電話(huà)標(biāo)準(zhǔn))是60dBc(載波下分貝)，那么該頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍(在所需的測(cè)試條件下)必定比諧波功率、相鄰信道功率或互調(diào)分量的最小容許功率至少大6dB。

鄰信道功率必須采用調(diào)制信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，也就是說(shuō)必須考慮信號(hào)源的鄰信道性能。信號(hào)源的鄰信道功率輸出必須比功率放大器產(chǎn)生的最大容許鄰信道功率至少小6dB。

對(duì)于諧波的測(cè)量，分析儀的頻率范圍必須比該P(yáng)A的最大工作頻率(3dB帶寬頻率)大三倍，以充分捕捉最大工作頻率的三次諧波功率。此外，頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍和本底噪聲必須至少比待測(cè)值低6dB，才能很好的測(cè)量三次諧波分量;必須具有合理的信噪比，才能實(shí)現(xiàn)精確和可復(fù)現(xiàn)的測(cè)量。諧波測(cè)量顯示的是PA產(chǎn)生的失真大小。過(guò)多的失真會(huì)對(duì)調(diào)制性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

當(dāng)不同頻率的信號(hào)或不同頻率的信號(hào)分量成為PA輸入時(shí)，互調(diào)失真就決定了PA產(chǎn)生了多少失真。產(chǎn)生這樣的測(cè)試信號(hào)需要兩個(gè)信號(hào)源。而一個(gè)雙輸出的信號(hào)源是不夠用的，因?yàn)樗膬蓚€(gè)輸出信號(hào)之間沒(méi)有充分的隔離。信號(hào)源會(huì)產(chǎn)生自身的互調(diào)失真，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)高放大器失真測(cè)量，帶來(lái)測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤。

針對(duì)移動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)和某些市場(chǎng)領(lǐng)域(例如WLAN應(yīng)用)而設(shè)計(jì)的PA也經(jīng)常要進(jìn)行調(diào)制質(zhì)量的測(cè)試，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中一般采用比較復(fù)雜的調(diào)

制機(jī)制。這類(lèi)測(cè)試通常要測(cè)量誤差矢量幅值(EVM)。

結(jié)束語(yǔ)

上述對(duì)主要射頻理論的簡(jiǎn)要介紹旨在幫助讀者回顧一下相關(guān)知識(shí)。這些對(duì)射頻測(cè)試儀器的概述將為讀者針對(duì)測(cè)試的需求選擇合適的測(cè)試儀器提供一些總體上的指導(dǎo)。在大多數(shù)情況下，測(cè)試者將會(huì)用到這四種測(cè)試儀器中的一種或幾種：信號(hào)源、功率計(jì)、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。