使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)放大器性能進(jìn)行分析

諧波測(cè)量

隨著激勵(lì)功率的增加，放大器將進(jìn)入非線(xiàn)性工作區(qū)，不僅會(huì)出現(xiàn)輸出功率壓縮現(xiàn)象，還會(huì)出現(xiàn)非線(xiàn)性頻率分量。這些新的頻率輸出分量多為輸入頻率的整數(shù)倍，稱(chēng)為諧波分量。設(shè)計(jì)人員往往比較關(guān)心的是輸入基波分量與諧波分量的幅度差值，因?yàn)榉炔钤酱螅馕吨谕瑯拥闹绷鬏斎牍β是闆r下，更多的功率轉(zhuǎn)換為所需的基波功率，而非諧波功率，也可視為提高了放大器的效率。

傳統(tǒng)的放大器的諧波測(cè)量是通過(guò)信號(hào)源加頻譜儀的方式實(shí)現(xiàn)，即用信號(hào)源作為激勵(lì)信號(hào)源，頻譜儀觀測(cè)基波和諧波的信號(hào)幅度。放大器的諧波測(cè)試往往需要測(cè)量不同輸入基波功率對(duì)應(yīng)的諧波輸出功率，或者測(cè)試不同的頻率點(diǎn)上同一輸入基波功率對(duì)應(yīng)的諧波輸出功率。傳統(tǒng)的方法須手動(dòng)記錄或者編寫(xiě)自動(dòng)測(cè)試程序進(jìn)行測(cè)試。

相對(duì)于這些繁瑣的方法，ZVB提供了更為靈活的解決方法。ZVB打破了傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源和接收機(jī)必須工作在同一頻率上的限制，可以使矢量網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源和接收機(jī)工作在不同的頻率點(diǎn)上。具體對(duì)于諧波測(cè)量而言，可以讓矢量網(wǎng)絡(luò)源輸出基波信號(hào)，而接收機(jī)工作在諧波頻率上，并可方便實(shí)現(xiàn)對(duì)基波輸入頻率或輸入功率的掃描測(cè)試（圖2）。對(duì)應(yīng)ZVB的設(shè)置：可先通過(guò)[Chan Select]+[Add channel +trace+Diag Area]的方法來(lái)添加一個(gè)新的觀測(cè)窗口和新的測(cè)試通道。然后在[Mode]鍵下選擇[Harmonics]進(jìn)入諧波測(cè)試模式，而后通過(guò)選擇 2nd、3rd或者輸入其它諧波次數(shù)來(lái)測(cè)量對(duì)應(yīng)的諧波。

對(duì)于測(cè)試絕對(duì)諧波功率對(duì)輸入基波功率的變化，同樣推薦在測(cè)試前應(yīng)該進(jìn)行功率校準(zhǔn)。ZVB也提供諧波功率校準(zhǔn)的方法。通過(guò)[Harmonic Power Cal] 進(jìn)入功率校準(zhǔn)對(duì)話(huà)框，其基本操作過(guò)程與測(cè)試放大器功率壓縮特性時(shí)相同，只不過(guò)在進(jìn)行源功率校準(zhǔn)時(shí)的頻率為整個(gè)測(cè)試頻率，而在接收機(jī)校準(zhǔn)時(shí)的頻率為諧波頻率而已。

幅度相位轉(zhuǎn)化測(cè)量

放大器的非線(xiàn)性特性除了功率壓縮和產(chǎn)生諧波頻率兩個(gè)方面外，還有相位非線(xiàn)性特征，即隨著輸入功率的改變，放大器插入相移的變化。工程上通常采用AM/PM轉(zhuǎn)化來(lái)描述，其具體的定義為：輸入功率每變化1dB，插入相移的改變量，單位為Degrees/dB(圖3)。

同功率壓縮特性的測(cè)量一樣，應(yīng)設(shè)置ZVB掃描類(lèi)型 [Sweep Type] 為功率掃描 [Power]。測(cè)試軌跡為S21，但顯示格式[Format]應(yīng)設(shè)置為相位方式[Phase]。在測(cè)試過(guò)程中，可使用ZVB 提供Delta Marker與Reference功能方便地讀值。

穩(wěn)定性因子測(cè)量

理想狀況下放大器的輸入、輸出端接阻抗應(yīng)該為50Ω，但是在實(shí)際的電路環(huán)境下往往并非如此。而有些放大器在某些端接阻抗可能出現(xiàn)自激振蕩，從而產(chǎn)生許多無(wú)用雜散輸出信號(hào)。放大器的穩(wěn)定性是指放大器對(duì)產(chǎn)生自激振蕩的抑制能力。工程上一般把放大器的穩(wěn)定性狀況分為兩種情況：絕對(duì)穩(wěn)定和條件穩(wěn)定。絕對(duì)穩(wěn)定是指在任何端接阻抗條件下都不出現(xiàn)振蕩，而條件穩(wěn)定是指如果端接阻抗選擇的合適將不出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，但在某些端接阻抗上將出現(xiàn)自激振蕩。

穩(wěn)定性因子有多種定義的方法，ZVB支持三種穩(wěn)定因子測(cè)量。穩(wěn)定性因子的測(cè)量基于S參數(shù)的測(cè)量，其S參數(shù)的關(guān)系如下：

對(duì)于絕對(duì)穩(wěn)定放大器必須滿(mǎn)足：K>1和兩個(gè)附加條件： 1-|S11|2>|S12.S21|與1-|S22|2>|S12.S21|。而采用m1和m2來(lái)描述就不需要附加條件，滿(mǎn)足m1>1或m2>1即可斷定放大器為絕對(duì)穩(wěn)定。

通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，ZVB就可進(jìn)行放大器穩(wěn)定性測(cè)試（圖4），對(duì)應(yīng)選擇[Format]鍵下的[Stability]菜單，在彈出的對(duì)話(huà)框里選擇輸入、輸出端口和測(cè)試穩(wěn)定性因子的類(lèi)型即可。

結(jié)束語(yǔ)

綜合所述，RS ZVB 提供的眾多測(cè)試功能使其不僅適合放大器S參數(shù)測(cè)量也適合放大器幅度、相位非線(xiàn)性特性測(cè)量和穩(wěn)定度的測(cè)量，滿(mǎn)足放大器從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)諸多測(cè)試需求。