放大器增益壓縮測量那點事兒

快速準確的智能掃描；

一目了然的向?qū)剩?/p>

方便快捷的USB電子校準，USB功率校準；

二維掃描（頻率點掃功率和功率點掃頻率）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，如果不注意這一點會對系統(tǒng)的設(shè)計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確地進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）和豐富的先進校準技術(shù)（包括源和接收機功率校準，SOLT，TRL，非插入校準和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)測量方法只能點頻測量的缺陷，極大地提高了測量效率，通過功率校準和誤差修正，使測量結(jié)果更加準確。僅需一次設(shè)置，經(jīng)過向?qū)?，連接被測件，就可以得到放大器在所有設(shè)置頻點的增益壓縮參數(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，并且可以將壓縮點的輸入功率，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，極坐標等多種格式的顯示。通過壓縮參數(shù)與線性S參數(shù)的對比，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

每個頻率點上掃描功率-在每一個頻率點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)備在第一個頻率（f1=frequency1）達到最高功率電平（p3=power3）。這樣會導(dǎo)致設(shè)備在測量時提前發(fā)熱致使影響壓縮結(jié)果。

下面的例子顯示三個頻率點和三個功率點的值，總共得到9個匯總結(jié)果：

表2 在頻率點上掃功率數(shù)據(jù)表

每個功率點上掃描頻率-在每一個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上的所有功率掃描值，或者說得到在所有功率點上的頻率掃描值，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。我們在所有掃描點上都會得到放大器的增益值，通過對增益值的計算處理得到壓縮點。如下圖所示：藍色線表示我們通過計算得到的壓縮點的增益值（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，而是在每一個頻點下先通過大步進功率掃描來找到壓縮點的大致范圍，再通過小步進掃描得到壓縮點精確值。

壓縮方法

壓縮點的計算是在二維掃描得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行的。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

一個放大器增益的線性區(qū)域不一定是完全線性的。在每個頻率下測得的最高增益值作為參考增益（S21）。目標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

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

在每一個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）。這個點叫做壓縮點^。

從回退點壓縮和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)域和壓縮點的不同。

對于Y軸：

從回退點壓縮方法的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方法在一個頻率下的計算。

圖5 回退法壓縮計算示意圖

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