面向非射頻測(cè)試工程師的射頻測(cè)量基礎(chǔ)

能夠測(cè)量出某個(gè)器件產(chǎn)生了多大的調(diào)制失真。解調(diào)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜、計(jì)算密集的過(guò)程。能夠快速進(jìn)行解調(diào)和測(cè)量計(jì)算操作的矢量信號(hào)分析儀就可以大大縮短測(cè)試時(shí)間，降低測(cè)試成本。

　　射頻信號(hào)源

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

　　射頻信號(hào)源進(jìn)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(gè)頻段非固定頻率CW正弦波的掃頻源、模擬信號(hào)發(fā)生器以及增加模擬和數(shù)字調(diào)制功能的矢量信號(hào)發(fā)生器。

　　如果測(cè)試需要激勵(lì)信號(hào)，那么就需要射頻信號(hào)源。射頻信號(hào)源的關(guān)鍵指標(biāo)是頻率與幅值范圍、幅值精度和調(diào)制質(zhì)量（對(duì)于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的信號(hào)源而言）。頻率調(diào)諧速度和幅值穩(wěn)定時(shí)間對(duì)于減少測(cè)試時(shí)間也是非常關(guān)鍵的。

　　矢量信號(hào)發(fā)生器是一種高性能的信號(hào)源，通常結(jié)合任意波形發(fā)生器一起產(chǎn)生某些調(diào)制信號(hào)。通過(guò)任意波形發(fā)生器可以使矢量信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生任意類型的模擬或數(shù)字調(diào)制信號(hào)。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(cè)試規(guī)范要求被測(cè)的 元件、設(shè)備或系統(tǒng)按照待測(cè)設(shè)備最終使用中的處理調(diào)制方式進(jìn)行測(cè)試，那么這種情況下通常需要使用矢量信號(hào)發(fā)生器。

　　如果測(cè)試規(guī)范需要進(jìn)行接收器靈敏度測(cè)試、誤碼率測(cè)試、相鄰信道抑制、雙音互調(diào)抑制、或雙音互調(diào)失真的測(cè)試，那么也需要使用射頻信號(hào)源。雙音互調(diào)測(cè)試和相鄰信道抑制測(cè)試需要兩個(gè)信號(hào)源，接收器靈敏度測(cè)試和/或誤碼率測(cè)試只需要使用一個(gè)射頻信號(hào)源。

　　如果待測(cè)器件是用于移動(dòng)電話的，那么測(cè)試者可能要根據(jù)移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)的需要進(jìn)行調(diào)制信號(hào)類型的測(cè)試。移動(dòng)電話功率放大器需要結(jié)合調(diào)制信號(hào)源（例如矢量信號(hào)發(fā)生器）進(jìn)行測(cè)試。在選擇某種矢量信號(hào)發(fā)生器之前，要評(píng)估一下該信號(hào)發(fā)生器在不同調(diào)制信號(hào)之間的切換速度，以確保其能夠提供最快的測(cè)試時(shí)間。

　　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）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)于某類調(diào)制機(jī)制，或者對(duì)于某種特殊的移動(dòng)電話標(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。