高級(jí)回復(fù)：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X超越S參數(shù)測(cè)試

　　對(duì)于基本的S參數(shù)和壓縮測(cè)試，信號(hào)源和接收器調(diào)諧到相同的頻率。不過，通過使信號(hào)源和接收機(jī)頻率偏移，將接收機(jī)調(diào)諧至激勵(lì)頻率的整數(shù)倍，也能測(cè)出放大器的諧波性能。使信號(hào)源和接收機(jī)頻率偏移的能力同樣可以測(cè)量頻率轉(zhuǎn)換器件（如混頻器和變頻器）的幅度、相位和群延遲性能。

　　上述這些測(cè)量通常是使用連續(xù)波進(jìn)行激勵(lì)（CW）的，而許多器件要求使用脈沖射頻測(cè)試，即測(cè)試信號(hào)必須以特定脈沖寬度和重復(fù)頻率進(jìn)行選通。

　　傳統(tǒng)VNA有兩個(gè)測(cè)試端口，這在大多數(shù)射頻器件只有一個(gè)或兩個(gè)端口時(shí)可滿足需要。隨著無線通信領(lǐng)域的快速增長，三個(gè)或四個(gè)端口的器件已經(jīng)非常普遍，因而四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀也和二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀同樣會(huì)被普遍使用。

簡化放大器和混頻器測(cè)量

　　利用二端口或四端口時(shí)，PNA-X與傳統(tǒng)VNA結(jié)構(gòu)相比有四大改進(jìn)：

* 兩個(gè)信號(hào)源：第二個(gè)內(nèi)部信號(hào)源與第一個(gè)信號(hào)源的頻率和功率電平設(shè)置是相互獨(dú)立的。第二個(gè)信號(hào)源可用于非線性放大器測(cè)試如互調(diào)失真（IMD），或用作測(cè)試混頻器和變頻器的快速本地振蕩器（LO）。
* 寬帶信號(hào)合路器：內(nèi)部信號(hào)合路器可以在儀器的相關(guān)測(cè)試端口耦合器之前將兩個(gè)源合并在一起。這便簡化了需要兩個(gè)信號(hào)源的放大器測(cè)試設(shè)置。
* 信號(hào)切換和接入點(diǎn)：輔助開關(guān)和射頻接入點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)路徑選擇，并增加外部信號(hào)調(diào)理得硬件（如推動(dòng)放大器）或外部測(cè)試設(shè)備（如數(shù)字信號(hào)發(fā)生器或矢量信號(hào)分析儀）。
* 脈沖測(cè)試能力：內(nèi)部脈沖調(diào)制器和脈沖發(fā)生器提供完全一體化的脈沖S參數(shù)解決方案。

　　這些改進(jìn)簡化了測(cè)試設(shè)置過程并在測(cè)量放大器、混頻器和變頻器時(shí)縮短了測(cè)試時(shí)間。 這些新增加的特性結(jié)合在一起極大地?cái)U(kuò)大了對(duì)被測(cè)器件（DUT）進(jìn)行一次連接可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量范圍。 圖2示出一個(gè)對(duì)放大器的S參數(shù)、增益壓縮和相位壓縮及固定信號(hào)IMD進(jìn)行同時(shí)測(cè)量的實(shí)例。

　　
 
圖2.顯示表對(duì)放大器的S參數(shù)、壓縮和IMD進(jìn)行同時(shí)測(cè)量的PNA-X實(shí)例。

　　兩個(gè)內(nèi)置信號(hào)源的性能增強(qiáng)也會(huì)簡化放大器和混頻器測(cè)量。例如，測(cè)試端口可利用的最大信號(hào)功率通常為+13至+20 dBm（取決于型號(hào)和頻率）。這對(duì)將放大器驅(qū)動(dòng)到非線性區(qū)很有幫助，并且在把信號(hào)源用作測(cè)試混頻器的LO信號(hào)時(shí)也經(jīng)常要這樣。這兩個(gè)內(nèi)置信號(hào)源的諧波成分也非常低（通常為–60 dBc 或更低），從而提高諧波和IMD測(cè)量的精度。此外，典型置為40 dB的功率掃描范圍使得在表征放大器的特性時(shí)很容易就可以讓放大器從線性工作范圍轉(zhuǎn)化到非線性工作范圍。

解決各種測(cè)量問題

　　雖然VNA只需一個(gè)射頻源就可以測(cè)量元件的S參數(shù)、壓縮和諧波，但增加第二內(nèi)部信號(hào)源則可以對(duì)更為復(fù)雜的非線性特性，如IMD，進(jìn)行測(cè)量，特別是當(dāng)這兩個(gè)源與網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的信號(hào)合路器配合使用時(shí)尤其如此。

　
 
圖3.針對(duì)IMD測(cè)量配置的二端口PNA-X框圖。

　　對(duì)于IMD測(cè)量，使用信號(hào)合路器將兩個(gè)信號(hào)合并，然后送到被測(cè)放大器（AUT）的輸入端。圖3示出PNA-X如何使用內(nèi)部信號(hào)源和合路器來完成此過程。

　　AUT的非線性會(huì)引起與被放大的輸入信號(hào)一道出現(xiàn)的互調(diào)分量。在通信系統(tǒng)中，這些多余的分量將進(jìn)入工作頻帶且不能通過濾波去除。實(shí)踐中，只測(cè)三階分量，因?yàn)樗鼈兪窃斐上到y(tǒng)性能下降的最重要因素。

　　圖4示出一個(gè)用PNA-X完成的掃描IMD測(cè)量實(shí)例。兩條居中跡線顯示激勵(lì)信號(hào)，下方兩條跡線顯示IMD分量。最上方的跡線則是利用了PNA-X特別有優(yōu)勢(shì)的公式編輯特征計(jì)算并顯示的三階截獲點(diǎn)（IP3）。

　
 
圖4.掃頻IMD測(cè)量的PNA-X實(shí)例。

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　　在掃描狀態(tài)下進(jìn)行IMD測(cè)試的一個(gè)非常有用的改變是對(duì)功率電平而不是對(duì)頻率進(jìn)行掃描，這有助于研發(fā)工程師們建立晶體管和放大器非線性行為模型。在圖5顯示的測(cè)量結(jié)果中，您可以看到基頻信號(hào)以及三階、五階和七階互調(diào)分量的幅度和相位隨輸入功率的變化而變化的情況。

　
 
圖5.PNA-X進(jìn)行功率掃描IMD測(cè)試的實(shí)例。

　　與其它方法相比，使用VNA進(jìn)行以上測(cè)量有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，只用一臺(tái)測(cè)試儀器，只進(jìn)行一次連接便能對(duì)全部參數(shù)進(jìn)行測(cè)量：S參數(shù)、增益壓縮、輸出諧波、IMD等等。其次，與使用頻譜分析儀相比，用功率計(jì)對(duì)VNA進(jìn)行校準(zhǔn)之后，測(cè)量精度更高。最后，如果使用一臺(tái)頻譜分析儀和兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源進(jìn)行同樣的測(cè)試，完成測(cè)試需要花幾分鐘的時(shí)間，但使用PNA-X只需0.6秒。

　　相位與驅(qū)動(dòng)的關(guān)系是用PNA-X很容易完成的另一種常見的雙信號(hào)源測(cè)試。這個(gè)測(cè)試參數(shù)表征的是當(dāng)在相鄰?fù)ǖ阑驇獯嬖诖笮盘?hào)時(shí)，放大器處理小信號(hào)的能力。測(cè)試的方法是把不同頻率的一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)合在一起然后送至被測(cè)放大器（AUT），然后在改變大信號(hào)的功率時(shí)（使用功率掃描），測(cè)量小信號(hào)的S21相位。

　　另一種使用雙信號(hào)源技術(shù)、在建立晶體管和放大器非線性行為模型時(shí)會(huì)用到的參數(shù)是“熱態(tài)S參數(shù)”（準(zhǔn)確地說是“放大器工作狀態(tài)下的S參數(shù)-譯者注）”，這種測(cè)試方法用來表征在某一給定頻率下，當(dāng)存在一個(gè)比較大的偏離于S參數(shù)測(cè)試信號(hào)的另外一個(gè)輸入信號(hào)，并且被測(cè)放大器的輸出因?yàn)檫@個(gè)大信號(hào)的存在而產(chǎn)生壓縮時(shí)，放大器小信號(hào)S參數(shù)的特性。在進(jìn)行熱態(tài)S參數(shù)測(cè)試時(shí)，一定要十分小心，不要讓被測(cè)放大器輸出的“熱信號(hào)”超出了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試接收機(jī)的損壞電平。

測(cè)量平衡元件

　　平衡電路既能降低對(duì)電磁干擾的敏感度和又能降低電磁干擾的產(chǎn)生。平衡元件可以是在三個(gè)射頻端口的平衡-單端器件或有四個(gè)端口的平衡-平衡器件。用四端口VNA很容易對(duì)這些元件進(jìn)行測(cè)試，可以測(cè)量差模響應(yīng)和共模響應(yīng)以及模式變換項(xiàng)。

　　這些測(cè)試可以用單端激勵(lì)或真實(shí)模式激勵(lì)來完成。單端法是每次只測(cè)試一個(gè)DUT端口（只需要一個(gè)射頻源）并對(duì)差模響應(yīng)和共模響應(yīng)以及交叉模式特性進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。這是最快且精確的技術(shù)，條件是外加功率電平應(yīng)使AUT保持在線性或適度壓縮的工作區(qū)。

　　在高驅(qū)動(dòng)電平條件下測(cè)試放大器的平衡性能時(shí)，如果仍然使用單端測(cè)量的方法，非線性特性會(huì)引測(cè)量結(jié)果的嚴(yán)重誤差，這就需要真實(shí)（差分或平衡）模式激勵(lì)。這種方法將兩個(gè)幅度相同的信號(hào)以180