高級回復(fù)：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X超越S參數(shù)測試

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

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

　　傳統(tǒng)VNA有兩個測試端口，這在大多數(shù)射頻器件只有一個或兩個端口時可滿足需要。隨著無線通信領(lǐng)域的快速增長，三個或四個端口的器件已經(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)分析儀同樣會被普遍使用。

簡化放大器和混頻器測量

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

* 兩個信號源：第二個內(nèi)部信號源與第一個信號源的頻率和功率電平設(shè)置是相互獨(dú)立的。第二個信號源可用于非線性放大器測試如互調(diào)失真（IMD），或用作測試混頻器和變頻器的快速本地振蕩器（LO）。
* 寬帶信號合路器：內(nèi)部信號合路器可以在儀器的相關(guān)測試端口耦合器之前將兩個源合并在一起。這便簡化了需要兩個信號源的放大器測試設(shè)置。
* 信號切換和接入點(diǎn)：輔助開關(guān)和射頻接入點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)靈活的信號路徑選擇，并增加外部信號調(diào)理得硬件（如推動放大器）或外部測試設(shè)備（如數(shù)字信號發(fā)生器或矢量信號分析儀）。
* 脈沖測試能力：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)簡化了測試設(shè)置過程并在測量放大器、混頻器和變頻器時縮短了測試時間。 這些新增加的特性結(jié)合在一起極大地?cái)U(kuò)大了對被測器件（DUT）進(jìn)行一次連接可以實(shí)現(xiàn)的測量范圍。 圖2示出一個對放大器的S參數(shù)、增益壓縮和相位壓縮及固定信號IMD進(jìn)行同時測量的實(shí)例。

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

　　兩個內(nèi)置信號源的性能增強(qiáng)也會簡化放大器和混頻器測量。例如，測試端口可利用的最大信號功率通常為+13至+20 dBm（取決于型號和頻率）。這對將放大器驅(qū)動到非線性區(qū)很有幫助，并且在把信號源用作測試混頻器的LO信號時也經(jīng)常要這樣。這兩個內(nèi)置信號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。

解決各種測量問題

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

　
 
圖3.針對IMD測量配置的二端口PNA-X框圖。

　　對于IMD測量，使用信號合路器將兩個信號合并，然后送到被測放大器（AUT）的輸入端。圖3示出PNA-X如何使用內(nèi)部信號源和合路器來完成此過程。

　　AUT的非線性會引起與被放大的輸入信號一道出現(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示出一個用PNA-X完成的掃描IMD測量實(shí)例。兩條居中跡線顯示激勵信號，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測量的PNA-X實(shí)例。

{{分頁}}

　　在掃描狀態(tài)下進(jìn)行IMD測試的一個非常有用的改變是對功率電平而不是對頻率進(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顯示的測量結(jié)果中，您可以看到基頻信號以及三階、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測試的實(shí)例。

　　與其它方法相比，使用VNA進(jìn)行以上測量有三個優(yōu)點(diǎn)。首先，只用一臺測試儀器，只進(jìn)行一次連接便能對全部參數(shù)進(jìn)行測量：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VNA進(jìn)行校準(zhǔn)之后，測量精度更高。最后，如果使用一臺頻譜分析儀和兩個獨(dú)立的信號源進(jìn)行同樣的測試，完成測試需要花幾分鐘的時間，但使用PNA-X只需0.6秒。

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

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

測量平衡元件

　　平衡電路既能降低對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射頻端口的平衡-單端器件或有四個端口的平衡-平衡器件。用四端口VNA很容易對這些元件進(jìn)行測試，可以測量差模響應(yīng)和共模響應(yīng)以及模式變換項(xiàng)。

　　這些測試可以用單端激勵或真實(shí)模式激勵來完成。單端法是每次只測試一個DUT端口（只需要一個射頻源）并對差模響應(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)動電平條件下測試放大器的平衡性能時，如果仍然使用單端測量的方法，非線性特性會引測量結(jié)果的嚴(yán)重誤差，這就需要真實(shí)（差分或平衡）模式激勵。這種方法將兩個幅度相同的信號以180