使用Agilent矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀解決射頻和微波測量領(lǐng)域的難題

在現(xiàn)代無線和航空/國防系統(tǒng)中，對射頻元器件進行精確的振幅和相位測量極為重要。在系統(tǒng)仿真的設(shè)計階段，需要對基礎(chǔ)元器件的數(shù)據(jù)進行精確表征，才能確保系統(tǒng)完全在設(shè)計規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)工作。在制造階段，精確測量能夠保證每個元器件都能符合公布的技術(shù)指標。射頻系統(tǒng)的基本構(gòu)建模塊，例如過濾器、放大器、混頻器、天線、隔離器和傳輸線路等通常需要進行測量。

對射頻元器件應(yīng)用最廣的測量標準是散射參數(shù)，簡稱S參數(shù)。這些參數(shù)表征了射頻設(shè)備正向和逆向的復雜反射（振幅和相位）和傳輸性能。S參數(shù)完整地描述了射頻元器件的線性行為，此參數(shù)對整個系統(tǒng)仿真非常必要，但并不足夠。相對于理想線性性能的偏置（表現(xiàn)形式為非平坦振幅與頻率的比和非恒定斜面相位與頻率響應(yīng)的比）會導致嚴重的系統(tǒng)退化。

射頻元器件的非線性性能也會對系統(tǒng)造成損壞。例如，如果放大器的功率電平超過線性范圍，則放大器將出現(xiàn)增益壓縮、幅度調(diào)制向相位調(diào)制（AM至PM）的轉(zhuǎn)換和互調(diào)失真（IMD）等現(xiàn)象。因此，測量這些特性同樣重要。

最常見的用于表征射頻元器件的設(shè)備是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）。"網(wǎng)絡(luò)"是指電氣網(wǎng)絡(luò)，而不是電腦網(wǎng)絡(luò)。以前，VNA包含一個用于激勵的射頻信號發(fā)生器和多個用于測量正向和逆向的事件、反射和傳輸信號的測量接收機。傳統(tǒng)的VNA擁有兩個測試端口，因為多數(shù)早期設(shè)備只有一個或兩個端口。測量多于兩個端口的設(shè)備，意味著需不斷移動被測件周圍的測試電纜和終端直到所有端口測量完畢。下文將為用戶介紹更佳的方法。

VNA以固定的功率電平通過掃描頻率測量S參數(shù)，以固定的頻率通過掃描功率測量放大器的增益壓縮。這樣，就可以輕松地表征線性和非線性性能。新型VNA帶有兩個內(nèi)置射頻信號發(fā)生器，也可以進行IMD測量。而以前測量IMD需要兩個獨立的信號發(fā)生器和一個頻譜分析儀。使用VNA的方法使設(shè)置更為簡單、測量時間更短、測量精度更高。例如，帶有選件146的新型Agilent 13.5 GHz N5230A PNA-L網(wǎng)絡(luò)分析儀就屬于帶有兩個內(nèi)部射頻源的新一代VNA。

多端口設(shè)備受到普遍應(yīng)用

目前的現(xiàn)代化射頻系統(tǒng)中通常包括擁有3個或4個端口的設(shè)備，擁有8個或更多端口的設(shè)備也越來越普及。設(shè)備端口數(shù)量增多的原因有兩個。一是由于平衡元器件的廣泛使用，二是子系統(tǒng)的集成水平更高，例如目前手機上使用的前端模塊。

平衡電路具有許多優(yōu)點，例如對電磁干擾的敏感性降低以及電磁干擾的減少。平衡元器件可能是擁有3個射頻端口的平衡到單端設(shè)備，也可能是擁有4個射頻端口的平衡到平衡設(shè)備。目前通常使用的VNA擁有4個端口，能夠輕松測量高達67 GHz的平衡電路。這些VNA必須能夠測量平衡設(shè)備的差分和共模響應(yīng)以及混模參數(shù)。

不斷提高的集成水平是多端口設(shè)備增多的主要因素。在移動電話行業(yè)，手機和基站的情況都可以印證這一點。多頻手機（可工作于多個頻段，并具有如GPS或Wi-Fi等非電話功能）通常將前端模塊（包括一個或兩個天線輸入和多個開關(guān)、雙工器、過濾器和放大器）集成到一個普通基片上。在基站端，通常將雙工器和低噪聲放大器集成到帶有許多射頻端口的合分路器上。

當測量這些設(shè)備時，由于業(yè)界對測量帶外性能的需求，測試頻率上限通常比要操作的頻帶高得多。例如，測試在2 GHz頻率工作的手機元器件時通常會測試到12.5 GHz的頻率，從而保證不會對其它頻帶造成干擾。

要同時滿足高端口數(shù)量和高頻率測試的需求，可以通過添加外部測試儀來擴展VNA的端口數(shù)量，該測試儀包含更多的端口連接器和定向耦合器，以及與VNA本身進行無縫連接的必要開關(guān)。以這種方式，通過增加端口數(shù)量便可得到測量任意端口對組合之間的路徑的測試解決方案，此方案還包含消除所有測試端口和路徑中的系統(tǒng)誤差的誤差校正程序。帶有選件145的Agilent N5230A PNA-L網(wǎng)絡(luò)分析儀就符合這一標準，它與Z5623A K44測試儀結(jié)合，能提供擁有8個端口的13.5 GHz的測試系統(tǒng)（圖1）。安捷倫最近還推出了擁有12個端口的20 GHz解決方案，該解決方案采用帶有選件225的N5230A PNA-L網(wǎng)絡(luò)分析儀和U3022AE10測試儀。

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