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放大器的測試指標可以分為兩類(lèi)：線(xiàn)性指標測試和非線(xiàn)性指標測試。線(xiàn)性指標的測試基于S參數的測量，采用常規矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀完成。對于非線(xiàn)性指標的測試，傳統測試方案采用頻譜儀加信號源方法，但這種方案有很多缺點(diǎn)：1）無(wú)法實(shí)現同步掃頻、掃功率測試。2）不能進(jìn)行相位測量，如幅度相位轉化（AM/PM）測量。 R&S ZVB采用創(chuàng )新的硬件結構，其輸出功率很高、功率掃描范圍寬，因而無(wú)需另外單獨使用前置放大器，一次掃描即可確定放大器功率壓縮特性。ZVB采用了強大的自動(dòng)電平控制設計以及高選擇性、高靈敏性的接收機，因而可在較寬的動(dòng)態(tài)范圍下進(jìn)行放大器的諧波測試而無(wú)需使用外部濾波器。 此外R&S ZVB提供了豐富的測試功能和友好的操作界面，使得放大器的各種指標測試變得簡(jiǎn)單又直觀(guān)。 端口匹配特性測量 端口匹配特性主要測試端口的S11與S22參數。如端口1的S11參數等于反射信號b1與入射信號a1之比： S11參數也可稱(chēng)為輸入反射因子。S11為復數，工程上通常用回波損耗(RL)和駐波比(VSWR)來(lái)表達端口的匹配程度。S11與這兩個(gè)參數的關(guān)系如下： 回波損耗 RL ＝ - 20log(r)，其中r = |S11| 駐波比 以上兩個(gè)參數與S11的換算由ZVB自動(dòng)完成，用戶(hù)只需要在[Format] 菜單中選擇[dB Mag]->回波損耗，[SWR]->駐波比，就可以顯示相應的測試曲線(xiàn)。 ZVB提供軌跡統計功能[Trace Statistics]，可自動(dòng)顯示軌跡的最大值、最小值和峰－峰值，并且可以通過(guò)設置 [Eval Range]，來(lái)調整統計頻率范圍。該功能對帶限器件（如濾波器）的帶內指標測試非常有用。 在電路設計的過(guò)程中，精確輸入阻抗信息對于設計人員更為重要。比如：在手機板設計中，設計人員要精確測試前端放大器的輸入、輸出阻抗，然后根據輸入、輸出阻抗信息設計對應的匹配網(wǎng)絡(luò )，達到手機的最大功率發(fā)射和最佳的整機靈敏度。輸入阻抗與S11的關(guān)系如下： ， 其中Z0=50Ω用戶(hù)通過(guò)選擇[Format] 鍵中的[Smith]菜單顯示阻抗測試軌跡，通過(guò)設置Marker可以方便的測得每一頻點(diǎn)對應的輸入電抗和電阻。另外ZVB標配的虛擬加嵌功能，能模擬在輸入、輸出端口加上虛擬的匹配網(wǎng)絡(luò )之后整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能。該功能大大簡(jiǎn)化了設計人員的工作量，無(wú)需實(shí)際的電路調整，就能預測調整后的DUT性能。用戶(hù)通過(guò)選擇[Mode]菜單中的[Virtual Transform]來(lái)激活該功能。 傳輸參數測量 除了端口匹配特性的測量，放大器前向放大和反向隔離特性也可分別由測試S21和S12得到。前向的傳輸參數S21等于在端口2測得前向功率b2與端口1的激勵功率a1的比值： 而放大器的增益等于S21絕對幅度的對數值： 增益 Gain ＝ 反向的傳輸參數S12等于在端口1測得反向功率b1與端口2的激勵功率a2的比值： 而放大器的反向隔離度等于S12絕對幅度的對數值： 隔離度 Isolation = -20log( |S12| ) 用戶(hù)只需分別設置S21和S12的 顯示格式為dB（[format] -> [dB Mag]），放大器增益和隔離度即可同時(shí)顯示在ZVB上。 功率壓縮特性測量 功率壓縮特性的測試主要用來(lái)衡量待測件（DUT）的線(xiàn)性度。對于放大器的測試，工程上通常采用輸出功率1 dB壓縮點(diǎn)（P1dB ）來(lái)表征該特性。P1dB的定義為：隨著(zhù)輸入功率的增加，放大器的增益下降到比線(xiàn)性增益低1dB時(shí)的輸出功率值，如圖1所示。 ZVB不僅可以測量參數隨頻率變化的曲線(xiàn)還可以測量參數隨輸入功率變化的曲線(xiàn)。ZVB內置信號源可以提供非常大的功率掃描范圍，其典型值為60dB，而且60dB的功率掃描范圍完全由電子衰減器來(lái)實(shí)現而非采用傳統的機械步進(jìn)衰減器。機械式衰減器的幅度可重復度較差且使用壽命較短，所以ZVB特別適合測試有源器件的功率壓縮特性。 ZVB提供多通道（Channel）的測試功能，不同的通道可以設置不同的掃描方式，所以可以在一個(gè)通道內設置頻率掃描用于測試S參數，而在另一通道內設置成功率掃描用于測量功率壓縮特性，這樣調試人員就可以在調試放大器S參數的同時(shí)，觀(guān)察放大器P1dB的變化。用戶(hù)可通過(guò)[Chan select]鍵，選擇[Add Channel + Trace +Diag Area] 菜單來(lái)增加一個(gè)測試通道，然后選擇[Sweep]鍵中的[Sweep type]菜單，選擇[Power]就可以進(jìn)行功率掃描測試。另外ZVB 在軌跡統計功能[Trace Statistics]中提供了自動(dòng)尋找增益壓縮點(diǎn)的功能[Compression Point]，方便用戶(hù)快速讀值。 P1dB的測量涉及到S21隨著(zhù)絕對輸入功率變化的曲線(xiàn)，而矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀通常用于S參數相對量的測量。為了提高其絕對測量精度，推薦使用的功率計對矢量網(wǎng)絡(luò )做功率校準。R&S公司的NRP系列功率計可以通過(guò)USB接口直接和ZVB連接，從而省掉功率計主機和昂貴的GPIB卡。ZVB功率校準過(guò)程分成兩個(gè)過(guò)程：矢量網(wǎng)絡(luò )的內部源幅度校準和接收機幅度校準。在第一個(gè)過(guò)程中將功率探頭直接和矢量網(wǎng)絡(luò )的源端口連接，對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Souce Power Cal]。 第二步將已校準的源端口和接收端口連接進(jìn)行接收機的校準，對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Receiver Power Cal]。 諧波測量 隨著(zhù)激勵功率的增加，放大器將進(jìn)入非線(xiàn)性工作區，不僅會(huì )出現輸出功率壓縮現象，還會(huì )出現非線(xiàn)性頻率分量。這些新的頻率輸出分量多為輸入頻率的整數倍，稱(chēng)為諧波分量。設計人員往往比較關(guān)心的是輸入基波分量與諧波分量的幅度差值，因為幅度差越大，意味著(zhù)在同樣的直流輸入功率情況下，更多的功率轉換為所需的基波功率，而非諧波功率，也可視為提高了放大器的效率。 傳統的放大器的諧波測量是通過(guò)信號源加頻譜儀的方式實(shí)現，即用信號源作為激勵信號源，頻譜儀觀(guān)測基波和諧波的信號幅度。放大器的諧波測試往往需要測量不同輸入基波功率對應的諧波輸出功率，或者測試不同的頻率點(diǎn)上同一輸入基波功率對應的諧波輸出功率。傳統的方法須手動(dòng)記錄或者編寫(xiě)自動(dòng)測試程序進(jìn)行測試。 相對于這些繁瑣的方法，ZVB提供了更為靈活的解決方法。ZVB打破了傳統矢量網(wǎng)絡(luò )信號源和接收機必須工作在同一頻率上的限制，可以使矢量網(wǎng)絡(luò )信號源和接收機工作在不同的頻率點(diǎn)上。具體對于諧波測量而言，可以讓矢量網(wǎng)絡(luò )源輸出基波信號，而接收機工作在諧波頻率上，并可方便實(shí)現對基波輸入頻率或輸入功率的掃描測試（圖2）。對應ZVB的設置：可先通過(guò)[Chan Select]+[Add channel +trace+Diag Area]的方法來(lái)添加一個(gè)新的觀(guān)測窗口和新的測試通道。然后在[Mode]鍵下選擇[Harmonics]進(jìn)入諧波測試模式，而后通過(guò)選擇 2nd、3rd或者輸入其它諧波次數來(lái)測量對應的諧波。 對于測試絕對諧波功率對輸入基波功率的變化，同樣推薦在測試前應該進(jìn)行功率校準。ZVB也提供諧波功率校準的方法。通過(guò) [Harmonic Power Cal] 進(jìn)入功率校準對話(huà)框，其基本操作過(guò)程與測試放大器功率壓縮特性時(shí)相同，只不過(guò)在進(jìn)行源功率校準時(shí)的頻率為整個(gè)測試頻率，而在接收機校準時(shí)的頻率為諧波頻率而已。 幅度相位轉化測量 放大器的非線(xiàn)性特性除了功率壓縮和產(chǎn)生諧波頻率兩個(gè)方面外，還有相位非線(xiàn)性特征，即隨著(zhù)輸入功率的改變，放大器插入相移的變化。工程上通常采用AM/PM轉化來(lái)描述，其具體的定義為： 輸入功率每變化1dB，插入相移的改變量，單位為Degrees/dB(圖3)。 同功率壓縮特性的測量一樣，應設置ZVB掃描類(lèi)型 [Sweep Type] 為功率掃描 [Power]。測試軌跡為S21，但顯示格式[Format]應設置為相位方式[Phase]。在測試過(guò)程中，可使用ZVB 提供Delta Marker與Reference功能方便地讀值。 穩定性因子測量 理想狀況下放大器的輸入、輸出端接阻抗應該為50Ω，但是在實(shí)際的電路環(huán)境下往往并非如此。而有些放大器在某些端接阻抗可能出現自激振蕩，從而產(chǎn)生許多無(wú)用雜散輸出信號。放大器的穩定性是指放大器對產(chǎn)生自激振蕩的抑制能力。工程上一般把放大器的穩定性狀況分為兩種情況：絕對穩定和條件穩定。絕對穩定是指在任何端接阻抗條件下都不出現振蕩，而條件穩定是指如果端接阻抗選擇的合適將不出現振蕩現象，但在某些端接阻抗上將出現自激振蕩。 穩定性因子有多種定義的方法，ZVB支持三種穩定因子測量。穩定性因子的測量基于S參數的測量，其S參數的關(guān)系如下： 對于絕對穩定放大器必須滿(mǎn)足：K>1和兩個(gè)附加條件： 1-|S11|2>|S12.S21|與1-|S22|2>|S12.S21|。而采用m1和m2來(lái)描述就不需要附加條件，滿(mǎn)足m1>1或m2>1即可斷定放大器為絕對穩定。 通過(guò)簡(jiǎn)單的設置，ZVB就可進(jìn)行放大器穩定性測試（圖4），對應選擇[Format]鍵下的[Stability]菜單，在彈出的對話(huà)框里選擇輸入、輸出端口和測試穩定性因子的類(lèi)型即可。 結束語(yǔ) 綜合所述，R&S ZVB 提供的眾多測試功能使其不僅適合放大器S參數測量也適合放大器幅度、相位非線(xiàn)性特性測量和穩定度的測量，滿(mǎn)足放大器從設計到生產(chǎn)諸多測試需求。 |
