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

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

對(duì)射頻元器件應(yīng)用最廣的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是散射參數(shù)，簡(jiǎn)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(fù)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)仿真非常必要，但并不足夠。相對(duì)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(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)退化。

射頻元器件的非線性性能也會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損壞。例如，如果放大器的功率電平超過(guò)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(cè)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(gè)用于激勵(lì)的射頻信號(hào)發(fā)生器和多個(gè)用于測(cè)量正向和逆向的事件、反射和傳輸信號(hào)的測(cè)量接收機(jī)。傳統(tǒng)的VNA擁有兩個(gè)測(cè)試端口，因?yàn)槎鄶?shù)早期設(shè)備只有一個(gè)或兩個(gè)端口。測(cè)量多于兩個(gè)端口的設(shè)備，意味著需不斷移動(dòng)被測(cè)件周圍的測(cè)試電纜和終端直到所有端口測(cè)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(guò)掃描頻率測(cè)量S參數(shù)，以固定的頻率通過(guò)掃描功率測(cè)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(gè)內(nèi)置射頻信號(hào)發(fā)生器，也可以進(jìn)行IMD測(cè)量。而以前測(cè)量IMD需要兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)頻譜分析儀。使用VNA的方法使設(shè)置更為簡(jiǎn)單、測(cè)量時(shí)間更短、測(cè)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(gè)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(gè)或4個(gè)端口的設(shè)備，擁有8個(gè)或更多端口的設(shè)備也越來(lái)越普及。設(shè)備端口數(shù)量增多的原因有兩個(gè)。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(jī)上使用的前端模塊。

平衡電路具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如對(duì)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(gè)射頻端口的平衡到單端設(shè)備，也可能是擁有4個(gè)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(gè)端口，能夠輕松測(cè)量高達(dá)67 GHz的平衡電路。這些VNA必須能夠測(cè)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(dòng)電話行業(yè)，手機(jī)和基站的情況都可以印證這一點(diǎn)。多頻手機(jī)（可工作于多個(gè)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(gè)或兩個(gè)天線輸入和多個(gè)開關(guān)、雙工器、過(guò)濾器和放大器）集成到一個(gè)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(dāng)測(cè)量這些設(shè)備時(shí)，由于業(yè)界對(duì)測(cè)量帶外性能的需求，測(cè)試頻率上限通常比要操作的頻帶高得多。例如，測(cè)試在2 GHz頻率工作的手機(jī)元器件時(shí)通常會(huì)測(cè)試到12.5 GHz的頻率，從而保證不會(huì)對(duì)其它頻帶造成干擾。

要同時(shí)滿足高端口數(shù)量和高頻率測(cè)試的需求，可以通過(guò)添加外部測(cè)試儀來(lái)擴(kuò)展VNA的端口數(shù)量，該測(cè)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(jìn)行無(wú)縫連接的必要開關(guān)。以這種方式，通過(guò)增加端口數(shù)量便可得到測(cè)量任意端口對(duì)組合之間的路徑的測(cè)試解決方案，此方案還包含消除所有測(cè)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(biāo)準(zhǔn)，它與Z5623A K44測(cè)試儀結(jié)合，能提供擁有8個(gè)端口的13.5 GHz的測(cè)試系統(tǒng)（圖1）。安捷倫最近還推出了擁有12個(gè)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(cè)試儀。

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