1、引言

在射頻產品的研發和生產過程中，往往需要進行射頻信號的頻譜分析、信號的解調分析、接收靈敏度測試和硬件電路的 S 參數測試，工程師以此來優化和檢驗產品的 設計，使得產品的性能達到最佳狀態；為了保證產品的電磁兼容設計符合規范也需要 做電磁兼容摸底測試，即預認證測試。因此，頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、測量接 收機、噪聲系數分析儀和信號分析儀必不可少，對于研制普通射頻產品的單位來說， 非常昂貴的測試儀器投資在短時間內很難收回，羅德與施瓦茨公司的集上述測量功能于一身的測量儀器ZVL 性價比高，能夠很好地解決這個問題。

2 、ZVL 特性

ZVL 標準配置是一臺經濟型的矢量網絡分析儀，具有反射 S 參數測試，如阻 抗、史密斯圓圖、反射系數、駐波比、返波損耗，也能夠測試傳輸 S 參數，如增益、 損耗、群延遲等，傳輸 S 參數測量的動態范圍可以達到 123dB，測量精度高、速度快。S 參數測試包括反射 S 參數和傳輸 S 參數。ZVL 體積小，重量輕，攜帶方便，耗電量小，節約能源。它有兩個型號，ZVL3 和 ZVL6，頻率范圍分別為 9kHz~3GHz 和 9kHz~6GHz。可以使用電池供電，用于外場測試。

ZVL 在矢量網絡分析儀的基礎之上增加選件后，相當于經濟型的頻譜分析儀

FSL，其技術指標如表 1 所示。

表 1：FSL 頻譜分析技術指標

3、ZVL的應用實例

3.1 射頻模塊測試

射頻產品中常見的模塊包括濾波器、功率放大器、天線、低噪聲放大器、變頻器 等。這些模塊端口的特性阻抗一般為 50 歐姆，如果模塊之間的阻抗不匹配，一部分信 號被傳輸，另外一部分被反射，模塊之間端口阻抗偏離越多，反射越厲害，傳輸的信 號就越少了，阻抗為 0 和無窮大時信號被全部反射，設計者總是希望反射越小越好。 在硬件設計過程中測試每個模塊的 S 參數是進一步調整模塊的設計的重要依據。 例如，在手機設計過程中，天線與匹配電路端口匹配良好與否直接關系著發射機 和接收機的性能。手機天線連接頭是非常見的 N 接頭或 SMA，測試時需要用一根轉接 線連接到儀器測試端口，ZVL 校準后具有端口自動延伸，能夠將校準面自動延伸到天線端口，消除轉接線帶來的測量誤差，直接反映手機天線的特性。

3.2 電路板診斷

電路板的不同模塊之間、一個系統中不同電路板之間因為時鐘信號線等布線不合理往往會互相發生干擾，造成整個系統不穩定和性能下降。例如，GPS 接收機的靈敏度非常高，電路板的雜散信號、時鐘信號的諧波有可能落在 GPS 的工作頻段，這個干擾信號會通過天線進入 GPS 接收機而影響靈敏度，天線擺在不同位置對靈敏度的影響程度還不一樣。因此，電路板診斷對射頻產品性能優化非常重要。

如圖 1，把 ZVL 當作一臺頻譜儀，射頻輸入端口配上羅德與施瓦茨的探頭HZ-15 和 HZ-16 可以很清楚地定位強的雜散信號來自于電路板哪些區域甚至哪個芯片管腳。

3.3 噪聲系數測試

無線電接收機的靈敏度是一個非常重要的指標，它反映接收機接收小信號的能力。接收機的靈敏度等于-174dBm＋NF＋10lgBW + S / N ，其中 BW 為信號帶寬，S/N為信號解調所需的信噪比，噪聲系數［4］NF 等于系統輸出信噪比和輸入信噪比之比，它和噪聲因子 F 之間的關系為 NF = 10lg F ，單位為 dB，因為噪聲因子始終大于 1，所以噪聲系數 NF 始終大于 0dB。通常來說，接收機的噪聲系數主要決定于第一級低噪聲放大器。

不管是采用噪聲系數分析儀還是頻譜分析儀做噪聲系數測試其原理都是基于 Y 系數法。儀器提供交替變化的 28V 和 0V 電源給噪聲源，在 28V 電源工作時，噪聲源產生高的噪聲功率，0V 電源工作時，噪聲源產生低噪聲功率，ZVL 當作頻譜儀，測量這兩個功率值并計算他們的比值得到噪聲因子。測試分為兩個過程，校準和測量。校準時，如圖 2，噪聲源直接連接到 ZVL 射頻輸入端口，得到測量儀器 ZVL 內部的噪聲因子 F2；測量時，如圖 3，噪聲源輸出的噪聲加到被測件，被測件的輸出到 ZVL 的射頻 輸入端口，得到被測件和測量儀器這個整體的噪聲因子 F12，根據兩級系統級連噪聲系數公式可以得到被測件的噪聲因子 F1和增益 G，進而可以得到被測件的噪聲系數。

3.4 電磁兼容預測試

每個射頻產品需要通過專業檢測機構的電磁兼容輻射測試，要求在其工作頻率之 外的雜散信號必須小于一定限制值。這種測試費用比較高，如果測試不通過，需要修改產品后重新測試，這樣不僅消耗了大量的人力、物力和財力，也延長了產品的研發周期。因此，專業實驗室檢測之前用測量接收機在實驗室做電磁兼容預測試比較普遍。

測量接收機要求具有特定的峰值、準峰值和平均值檢波器，也要求提供電磁兼容測試所需 6dB 帶寬的 200Hz、9kHz、120kHz 和 1MHz 測量帶寬選擇，并能夠將外部天線的傳導因子輸入到測量儀器之中，ZVL 具有這種特定的模式。 如圖 4，用天線接收被測產品在空中的輻射信號后傳輸到 ZVL，ZVL 當作一臺測量接收機來測量被測產品的輻射特性。

3.5 數字調制信號解調分析

數字調制信號的質量一般用誤差矢量幅度 EVM 來衡量，它是誤差矢量的幅度和理想矢量的幅度的比值，用%和 dB 來表示，它的大小直接關系著整個系統的通信容量和傳輸距離，它的測量必不可少。頻譜分析儀只能分析其頻譜特性，必須用信號分析儀對它進行解調后才能得到調制質量特性。

如 OFDM 調制信號，它采用多載波技術，每個載波互相正交，而且每個載波的調制方式也不盡相同，例如 QPSK、16QAM、64QAM 調制，目前這種復雜的數字調制信 號都采用 IQ 調制，I 和 Q 通道增益是否一樣、是否有直流成分、是否完全正交相差 90 度都會影響誤差矢量幅度 EVM。如圖 5，顯示的是 ZVL 的信號分析功能解調分析 IEEE802.11g 信號的部分結果，顯示出 EVM、IQ 調制結果、頻率誤差、調制時鐘誤差、功率和峰均比等。

3.6 模擬調制信號解調分析

對于模擬調制信號如調幅 AM、調頻 FM 和調相 PhM，經常需要分析它們的調制特性。如無線調頻 FM 對講機，其發射中心頻率和調制頻偏有嚴格的要求。中心頻率不準會導致接收機的靈敏度下降，傳輸距離縮短；調制頻偏太小，調制指數就變小，接收機的信噪比下降。調制頻偏太大，接收機的信噪比有保證，但是鄰道信號會受到干擾，這樣會出現串音現象；發射功率太大，電池消耗量大，待機時間和工作時間縮短，對其它無線電設備造成一定干擾。發射功率偏小，傳輸距離受到限制。因此，調頻 FM 信號的調制頻率、調制頻偏、載波頻率和功率等指標的測量非常重要。

如圖 6，顯示的是 ZVL 的信號分析功能測量調頻 FM 信號的解調結果，上部分顯示的是調制信號對時間的關系。

總結：

除了上述的應用外，ZVL 還可以做電纜斷點測試，分析 WCDMA 信號、WiMAX 信號、藍牙信號的特性。總之，ZVL 集成多種功能于一體，是普通射頻產品基本射頻測試的重要選擇之一。

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