在射頻學(xué)習(xí)研究的過程中，我們會使用到各種各樣的儀器進(jìn)行各種測量仿真，在完成這些操作的過程中可能會遇到各種各樣的問題，所以掌握測試的方法就顯得尤為重要，能大量節(jié)約時(shí)間，也能提高測試的準(zhǔn)確性。今天就通過“如果在DUT輸出端加大衰減器后怎樣使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)和測試”這個(gè)問題給大家介紹一下相關(guān)的測試方法。

1、傳統(tǒng)PA的矢網(wǎng)測量方法

DUT的大信號測量是至關(guān)重要的，尤其是S22（關(guān)系到與天線的匹配）和飽和功率（Psat，直接關(guān)系到發(fā)射功率）。在測試大功率PA時(shí)，由于一般PA輸出功率小至幾W，大到上百W，如果這么大的信號直接灌進(jìn)矢網(wǎng)(矢網(wǎng)接收機(jī)線性區(qū)一般在10dbm左右，接收機(jī)最大輸入功率30dBm)，會導(dǎo)致矢網(wǎng)接收機(jī)壓縮甚至損壞，所以一般測量DUT增益或Psat的時(shí)候應(yīng)在DUT的輸出端連接一個(gè)較大的衰減器，再與矢網(wǎng)的測量端口相連。但是這樣會遇到一個(gè)問題，如果DUT輸出端口接了大衰減器再用矢網(wǎng)2端口去測量DUT的反向S12和輸出駐波S22時(shí)，進(jìn)到接收機(jī)信號的信噪比(SNR)會顯著下降。信噪比的下降對S22 (S22=B/R2)測量結(jié)果的影響尤其明顯。原因是矢網(wǎng)2端口輸出的功率（一般最大只能輸出15dBm @ X波段）在到達(dá)DUT輸出端口之前要經(jīng)過衰減器的衰減，從DUT反射回來的信號也會再次經(jīng)過衰減器衰減，才能到達(dá)矢網(wǎng)2端口接收機(jī)(B接收機(jī))，兩次信號經(jīng)過大衰減器后，會使進(jìn)入B接收機(jī)的信號的信噪比變得很差，這會顯著降低測量精度。如圖1.1在這種情況下測得的S22結(jié)果的軌跡噪聲很大。

圖1.1 在大功率DUT的輸出端和網(wǎng)絡(luò)儀的測量端口之間連接大衰減進(jìn)行測量所得到的測量結(jié)果，S22有很大的軌跡噪聲

2、解決辦法，準(zhǔn)確測到S22

在矢網(wǎng)的前面板的跳線接口進(jìn)行了很多專用跳線設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同的需要選擇把被測器件和測量信號直接與內(nèi)部激勵(lì)源、接收機(jī)、定向耦合器和測試端口相連。圖2.1展示的是直接接入矢網(wǎng)2端口接收機(jī)改進(jìn)配置方式。在測量DUT的S21 (S21=B/R1)時(shí)，矢網(wǎng)的B接收機(jī)通過外部定向耦合器直接測量DUT的輸出信號。如果輸出信號過大，還可選擇適當(dāng)?shù)乃p器接在定向耦合器和B接收機(jī)之間保護(hù)接收機(jī)。同時(shí)在矢網(wǎng)2端口和定向耦合器之間連接一個(gè)隔離度很高的隔離器，可以把DUT輸出的大功率信號進(jìn)行大幅度的隔離掉以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)儀的矢網(wǎng)2端口不被損壞（也可以使用大衰減器，但若使用衰減器，仍然會使矢網(wǎng)2端口出來的信號經(jīng)過一次衰減器，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整使用）。在測量DUT的S12 (S12=A/R2)和S22 (S22=B/R2)時(shí)，矢網(wǎng)2端口輸出的激勵(lì)信號經(jīng)過插入損耗很小的隔離器施加給DUT的輸出端，與圖1.1對比可以顯著改善測量的信噪比。

圖2.1 使用接收機(jī)直接接入對大功率DUT進(jìn)行測量得到的測量結(jié)果，S22的軌跡噪聲顯著減小

3、實(shí)例分析

圖3.1以測量一個(gè)輸出信號功率為30dBm的大功率DUT為例，比較了圖1.1和圖2.1兩種不同的配置情況下各測量端口上和測量接收機(jī)所測量到的信號的功率。如果采用傳統(tǒng)的配置方式(圖左，對應(yīng)圖1.1)測量DUT的S12和S22時(shí)，雖然從端口2輸出的測量激勵(lì)信號的功率是0dBm，由于被測器件輸出路徑中存在30dB的大衰減器，最后需要測量的從DUT的輸出端口反射回來到達(dá)B接收機(jī)的信號的功率僅為-86dBm (經(jīng)過兩次30dB的衰減+網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)定向耦合器26dB的耦合度之后，0dBm的激勵(lì)信號回到2端口接收機(jī)信號只有-86dBm)，顯然矢網(wǎng)接收機(jī)測量如此小的信號是很難得到精確測量結(jié)果的。相比之下，使用接收機(jī)直接接入(圖右，對應(yīng)圖2.1)的配置方式，在測量S22時(shí)，B接收機(jī)的輸入信號的功率可以達(dá)到-56dBm (0dBm的激勵(lì)信號從DUT的輸出端反射回來之后，先經(jīng)過外接的定向耦合器20dB的，再經(jīng)過衰減器30dB的衰減之后，不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的定向耦合器直接輸入給B接收機(jī))，網(wǎng)絡(luò)儀的接收機(jī)在測量這樣大小量級的信號時(shí)就可以給出很精確的測量結(jié)果。在實(shí)際測量時(shí)甚至還可以把端口2輸出信號的功率再提高一些，使得測量S12和S22時(shí)的信噪比更好，測量精度也就更高。

圖3.1 使用圖1.1(左圖)和圖2.1(右圖)兩種配置方式測量大功率DUT時(shí)信號功率的比較

4、需要注意的是

4.1 按正常S參數(shù)、源功率、接收機(jī)電平校準(zhǔn)即可；

4.2 搞好圖之后才發(fā)現(xiàn)PA 輸出駐波沒考慮到，因此圖3.1中暫不考慮PA輸出駐波，即假設(shè)S22大概在-1~0dB左右；

4.3 隔離器一般可以承受上百W的功率，但需要注意圖3.1右圖中的反向隔離器接入方向；

4.4 測量DUT前，請先用thru檢查一下環(huán)境，確保環(huán)境沒問題再上DUT；

4.5 此配置方式可以精確測量S11、S21、S12、S22以及增益壓縮輸出功率。

審核編輯：湯梓紅