微波射頻測(cè)試技術(shù)白皮書

隨著Agilent PNA-X/PNA系列網(wǎng)絡(luò)儀的推出，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)儀的測(cè)試功能甚至很多測(cè)試應(yīng)用的方法正在發(fā)生變化，所以PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀是網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試技術(shù)發(fā)展的里程碑式的產(chǎn)品，PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀的主要技術(shù)突破主要包含以下幾個(gè)方面：

在Agilent PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀的測(cè)試功能中，引入了測(cè)試類(Measurement Class)的概念，在應(yīng)用中，根據(jù)被測(cè)件的類型和測(cè)試參數(shù)不同來進(jìn)行選擇。例如：測(cè)試器件的類型可以分為非變頻器件和變頻器件，測(cè)試參數(shù)可以設(shè)定為線性S參數(shù)，非線性參數(shù)（包含功率壓縮參數(shù)和交調(diào)抑制參數(shù)）和噪聲系數(shù)參數(shù)。

圖7 Agilent PNA-X的測(cè)試功能

圖8為PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀典型測(cè)試顯示結(jié)果，利用多個(gè)測(cè)試通道(Channel)來定義多參數(shù)測(cè)試，包含通道1的駐波，增益測(cè)試，通道2的交調(diào)測(cè)試（支持點(diǎn)頻和掃頻），通道3的功率壓縮點(diǎn)測(cè)試（支持點(diǎn)頻和掃頻測(cè)試），通道4的噪聲系數(shù)測(cè)試和通道6的脈沖時(shí)域測(cè)試。測(cè)試中不需要改變被測(cè)件連接，只需要切換測(cè)試通道就能完成所有參數(shù)測(cè)試，這對(duì)于應(yīng)用的價(jià)值，這不是簡(jiǎn)單減少了連接的次數(shù)和測(cè)試時(shí)間，由于射頻微波器件的很多指標(biāo)是互相關(guān)聯(lián)影響，需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行折衷優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如端口匹配要綜合考慮噪聲系數(shù)和增益性能，在調(diào)試狀態(tài)下同時(shí)觀察駐波和噪聲系數(shù)能大大提高器件產(chǎn)品的調(diào)試速度。而且所有這些參數(shù)的測(cè)試都是基于網(wǎng)絡(luò)儀的校準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，能大大提高測(cè)試的精度。

圖8 Agilent PNA-X網(wǎng)絡(luò)儀完成單次連接多參數(shù)測(cè)試

PNA-X為射頻微波器件應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)還包含非線性X參數(shù)的測(cè)試和建模，基于PNA-X構(gòu)建的非線性網(wǎng)絡(luò)儀系統(tǒng)NVNA（Nonlinear Vector Network analyzer）能測(cè)試非線性器件諧波和交調(diào)成份的幅度和相位，提供完整的時(shí)域和頻域測(cè)試結(jié)果，基于X參數(shù)測(cè)試和模型的建立大大提高了功率放大管非線性模型的準(zhǔn)確度，使仿真設(shè)計(jì)功率放大器的結(jié)果更加準(zhǔn)確和具備實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)在微波電路元器件廠家已經(jīng)開始提供X參數(shù)模型，并成功完成了100W級(jí)功率放大管的建模測(cè)試，仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果完全匹配。

很多應(yīng)用需要寬帶信號(hào)源和寬帶分析儀，典型的應(yīng)用包含寬帶雷達(dá)，捷變頻電臺(tái)，電子對(duì)抗，寬帶無線通信，數(shù)字預(yù)失真功率放大器算法驗(yàn)證等。針對(duì)這些應(yīng)用，現(xiàn)在能提供寬帶的矢量信號(hào)源和寬帶矢量信號(hào)分析儀解決方案。單臺(tái)儀表能實(shí)現(xiàn)44GHz頻率范圍內(nèi)2GHz信號(hào)帶寬的信號(hào)建立和分析能力，還可以通過擴(kuò)頻裝置將頻率范圍擴(kuò)展到更高頻段。典型的儀表型號(hào)配置如表2所示。

2.2.3 寬帶測(cè)試儀表


圖9非線性網(wǎng)絡(luò)儀測(cè)試結(jié)果

表2 寬帶信號(hào)源和分析儀表

圖10 Agilent寬帶測(cè)試應(yīng)用解決方案

圖10所示為Agilent寬帶矢量源和矢量信號(hào)分析的配置方案。信號(hào)源包含M8190A寬帶任意波發(fā)生器和E8267D微波矢量信號(hào)源?；诟咝阅軐拵AC技術(shù)，M8190A能合成帶寬和頻率范圍為5GHz的任意波信號(hào)，對(duì)于毫米波頻段的覆蓋，M8190A輸出的基帶信號(hào)可以通過E8267D的矢量IQ調(diào)制將輸出頻率擴(kuò)展到44GHz，調(diào)制帶寬不超過2GHz。對(duì)于分析儀，N9030A內(nèi)置400MHz 采樣率ADC電路，分析帶寬為160MHz,對(duì)于更寬的分析帶寬要求，N9030A可以提供實(shí)時(shí)的寬帶下變頻處理功能，變頻的帶寬為800MHz,然后利用示波器來對(duì)該中頻信號(hào)進(jìn)行分析。對(duì)于超過800MHz的分析帶寬要求，可以采用高速示波器直接采集分析，Agilent Q系列實(shí)時(shí)示波器采用基于磷化銦技術(shù)的160G采樣率的ADC，最大分析帶寬能達(dá)到63GHz。

圖11為寬帶測(cè)試儀表的具體應(yīng)用實(shí)例，包含帶寬為2GHz的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)和帶寬為4GHz的噪聲功率比（NPR）信號(hào)。

圖11 寬帶信號(hào)建立和分析驗(yàn)證舉例

2.2.4 多通道測(cè)試儀表

對(duì)于復(fù)雜的射頻微波組合電路和相控陣天線等設(shè)備，這些設(shè)備的通道數(shù)量很多，需要匹配的多通道測(cè)試儀表，首先對(duì)于器件參數(shù)測(cè)試的多端口儀表，網(wǎng)絡(luò)儀可以通過多端口擴(kuò)展裝置將測(cè)試端口擴(kuò)展到12個(gè)或更多，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)儀的多參數(shù)顯示和多端口德爾高效校準(zhǔn)方法也至關(guān)重要。Agilent ENA-C和PNA等系列網(wǎng)絡(luò)儀能支持多端口擴(kuò)展測(cè)試要求。圖12為PNA-L網(wǎng)絡(luò)儀擴(kuò)展為12端口的矢網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)。

圖12 Agilent多端口網(wǎng)絡(luò)儀

對(duì)于多通道的信號(hào)源系統(tǒng)和分析儀系統(tǒng)，模塊化的儀表結(jié)構(gòu)非常適合這樣的測(cè)試要求，可以根據(jù)實(shí)際要求來靈活配置，圖13為Agilent基于PXI總線結(jié)構(gòu)的4通道矢量分析儀，能滿足26.5GHz范圍內(nèi)帶寬1.5GHz的測(cè)試要求。激勵(lì)源由M9330A任意波發(fā)生器和其它配置方案實(shí)現(xiàn)。

圖13 Agilent模塊化多通道接收機(jī)系統(tǒng)

總結(jié)

先進(jìn)射頻微波測(cè)試能為技術(shù)開發(fā)提供新的技術(shù)途徑，大大提高應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的效率和質(zhì)量，測(cè)試儀表能在產(chǎn)品的概念規(guī)劃，仿真設(shè)計(jì)和實(shí)物驗(yàn)證等階段發(fā)揮重要作用，是核心技術(shù)突破的重要技術(shù)資源。

參考文獻(xiàn)

[1]李建宇. 射頻微波測(cè)試技術(shù)白皮書[G/DK].北京：安捷倫科技（中國）有限公司.[2012]