網(wǎng)絡分析儀應用指南-濾波器和放大器測量

　　對于通信系統(tǒng)而言，元器件的幅度和相位特性是影響性能的重要因素。矢量網(wǎng)絡分析儀可提供此類器件的相關(guān)信息，包括放大器和晶體管等有源器件，以及電容器和濾波器等無源器件。而且，由于增加了時域功能，網(wǎng)絡分析儀還能在測量過程中去除不需要的響應，只留下需要的信息。本應用指南說明了對射頻濾波器進行的掃頻測量，以及對通信頻段放大器進行的掃描功率測量。

　　濾波器測量

　　對濾波器的特性進行全面的表征通?？梢越柚鷴哳l測量來實現(xiàn)。圖 1 顯示了濾波器的頻率響應。在左側(cè)和底部，我們可以看到以對數(shù)幅度格式表示的傳輸響應;在右側(cè)，我們可以看到反射響應(回波損耗)。最常測量的濾波器特性是插入損耗和帶寬，如下圖所示，其垂直標度經(jīng)過擴展。另一個經(jīng)常測量的參數(shù)是帶外抑制。這項測量用于了解濾波器在其帶寬內(nèi)傳輸信號，同時在其帶寬外抑制信號的能力如何。測試系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常決定了其評測這一特性的能力。

　　以下回波損耗圖顯示了典型的無源反射濾波器特征，從圖中可見其在阻帶中顯示為高反射(接近 0 dB)，而在通帶中表現(xiàn)出良好的阻抗匹配。吸收式濾波器則是一種不同的濾波器，其在阻帶和通帶中都能很好地匹配，可在廣泛的頻率范圍中提供良好的匹配。

　　圖 1. 通過頻率掃描測試濾波器

　　誤差校正可以確保準確的通帶測量

　　恒定幅度響應在濾波器帶寬內(nèi)的變化會導致信號失真。想要準確測量濾波器通帶，通常必須要進行誤差校正。如果不經(jīng)校準便使用網(wǎng)絡分析儀來測量濾波器通帶，那么取決于使用的網(wǎng)絡分析儀和測試電纜，響應可能會存在非常大的差異(圖 2)。

　　在進行響應校準(歸一化)后評測同一個濾波器時，測試系統(tǒng)的傳輸跟蹤頻率響應誤差會從響應測量結(jié)果中消除，從而使得幅度失真窗口顯著變窄。歸一化后，測試系統(tǒng)顯示的濾波器頻率響應仍然有某種幅度紋波，這是由測試系統(tǒng)的信號源和負載匹配相互作用導致的。該紋波甚至會超過 0 dB 的參考線，表示有增益(這是不可能的，因為無源器件無法放大信號)。這樣的視在異常是由失配測量誤差所導致。通過在濾波器測量之前執(zhí)行雙端口校準，可以消除這些誤差。

　　完成矢量誤差校正(雙端口校準)后，很明顯，濾波器的通帶幅度響應相距中心頻率變化的幅度不到 ±0.1 dB。以前使用未經(jīng)校正的測試系統(tǒng)所測得的 ±1 dB 幅度變化并不是濾波器的實際帶通響應。通過使用矢量網(wǎng)絡分析儀執(zhí)行誤差校正，濾波器的真正特性得以顯示出來 — 幅度相距中心頻率的變化非常小，達到了低失真應用相對較嚴苛的幅度性能范圍。

　　圖 2. 系統(tǒng)測量誤差

　　掃描功率放大器測量

　　除了為評測濾波器執(zhí)行掃頻測量外，很多網(wǎng)絡分析儀還可執(zhí)行掃描功率測量，這對于表征器件的非線性特性非常有用。圖 3 中的示例顯示了在單一頻率下所測得的放大器的輸出功率和輸入功率。放大器有一個線性工作區(qū)域，在該區(qū)域中，增益是恒定的，不受功率電平影響。該區(qū)域中的增益稱為小信號增益，與功率響應的斜率成比例。

　　隨著輸入功率繼續(xù)增大，曲線上放大器增益開始下降的點即為壓縮區(qū)域開始的位置。放大器的輸出在該區(qū)域不再是正弦波，且有部分輸出在諧波中出現(xiàn)，而不全都在信號的基波頻率中。隨著輸入功率不斷增大，放大器變得飽和，輸出功率保持不變。此時，放大器的增益降為零，輸入功率即使再增加也不會使輸出功率增加。雖然大多數(shù)類型的放大器都是如此，但行波管放大器和少數(shù)其他類型的放大器則例外，其輸出功率會下降到飽和點以外。

　　為了通過功率掃描來測量放大器的飽和輸出功率，網(wǎng)絡分析儀必須具有足夠的輸出功率來驅(qū)動放大器進入飽和狀態(tài)。大功率放大器的輸入端通常需要配備一個升壓放大器才可以達到飽和狀態(tài)，因為網(wǎng)絡分析儀在較高頻率上提供的測試端口功率相對較低。

　　圖 3. 功率掃描表征壓縮區(qū)域

　　最常測量的放大器壓縮參數(shù)是 1 dB 壓縮點(圖 4)。它是指以放大器的小信號或線性增益為基準，放大器增益降低 1 dB 時的輸入功率(有時是相應的輸出功率)。通過顯示功率掃描獲得的歸一化增益，即可測量放大器的 1 dB 壓縮點。

　　圖 4. 1 dB 壓縮

　　如圖所示，跡線的平坦部分表示線性的、小信號工作區(qū)域，而跡線斜率為負的部分則對應于較高輸入功率電平處的壓縮。以被測放大器為例，當在固定連續(xù)波頻率 902.7 MHz 上測量時，1 dB 壓縮發(fā)生在輸入功率為 +12.3 dBm 處。

　　由于了解與 1 dB 壓縮點相對應的輸出功率通常非常重要，因此可以使用大部分網(wǎng)絡分析儀的雙通道功能來同時顯示歸一化的增益和絕對功率。顯示游標可以讀取發(fā)生 1 dB 壓縮處的輸入功率和輸出功率。您也可以將放大器在 1 dB 壓縮點處的增益與 1 dB 壓縮點處的輸入功率相加，便可計算出相應的輸出功率。在圖 4 中，1 dB 壓縮點處的輸出功率為 12.3 dBm + 31.0 dB = 43.3 dBm。

　　在這些類型的壓縮測試中，功率掃描范圍必須足夠大，以便驅(qū)動被測放大器從線性工作區(qū)域進入壓縮區(qū)域。現(xiàn)代網(wǎng)絡分析儀通?？梢蕴峁┏^ 30 dB 的功率掃描范圍，這足以驅(qū)動大部分放大器進入壓縮區(qū)域。充分衰減大功率放大器的輸出同樣非常重要，這不僅可以避免損壞網(wǎng)絡分析儀的接收機，還能使功率電平足夠低，從而防止接收機壓縮。

       更多信息歡迎登錄安泰測試進行咨詢。