1. 頻譜分析儀,網路分析儀,主要是做什麼用的測量原理
頻譜儀是測量頻點信號強度的儀器,即測量信號的頻率強度譜線。
其原理大概是這樣的,頻譜儀裡面有個窄帶寬的帶通濾波器,濾波器的中心頻率是可以進行掃描的,在設定的頻率范圍內,濾波器按照步長對信號進行濾波,得到相應頻點上的信號幅值,將其和參考電壓相比較,得到信號的頻譜。
網路分析儀是測量信號電路環路增益和相移;特定埠傳輸特性和反射系數的儀器。
網路分析儀裡面有信號源,信號源可以進行掃頻,是一個正弦波。在環路增益,相移和傳輸特性測量中,分析儀通過輸出埠將小信號注入到電路中,測試電路應正常工作,通過輸入端將信號返回到分析儀里,通過對比信號的幅值和相位,得到環路增益和相移,傳輸特性。
可以應用在濾波器測量,各種信號電路的增益,相位測量,微波電路的反射系數測量等等
2. 如何用網路分析儀測低噪放大器的增益
4. 傳統校準與測試
假設低雜訊放大器的輸入電平要求為-60dBm, 反向隔離度為40dB,工作頻段從1.8 GHz到2.0 GHz。
一般情況下,工程師設置網路分析儀:起始頻率為1.8 GHz,終止頻率為2.0 GHz,功率為-60 dBm,中頻帶寬為10kHz。完成設置後,按圖5所示連接電子校準件(也可以使用機械校準件)進行雙埠校準。然後按圖6所示連接放大器,進行測量,測試結果如圖7所示。可以看出,測試結果抖動非常大,出現了毛刺,這是實際應用中所不能接受的。
圖7 優化前測量結果
5. 對傳統測試中存在問題的分析及解決方案
1) 校準功率電平比較低
校準是獲取高精度測量結果的先決條件,如果校準精度差,絕對不可能得到比較高的測量精度,因此必須盡可能提高校準的精度。上面談到校準本身也是一種測量過程,即用標准校準件測量網路分析儀自身系統誤差。
安捷倫PNA-X內部信號源的功率范圍從-30dBm到+13dBm或更高(最大功率輸出取決於頻段),由於PNA-X有65dB的源衰減器,因此功率電平最低可以到-95dBm。如果手動設置衰減器為30dB, PNA-X源的輸出功率范圍為從-60dBm到-17dBm。
使用網路分析儀非常重要的一點,如果網路分析儀衰減器不變,校準後,改變功率大小,基本上不影響測量精度。因此校準時,功率可以設置為-20dBm而不是-60dBm,這樣可以提高校準精度。校準完成後,把功率設置為-60dBm,以便於滿足LNA的測試條件。
完成雙埠校準後,直通連接。功率為-60dBm與-20dBm的校準誤差對比如圖8所示。
圖8 功率不同時校準誤差對比
2) PNA-X埠2輸出功率較低
PNA-X預設模式下,埠1與埠2功率為耦合狀態,因此埠2的輸出功率也為-60dBm。由於校準為2埠校準,即使屏幕上不測試S12隔離度,網路分析儀後台也在測量S12,因為根據圖3的公式或簡化公式,放大器S21a需要S12m。網路分析儀在測試S12m時,由於埠2輸出電平為-60dBm和隔離為40dB,到達埠1的功率為-100dBm,再經過埠1定向耦合器的15dB衰減的耦合壁到達A接收機的功率為-115dBm。-115dBm接近接收機的低噪,因此S12m的測量精度非常差,從而導致四個實際S參數的測試精度非常差。
網路分析儀的兩個埠功率可以設置為非耦合狀態,也就是埠2的功率可以與埠1的功率設置不一樣。我們可以設置埠1輸出功率-60dBm,埠2輸出功率0dBm,這樣可以保證S12m的測量精度, 從而使得4個S參數測量精度大大提高。
3) 校準時中頻帶寬值較大
由於校準是為了獲得網路分析儀的系統誤差,因此校準時,中頻帶寬建議設置為100Hz,完成校準後,為了提高測試速度,可以把中頻帶寬提高到10kHz或1kHz,這樣的改變並不會明顯改變校準的狀態和影響測試結果。
解決上面三個問題後,重新進行校準和測量,測量結果如圖9所示,可以看出抖動和毛刺現象不見了,測量結果比較理想。
圖9 優化後測量結果
6. 總結
現代的LNA設計指標越來越好,優異的LNA性能對傳統的參數測量方法提出了很大挑戰,但是通過合理地設置網路分析儀以及優化校準過程,可以獲得較高的測量精度。