矢量網絡分析儀ZVB在放大器測試中的應用

　　圖2 增益和反向隔離測試結果

　　功率壓縮特性測量

　　功率壓縮特性的測試主要用來衡量待測件(DUT)的線性度。對于放大器的測試，工程上通常采用輸出功率1 dB壓縮點(P1dB )來表征該特性。P1dB的定義為： 隨著輸入功率的增加，放大器的增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值，如圖3所示。

　圖3 P1dB定義

　　ZVB不僅可以測量參數(shù)隨頻率變化的曲線還可以測量參數(shù)隨輸入功率變化的曲線。ZVB內置信號源可以提供非常大的功率掃描范圍，其典型值為60dB，而且60dB的功率掃描范圍完全由電子衰減器來實現(xiàn)而非采用傳統(tǒng)的機械步進衰減器。機械式衰減器的幅度可重復度較差且使用壽命較短，所以ZVB特別適合測試有源器件的功率壓縮特性。

　　P1dB的測量涉及到S21隨著絕對輸入功率變化的曲線，而矢量網絡分析儀通常用于S參數(shù)相對量的測量。為了提高其絕對測量精度，推薦使用的功率計對矢網做功率校準。R&S公司的NRP系列功率計可以通過USB接口直接和ZVB連接，從而省掉功率計主機和昂貴GPIB卡。ZVB功率校準過程分成兩個過程：矢網的內部源幅度校準和接收機幅度校準。在第一個過程中將功率探頭直接和矢網的源端口連接，對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Souce Power Cal]。 第二步將已校準的源端口和接收端口連接進行接收機的校準，對應選擇 [CAL]鍵下的菜單[Start Power Cal]-> [Receiver Power Cal]。

　　諧波測量

　　隨著激勵功率的增加，放大器將進入非線性工作區(qū)，不僅除出現(xiàn)輸出功率壓縮現(xiàn)象，還會出非線性頻率分量。這些新的頻率輸出分量多為輸入頻率的整數(shù)倍，稱為諧波分量。設計人員往往比較關心的是輸入基波分量與諧波分量的幅度差值，因為幅度差越大，意味著在同樣的直流輸入功率情況下，更多的功率轉換為所需的基波功率，而非諧波功率，也可視為提高了放大器的效率。ZVB打破了傳統(tǒng)矢網信號源和接收機必須工作在同一頻率上的限制，可以使源和接收機工作在不同的頻率點上。具體對于諧波測量而言，可以讓矢網源輸出基波信號，而接收機工作在諧波頻率上，并可方便實現(xiàn)對基波輸入頻率或輸入功率的掃描測試。對應ZVB的設置：可先通過[Chan Select]+[Add channel +trace+Diag Area]的方法來添加一個新的觀測窗口和新的測試通道。然后在[Mode]鍵下選擇[Harmonics]進入諧波測試模式，而后通過選擇 2nd、3rd或者輸入其它諧波次數(shù)來測量對應的諧波。

　　對于測試絕對諧波功率對輸入基波功率的變化，同樣推薦在測試前應該進行功率校準。ZVB也提供諧波功率校準的方法。通過[Harmonic Power Cal] 進入功率校準對話框，其基本操作過程與測試放大器功率壓縮特性時相同，只不過在進行源功率校準時的頻率為整個測試頻率而在接收機校準時的頻率為諧波頻率而已。

　　幅度相位轉化測量

　　放大器的非線性特征除了功率壓縮和產生諧波頻率兩個方面外，還有相位非線性特征，即隨著輸入功率的改變，放大器插入相移的變化。工程上通常采用AM/PM轉化來描述，其具體的定義為： 輸入功率每變化1dB ,插入相移的改變量，單位為Degrees/dB。

　　同功率壓縮特性的測量一樣，應設置ZVB掃描類型 [Sweep Type] 為功率掃描 [Power]。測試軌跡為S21，但顯示格式[Format]應設置為相位方式[Phase]。在測試過程中，可使用ZVB 提供Delta Marker與Reference功能方便的讀值。