结合网络分析和频谱分析进行放大器特性测量

您的任务

放大器可用于广泛应用，是最为常见的射频组件之一，同时也是非常复杂的被测设备 (DUT)。为了更加全面地进行特性测量，必须测试放大器以确定特定频率或功率条件下的线性 S 参数，并测量谐波失真、三阶互调截取点 (TOI)、压缩点和噪声系数等测量。传统的矢量网络分析仪 (VNA) 不足以完成所有这些测试与测量。事实上，此类参数测试通常借助于高端设备，而传统的经济型矢量网络分析仪一般需要进行复杂的设置和耗时的后处理操作，才能以正确的格式显示数据。

用户可以更换测试台以使用 VNA 和频谱分析仪，但当时间或空间有限时这种方法并不理想，因为用户需要将 DUT、VNA、电缆、校准套件或校准单元移到其他地方。

罗德与施瓦茨解决方案

R&S®ZNLx-B1、R&S®ZNL-K14 和 R&S®ZNL-K30 选件提供频谱分析仪、信号发生器和噪声系数测量功能，便于 R&S®ZNL 解决所有这些问题，让用户无需在测试台之间来回移动测试装置。

R&S®ZNL 是一款经济型、多功能、便携式测试设备。这款矢量网络分析仪重量轻、体积小，可使用频谱分析硬件选件 R&S®ZNLx-B1 进行升级，并可配备电池盒选件 R&S®FPL1-B31 以便移动。用户可以轻松切换网络分析和频谱分析模式，并利用 R&S®ZNL 的多视图功能在单个窗口中方便地显示两种模式的所有结果数据，并形成综合性报告。

应用

R&S®ZNL 可以在矢量网络分析模式下准确测量放大器增益、输入回波损耗（或电压驻波比 (VSWR)）和输出回波损耗：只需定义频率范围和所需的扫描点数，并为测量选择合适的带宽以调整所需的动态范围和测量速度。尽管 R&S®ZNL 端口可以承受 +27 dBm 输入而不致损坏，但需避免压缩（或毁坏）被测放大器和 R&S®ZNL 内部接收机。因此，应仔细选择 R&S®ZNL 输出功率，并在必要时考虑使用外部衰减器。测量接收机过载时，系统会发送消息告知用户，以便确保测量准确性和设备完整性。如要提供附加防护，R&S®ZNL 还可以在端口 1（R&S®ZNLx-B31 选件）和端口 2（R&S®ZNLx-B32 选件）激活接收机步进衰减器，功率输出最低可设为 –40 dBm（R&S®ZNLx-B22 选件）。

最后，需要进行全双端口校准，然后再开始测试。菜单中的校准工作流程指导用户逐步完成校准，包括从选择手动校准套件或罗德与施瓦茨自动校准单元，到连接和测量标准件。

用户可以通过“模式”菜单进入频谱分析模式，以便执行多种测量并方便地显示相关信息。用户无需对测量装置进行任何更改。

建议对放大器进行以下测量：

• 零跨度
• 谐波失真
• 三阶互调截取点

“零跨度”可以测量当以特定频率应用激励信号时放大器在该频率下的压缩点。此类测量通常需要使用外部信号源，但 R&S®ZNL-K14 选件可提供独立连续波 (CW) 信号发生器，因此无需使用其他设备。设置接收机时，用户仅需选择测试频率和合适的衰减即可。之后，用户可以输入相同的测试频率和低信号电平以确保 DUT 未被压缩，进而配置发生器。

如要轻松确定压缩点，可以调整参考偏置以使发生器电平和放大器输出相匹配。当 CW 源信号电平逐渐增加时，用户只需监测屏幕上显示的数量值，并观察该数量值何时比所选输入低特定分贝。

用户也可以在网络分析模式下执行此类测量：在 DUT 处于线性区（–1 dB 压缩点之前）时对放大的发射 CW 信号进行归一化，并当馈送到放大器输入的信号功率逐渐增加时观察 S21 曲线和零点的偏差。

频谱分析模式还可以测试 DUT 谐波失真性能。只需从频谱分析测量菜单中选择“谐波失真”，即可显示所选载波的相关谐波值。系统将自动显示前十个谐波的相关数据和总谐波失真 (THD)。用户可以在相应菜单中调整谐波数量和扫描时间。

用户还可以在测量菜单中选择“三阶互调截取点”，以便设备轻松显示互调产物。但是，此类特定测试要求 DUT 输入为双音信号，这可以通过使用外部合路器合并两个不同的 CW 信号来获得。配备 R&S®ZNL-K14 选件的 R&S®ZNL 可以在端口 1 提供一个信号，信号发生器或附加 VNA 等外部信号源可以提供第二个信号。之后，测试装置可以提供放大器的 TOI 相关信息。

如果频谱分析模式下的功率测量需要更大的测量范围或计量级精度，可以使用 R&S®FPL1-K9 选件以支持所有 R&S®NRP 功率探头。

由于电缆会引起损耗，因此可以查看 DUT 输入的 R&S®ZNL 信号功率电平以确定任何损耗情况。在频谱分析模式下，可以在连接 DUT 输入的电缆连接到端口 2 或功率探头时对比发生器功率电平和仪器上显示的电平，进而分析输入和输出之差。发生器偏置可用于精确调整 DUT 输入信号和补偿电缆损耗。在网络分析模式下，用户可以分析端口 1 的波量 a1 和端口 2 的波量 b1，从而进行此类评估。

此外，可以在 R&S®ZNL 的“模式”菜单中选择“噪声系数”，以便测试放大器噪声系数 (NF)。根据 DUT 要求，这需要使用 R&S®ZNL-K30 选件、噪声源和外部前置放大器。R&S®FPL1-B5 选件与 R&S®ZNL 相结合，可以直接控制噪声源。如要简单执行高度准确的 NF 测量，推荐使用 R&S®FS-SNS 智能噪声源。此设备可自动被系统识别，无需用户进行任何设置。

测量设置同样简单明了：用户只需选择频率范围和扫描点。如有必要，用户也可以控制每个扫描点的测量和稳定时间。测量放大器噪声系数需要使用不同的 DUT 连接。通过前置放大器将噪声源连接至 R&S®ZNL 的第二个端口，进而校准系统。校准完成后，将 DUT 插入噪声源和前置放大器之间（参见第 1 页上的图片），然后进行测量。此外，所有 R&S®FS-SNS 型号均支持不确定度计算，并可以方便地在 NF 图中显示结果。轻松激活并正确显示不确定度：用户激活相应菜单、勾选前置放大器使用复选框，并输入增益和 NF。

总结

R&S®ZNL 矢量网络分析仪是一款多功能仪器，能够对放大器等高难度 DUT 进行特性测量。用户无需进行长时间的设置操作，也不必掌握大量的射频知识。R&S®ZNL 可配备信号发生器和噪声系数测量支持等频谱分析选件以提供一流的灵活性，还可以装备电池盒等其他硬件选件，是适用于实验室和室外环境等所有工作场所的多功能仪器。R&S®NRP 功率探头和 R&S®FS-SNS 智能噪声源可协助用户更加轻松地进行更精确的测量。