圖1.1 在大功率DUT的輸出端和網(wǎng)絡(luò)儀的測量端口之間連接大衰減進(jìn)行測量所得到的測量結(jié)果,S22有很大的軌跡噪聲
使用矢網(wǎng)測量PA S12 S22和功率的方法
發(fā)布時(shí)間:2021-04-26 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】DUT的大信號(hào)測量是至關(guān)重要的,尤其是S22(關(guān)系到與天線的匹配)和飽和功率(Psat,直接關(guān)系到發(fā)射功率)。在測試大功率PA時(shí),由于一般PA輸出功率小至幾W,大到上百W,如果這么大的信號(hào)直接灌進(jìn)矢網(wǎng)(矢網(wǎng)接收機(jī)線性區(qū)一般在10dbm左右,接收機(jī)最大輸入功率30dBm),會(huì)導(dǎo)致矢網(wǎng)接收機(jī)壓縮甚至損壞,所以一般測量DUT增益或Psat的時(shí)候應(yīng)在DUT的輸出端連接一個(gè)較大的衰減器,再與矢網(wǎng)的測量端口相連。
1、傳統(tǒng)PA的矢網(wǎng)測量方法
DUT的大信號(hào)測量是至關(guān)重要的,尤其是S22(關(guān)系到與天線的匹配)和飽和功率(Psat,直接關(guān)系到發(fā)射功率)。在測試大功率PA時(shí),由于一般PA輸出功率小至幾W,大到上百W,如果這么大的信號(hào)直接灌進(jìn)矢網(wǎng)(矢網(wǎng)接收機(jī)線性區(qū)一般在10dbm左右,接收機(jī)最大輸入功率30dBm),會(huì)導(dǎo)致矢網(wǎng)接收機(jī)壓縮甚至損壞,所以一般測量DUT增益或Psat的時(shí)候應(yīng)在DUT的輸出端連接一個(gè)較大的衰減器,再與矢網(wǎng)的測量端口相連。但是這樣會(huì)遇到一個(gè)問題,如果DUT輸出端口接了大衰減器再用矢網(wǎng)2端口去測量DUT的反向S12和輸出駐波S22時(shí),進(jìn)到接收機(jī)信號(hào)的信噪比(SNR)會(huì)顯著下降。信噪比的下降對(duì)S22 (S22=B/R2)測量結(jié)果的影響尤其明顯。原因是矢網(wǎng)2端口輸出的功率(一般最大只能輸出15dBm @ X波段)在到達(dá)DUT輸出端口之前要經(jīng)過衰減器的衰減,從DUT反射回來的信號(hào)也會(huì)再次經(jīng)過衰減器衰減,才能到達(dá)矢網(wǎng)2端口接收機(jī)(B接收機(jī)),兩次信號(hào)經(jīng)過大衰減器后,會(huì)使進(jìn)入B接收機(jī)的信號(hào)的信噪比變得很差,這會(huì)顯著降低測量精度。如圖1.1在這種情況下測得的S22結(jié)果的軌跡噪聲很大。
圖1.1 在大功率DUT的輸出端和網(wǎng)絡(luò)儀的測量端口之間連接大衰減進(jìn)行測量所得到的測量結(jié)果,S22有很大的軌跡噪聲
2、解決辦法,準(zhǔn)確測到S22
在矢網(wǎng)的前面板的跳線接口進(jìn)行了很多專用跳線設(shè)計(jì),可以根據(jù)不同的需要選擇把被測器件和測量信號(hào)直接與內(nèi)部激勵(lì)源、接收機(jī)、定向耦合器和測試端口相連。圖2.1展示的是直接接入矢網(wǎng)2端口接收機(jī)改進(jìn)配置方式。在測量DUT的S21 (S21=B/R1)時(shí),矢網(wǎng)的B接收機(jī)通過外部定向耦合器直接測量DUT的輸出信號(hào)。如果輸出信號(hào)過大,還可選擇適當(dāng)?shù)乃p器接在定向耦合器和B接收機(jī)之間保護(hù)接收機(jī)。同時(shí)在矢網(wǎng)2端口和定向耦合器之間連接一個(gè)隔離度很高的隔離器,可以把DUT輸出的大功率信號(hào)進(jìn)行大幅度的隔離掉以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)儀的矢網(wǎng)2端口不被損壞(也可以使用大衰減器,但若使用衰減器,仍然會(huì)使矢網(wǎng)2端口出來的信號(hào)經(jīng)過一次衰減器,可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整使用)。在測量DUT的S12 (S12=A/R2)和S22 (S22=B/R2)時(shí),矢網(wǎng)2端口輸出的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過插入損耗很小的隔離器施加給DUT的輸出端,與圖1.1對(duì)比可以顯著改善測量的信噪比。
圖2.1 使用接收機(jī)直接接入對(duì)大功率DUT進(jìn)行測量得到的測量結(jié)果,S22的軌跡噪聲顯著減小
3、實(shí)例分析
圖3.1以測量一個(gè)輸出信號(hào)功率為30dBm的大功率DUT為例,比較了圖1.1和圖2.1兩種不同的配置情況下各測量端口上和測量接收機(jī)所測量到的信號(hào)的功率。如果采用傳統(tǒng)的配置方式(圖左,對(duì)應(yīng)圖1.1)測量DUT的S12和S22時(shí),雖然從端口2輸出的測量激勵(lì)信號(hào)的功率是0dBm,由于被測器件輸出路徑中存在30dB的大衰減器,最后需要測量的從DUT的輸出端口反射回來到達(dá)B接收機(jī)的信號(hào)的功率僅為-86dBm (經(jīng)過兩次30dB的衰減+網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)定向耦合器26dB的耦合度之后,0dBm的激勵(lì)信號(hào)回到2端口接收機(jī)信號(hào)只有-86dBm),顯然矢網(wǎng)接收機(jī)測量如此小的信號(hào)是很難得到精確測量結(jié)果的。相比之下,使用接收機(jī)直接接入(圖右,對(duì)應(yīng)圖2.1)的配置方式,在測量S22時(shí),B接收機(jī)的輸入信號(hào)的功率可以達(dá)到-56dBm (0dBm的激勵(lì)信號(hào)從DUT的輸出端反射回來之后,先經(jīng)過外接的定向耦合器20dB的,再經(jīng)過衰減器30dB的衰減之后,不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的定向耦合器直接輸入給B接收機(jī)),網(wǎng)絡(luò)儀的接收機(jī)在測量這樣大小量級(jí)的信號(hào)時(shí)就可以給出很精確的測量結(jié)果。在實(shí)際測量時(shí)甚至還可以把端口2輸出信號(hào)的功率再提高一些,使得測量S12和S22時(shí)的信噪比更好,測量精度也就更高。
圖3.1 使用圖1.1(左圖)和圖2.1(右圖)兩種配置方式測量大功率DUT時(shí)信號(hào)功率的比較
4、需要注意的是
4.1 按正常S參數(shù)、源功率、接收機(jī)電平校準(zhǔn)即可;
4.2 搞好圖之后才發(fā)現(xiàn)PA 輸出駐波沒考慮到,因此圖3.1中暫不考慮PA輸出駐波,即假設(shè)S22大概在-1~0dB左右;
4.3 隔離器一般可以承受上百W的功率,但需要注意圖3.1右圖中的反向隔離器接入方向;
4.4 測量DUT前,請(qǐng)先用thru檢查一下環(huán)境,確保環(huán)境沒問題再上DUT;
4.5 此配置方式可以精確測量S11、S21、S12、S22以及增益壓縮輸出功率。
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