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面向非射頻測試工程師的射頻測量技術(shù)基礎(chǔ)



　　在低頻情況下，良好的連接就是指導(dǎo)線之間要相互接觸（簡單的連續(xù)性）。而在射頻情況下，阻抗失配是很嚴(yán)重的問題，意味著良好的連接不僅要確保導(dǎo)線相互接觸，而且要求連接器也要正確的扭轉(zhuǎn)在一起。因此，射頻制造商常采用7英尺磅大小的扭矩，以確保連接器之間具有很好的接觸和最小的電阻（射頻術(shù)語稱為插入損耗）。

　　在整個(gè)測試系統(tǒng)中保證50歐姆的傳輸線

　　射頻電路中的并行連接或者多信號(hào)通路并不像低頻電路中的那樣簡單。保證整個(gè)電路通路阻抗匹配，減小阻抗不連續(xù)和信號(hào)反射是非常關(guān)鍵的。射頻開關(guān)的制作都采用精密加工，以確保整個(gè)開關(guān)都是50歐姆的阻抗。為了實(shí)現(xiàn)并行通路，人們采用所謂的分路器或分離器之類的器件將一條輸入信號(hào)通路分成兩條或多條輸出通路，每條通路50歐姆。組合器則實(shí)現(xiàn)相反的作用，將多條輸入通路合并成一條輸出通路。如果您是首次接觸射頻測試，那么不要被這些復(fù)雜的情況所嚇倒。射頻元件比同樣的直流元件成本要高得多。

　　您需要什么樣的射頻儀器以滿足您的測試需求？

　　低頻測試儀器正不斷豐富普及，射頻測試儀器的種類也越來越多，應(yīng)用越來越廣泛，包括從信號(hào)源和功率計(jì)，到頻譜和網(wǎng)絡(luò)分析儀等各種儀器。這些儀器用于產(chǎn)生射頻信號(hào)，以及測量大量信號(hào)參數(shù)。

　　射頻功率計(jì)——射頻領(lǐng)域的數(shù)字萬用表

　　功率是射頻領(lǐng)域中最經(jīng)常被測量的一個(gè)量。測量功率最簡單的方法就是使用功率計(jì)，它實(shí)際上是用來
測量射頻信號(hào)功率的。功率計(jì)中使用寬帶檢波器，按瓦特、dBm、或者dB μV顯示絕對(duì)功率的大小。對(duì)于大多數(shù)功率計(jì)而言，寬帶檢波器（或傳感器）是一個(gè)射頻肖特基二極管或者二極管網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)射頻到直流的轉(zhuǎn)換處理。

　　功率計(jì)是所有測量功率的射頻儀器中最準(zhǔn)確的。高端功率計(jì)（通常需要一個(gè)外部功率傳感器）可以實(shí)現(xiàn)0.1dB或更高的測量精度。功率計(jì)最低可以測量-70dBm（100pW）的功率。傳感器有各種模型，從高功率模型、高頻率（40GHz）模型，到峰值功率測量的高帶寬模型等。

　　功率計(jì)有單通道和雙通道兩種。每個(gè)通道都需要配置自己的傳感器。兩個(gè)通道的功率計(jì)就能夠測量出一個(gè)器件、電路或系統(tǒng)的輸入和輸出功率，并計(jì)算出增益或損耗。

　　某些功率計(jì)能夠達(dá)到每秒200到1500次讀數(shù)的測量速度。而有些功率計(jì)能夠測量多種信號(hào)的峰值功率特性，包括通信和某些應(yīng)用中使用的調(diào)制信號(hào)和脈沖射頻信號(hào)。雙通道的功率計(jì)還能夠準(zhǔn)確測量出相對(duì)功率。功率計(jì)還可以針對(duì)便攜式應(yīng)用的需要設(shè)計(jì)成尺寸精巧的外形，使其更適合于現(xiàn)場測試的需要。

　　功率計(jì)的主要局限在于其幅值測量范圍。頻率范圍是與測量量程之間進(jìn)行折衷的。此外，功率計(jì)雖然能夠非常準(zhǔn)確地測量出功率，但是無法表示信號(hào)的頻率分量。

　　射頻頻譜或射頻信號(hào)分析儀——射頻工程師的示波器

　　頻譜或矢量信號(hào)分析儀利用窄帶檢測技術(shù)在頻域內(nèi)測量射頻信號(hào)。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關(guān)系，包括絕對(duì)功率和相對(duì)功率。這種分析儀還可以輸出解調(diào)信號(hào)。

　　頻譜分析儀和矢量信號(hào)分析儀沒有像功率計(jì)那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術(shù)使其能夠測量低達(dá)-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

　　頻譜和矢量信號(hào)分析儀可以測量的信號(hào)頻率從1kHz到40GHz（甚至以上）。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見的分析儀的頻率達(dá)到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標(biāo)準(zhǔn)就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

　　矢量信號(hào)分析儀是增加了信號(hào)處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號(hào)的幅值，而且能夠?qū)⑿盘?hào)分解成它的同相和正交分量。矢量信號(hào)分析儀可以將某些調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，例如一些由移動(dòng)電話、無線LAN設(shè)備和基于其他一些新通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備所產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)。矢量信號(hào)分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調(diào)制質(zhì)量（例如誤差矢量幅度）的計(jì)算度量。

　　傳統(tǒng)的頻譜分析儀是掃描-調(diào)諧式設(shè)備，因?yàn)槠渲械木植空袷幤饕獟呙枰粋�(gè)頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內(nèi)每個(gè)單位頻率上的功率分量。矢量信號(hào)分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號(hào)分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。

　　評(píng)價(jià)矢量信號(hào)分析儀性能的關(guān)鍵指標(biāo)在于它的測量帶寬。一些新的高帶寬通信標(biāo)準(zhǔn)，例如WLAN和WiMax，需要捕捉帶寬為20MHz的信號(hào)。要想捕捉并分析這些信號(hào)，分析儀必須具有足夠大的帶寬才能捕捉到整個(gè)信號(hào)。如果測試高帶寬、數(shù)字調(diào)制的信號(hào)，那么要確保分析儀的測量帶寬能夠充分捕捉到所測的信號(hào)。

　　頻譜分析儀可以用于檢驗(yàn)待測發(fā)射機(jī)是否產(chǎn)生了正確的功率頻譜。如果設(shè)計(jì)工程要求測試某些失真分量，例如諧波或寄生信號(hào)，那么就需要采用頻譜分析儀或矢量信號(hào)分析儀。類似的，如果設(shè)計(jì)者關(guān)注器件的噪聲功率，那么也需要使用這樣的射頻分析儀。其他一些需要頻譜分析儀或矢量信號(hào)分析儀的例子包括：測試互調(diào)失真、三階截?cái)唷⒐β?NOBR style="BORDER-BOTTOM: rgb(102,0,255) 1px dotted; BACKGROUND-COLOR: transparent; COLOR: #cb4bfc; CURSOR: pointer; TEXT-DECORATION: underline" id=nobr74 onmousemove="GetAsync('74','0','http://focus.ti.com.cn/cn/analog/docs/amplifiersandlinearhome.tsp?familyId=57&contentType=4&DCMP=cn_ednc_kw&HQS=1');" onmouseout="GlobalHide('74',null)" onclick="CompanyInsert('74','false','http://focus.ti.com.cn/cn/analog/docs/amplifiersandlinearhome.tsp?familyId=57&contentType=4&DCMP=cn_ednc_kw&HQS=1');">放大器或功率晶體管的1dB增益壓縮、器件的頻率響應(yīng)等。

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