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基于網(wǎng)絡(luò)分析儀提高低噪聲放大器(LNA)的測量精度

       前向測量時(shí),B為測試接收機(jī),A為反射接收機(jī),R1為參考接收機(jī);反向測量時(shí),A為測試接收機(jī),B為反射接收機(jī),R2為參考接收機(jī)。兩個35dB衰減器為接收機(jī)衰減器,用來避免大功率使接收機(jī)壓縮;兩個65dB衰減器為前向和反向源衰減器,改變端口輸出功率范圍。對應(yīng)每個端口在后面板都有一個Bias-T直流偏指輸入口,對放大器提供直流信號。

  四個S參數(shù)定義如下:

  前向:S11=A/R1,S21=B/R1      反向:S22=B/R2,S12=A/R2

  4.傳統(tǒng)校準(zhǔn)與測試

  假設(shè)低噪聲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(shè)置網(wǎng)絡(luò)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(shè)置后,按圖5所示連接電子校準(zhǔn)件(也可以使用機(jī)械校準(zhǔn)件)進(jìn)行雙端口校準(zhǔn)。然后按圖6所示連接放大器,進(jìn)行測量,測試結(jié)果如圖7所示?梢钥闯,測試結(jié)果抖動非常大,出現(xiàn)了毛刺,這是實(shí)際應(yīng)用中所不能接受的。

校準(zhǔn)

優(yōu)化前測量結(jié)果 
圖7  優(yōu)化前測量結(jié)果

  5.對傳統(tǒng)測試中存在問題的分析及解決方案

  1)校準(zhǔn)功率電平比較低

  校準(zhǔn)是獲取高精度測量結(jié)果的先決條件,如果校準(zhǔn)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(zhǔn)的精度。上面談到校準(zhǔn)本身也是一種測量過程,即用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件測量網(wǎng)絡(luò)分析儀自身系統(tǒng)誤差。

  安捷倫PNA-X內(nèi)部信號源的功率范圍從-30dBm到+13dBm或更高(最大功率輸出取決于頻段),由于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(shè)置衰減器為30dB, PNA-X源的輸出功率范圍為從-60dBm到-17dBm。

  使用網(wǎng)絡(luò)分析儀非常重要的一點(diǎn),如果網(wǎng)絡(luò)分析儀衰減器不變,校準(zhǔn)后,改變功率大小,基本上不影響測量精度。因此校準(zhǔn)時(shí),功率可以設(shè)置為-20dBm而不是-60dBm,這樣可以提高校準(zhǔn)精度。校準(zhǔn)完成后,把功率設(shè)置為-60dBm,以便于滿足LNA的測試條件。

  完成雙端口校準(zhǔn)后,直通連接。功率為-60dBm與-20dBm的校準(zhǔn)誤差對比如圖8所示。

功率不同時(shí)校準(zhǔn)誤差對比

 圖8 功率不同時(shí)校準(zhǔn)誤差對比

  2)PNA-X端口2輸出功率較低

  PNA-X缺省模式下,端口1與端口2功率為耦合狀態(tài),因此端口2的輸出功率也為-60dBm。由于校準(zhǔn)為2端口校準(zhǔn),即使屏幕上不測試S12隔離度,網(wǎng)絡(luò)分析儀后臺也在測量S12,因?yàn)楦鶕?jù)圖3的公式或簡化公式,放大器S21a需要S12m。網(wǎng)絡(luò)分析儀在測試S12m時(shí),由于端口2輸出電平為-60dBm和隔離為40dB,到達(dá)端口1的功率為-100dBm,再經(jīng)過端口1定向耦合器的15dB衰減的耦合壁到達(dá)A接收機(jī)的功率為-115dBm。-115dBm接近接收機(jī)的低噪,因此S12m的測量精度非常差,從而導(dǎo)致四個實(shí)際S參數(shù)的測試精度非常差。

  網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個端口功率可以設(shè)置為非耦合狀態(tài),也就是端口2的功率可以與端口1的功率設(shè)置不一樣。我們可以設(shè)置端口1輸出功率-60dBm,端口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(shù)測量精度大大提高。

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