關于傳統(tǒng)PA的矢網(wǎng)測量方法

前期介紹了小信號器件的S參數(shù)和增益壓縮測量方法，有網(wǎng)友問到如果在DUT輸出端加大衰減器后怎樣使用矢量網(wǎng)絡分析儀進行校準和測試，今天介紹一下另外一種測試方法。

1、傳統(tǒng)PA的矢網(wǎng)測量方法

DUT的大信號測量是至關重要的，尤其是S22（關系到與天線的匹配）和飽和功率（Psat，直接關系到發(fā)射功率）。在測試大功率PA時，由于一般PA輸出功率小至幾W，大到上百W，如果這么大的信號直接灌進矢網(wǎng)（矢網(wǎng)接收機線性區(qū)一般在10dbm左右，接收機最大輸入功率30dBm），會導致矢網(wǎng)接收機壓縮甚至損壞，所以一般測量DUT增益或Psat的時候應在DUT的輸出端連接一個較大的衰減器，再與矢網(wǎng)的測量端口相連。

但是這樣會遇到一個問題，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，進到接收機信號的信噪比（SNR）會顯著下降。信噪比的下降對S22 （S22=B/R2）測量結果的影響尤其明顯。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反射回來的信號也會再次經(jīng)過衰減器衰減，才能到達矢網(wǎng)2端口接收機（B接收機），兩次信號經(jīng)過大衰減器后，會使進入B接收機的信號的信噪比變得很差，這會顯著降低測量精度。如圖1.1在這種情況下測得的S22結果的軌跡噪聲很大。

圖1.1 在大功率DUT的輸出端和網(wǎng)絡儀的測量端口之間連接大衰減進行測量所得到的測量結果，S22有很大的軌跡噪聲

2、解決辦法，準確測到S22

在矢網(wǎng)的前面板的跳線接口進行了很多專用跳線設計，可以根據(jù)不同的需要選擇把被測器件和測量信號直接與內部激勵源、接收機、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端口接收機改進配置方式。在測量DUT的S21 （S21=B/R1）時，矢網(wǎng)的B接收機通過外部定向耦合器直接測量DUT的輸出信號。如果輸出信號過大，還可選擇適當?shù)乃p器接在定向耦合器和B接收機之間保護接收機。

同時在矢網(wǎng)2端口和定向耦合器之間連接一個隔離度很高的隔離器，可以把DUT輸出的大功率信號進行大幅度的隔離掉以保護網(wǎng)絡儀的矢網(wǎng)2端口不被損壞（也可以使用大衰減器，但若使用衰減器，仍然會使矢網(wǎng)2端口出來的信號經(jīng)過一次衰減器，可根據(jù)實際情況調整使用）。在測量DUT的S12 （S12=A/R2）和S22 （S22=B/R2）時，矢網(wǎng)2端口輸出的激勵信號經(jīng)過插入損耗很小的隔離器施加給DUT的輸出端，與圖1.1對比可以顯著改善測量的信噪比。

圖2.1 使用接收機直接接入對大功率DUT進行測量得到的測量結果，S22的軌跡噪聲顯著減小

3、實例分析

圖3.1以測量一個輸出信號功率為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所測量到的信號的功率。如果采用傳統(tǒng)的配置方式（圖左，對應圖1.1）測量DUT的S12和S22時，雖然從端口2輸出的測量激勵信號的功率是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B接收機的信號的功率僅為-86dBm （經(jīng)過兩次30dB的衰減+網(wǎng)絡儀內定向耦合器26dB的耦合度之后，0dBm的激勵信號回到2端口接收機信號只有-86dBm），顯然矢網(wǎng)接收機測量如此小的信號是很難得到精確測量結果的。

相比之下，使用接收機直接接入（圖右，對應圖2.1）的配置方式，在測量S22時，B接收機的輸入信號的功率可以達到-56dBm （0dBm的激勵信號從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)絡儀內部的定向耦合器直接輸入給B接收機），網(wǎng)絡儀的接收機在測量這樣大小量級的信號時就可以給出很精確的測量結果。在實際測量時甚至還可以把端口2輸出信號的功率再提高一些，使得測量S12和S22時的信噪比更好，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時信號功率的比較

4、需要注意的是

4.1 按正常S參數(shù)、源功率、接收機電平校準即可；

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。

5、提問

如果用矢網(wǎng)測量PA的飽和功率，矢網(wǎng)1端口輸出功率（最大大概15dBm）推不飽DUT，該怎么解決呢？

例如：S21=10dB，P3dB≈Psat≈30dBm @ 2.6G

原文標題：原創(chuàng)干貨：使用矢網(wǎng)測量PA S12 S22和功率的方法

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責任編輯：haq