準(zhǔn)確地對高頻器件的線性和非線性特征進(jìn)行表征的需求以及目前電子產(chǎn)品設(shè)備中子系統(tǒng)集成程度不斷提高的發(fā)展趨勢正在改變著對RF和微波器件進(jìn)行的測試方式。本文將詳細(xì)介紹怎樣通過在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部用兩個(gè)信號源以及增加測試系統(tǒng)的測試端口數(shù)量，來使新一代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀更加適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用的需求。

精確的線性和非線性測量結(jié)果是保證系統(tǒng)仿真準(zhǔn)確性的關(guān)鍵

準(zhǔn)確地得到射頻(RF)元器件的幅度和相位性能的測試結(jié)果對現(xiàn)代無線通信和航空/國防系統(tǒng)來說至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)仿真要求準(zhǔn)確的元器件底層數(shù)據(jù)，以保證最終系統(tǒng)能工作在所設(shè)計(jì)的參數(shù)范圍內(nèi)。在生產(chǎn)中，準(zhǔn)確測量可以保證每個(gè)元器件能夠滿足所公布的技術(shù)規(guī)范。在構(gòu)成RF系統(tǒng)的基本部件中，濾波器、放大器、混頻器、天線、隔離器和傳輸線等都是需要經(jīng)常進(jìn)行測試的元器件。

對于RF元器件來說，使用最廣泛的測量參數(shù)是散射參數(shù)，簡稱為S參數(shù)。這些參數(shù)表征了RF元器件在正向和后向傳輸信號的過程中所表現(xiàn)的反射和傳輸特性(包含幅度和相位的復(fù)數(shù)信息)。用S參數(shù)全面描述RF元器件的線性行為對全面的系統(tǒng)仿真來說是必不可少的，但這還是不夠的。因?yàn)橐坏┢x理想的線性性能，例如幅頻響應(yīng)特性的不平坦、相頻響應(yīng)特性的非線性化等，都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。

RF元器件的非線性性能也會(huì)影響系統(tǒng)性能。例如，對于一個(gè)放大器而言，如果驅(qū)動(dòng)的功率電平超出線性范圍，就會(huì)引起增益壓縮、調(diào)幅到調(diào)相(AM-PM)的轉(zhuǎn)換和互調(diào)失真(IMD)。測量元器件的這些指標(biāo)也很重要。

最常用的對RF元器件的特性進(jìn)行測量的儀器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)，這里所說的“網(wǎng)絡(luò)”指的是電子電路概念上的網(wǎng)絡(luò)，而不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)上，VNA使用一個(gè)作為激勵(lì)的RF信號源，并采用多路測量接收機(jī)來測量正反兩個(gè)方向上的入射、反射和傳輸信號。傳統(tǒng)VNA有兩個(gè)測試端口，因?yàn)樵缙诘拇蠖鄶?shù)器件只有一個(gè)或兩個(gè)端口。為了對多端口器件進(jìn)行測量，就需要在被測器件(DUT)的各個(gè)端口之間多次變換測試電纜和端接負(fù)載，直到完成對所有端口的測量。本文將介紹一種更好的方案來代替這種測量方式。

VNA可以利用固定功率的掃頻方式來測量S參數(shù)；也可以用固定頻率的功率掃描方式來測量放大器的增益壓縮。通過這種方式，來量化元器件的線性性能和一些簡單的非線性性能。現(xiàn)在，新型VNA的內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)內(nèi)置RF信號源，可以對IMD進(jìn)行測量，而以前這主要通過兩個(gè)外接的信號源和一個(gè)頻譜分析儀來完成?；赩NA的測試方法使得在測試過程中對儀表的設(shè)置更加簡單、測量時(shí)間更短、準(zhǔn)確性更高。這類儀器的一個(gè)典型代表就是安捷??司新推出的有兩個(gè)內(nèi)置信號源的13.5GHz N5230A PNA-L網(wǎng)絡(luò)分析儀，該儀器的選件為146。

多端口測量日益得到普遍的應(yīng)用

現(xiàn)在，RF系統(tǒng)所使用的許多器件都有三、四個(gè)端口，多至七、八個(gè)端口的器件也變得越來越常見。導(dǎo)致器件端口數(shù)量提高的原因有兩個(gè)：一個(gè)是平衡元器件的廣泛使用，另一個(gè)是子組件的集成程度不斷提高，如當(dāng)前手機(jī)中使用的前端模塊。

在降低對外部電磁干擾的易受度及減少對其他系統(tǒng)的電磁干擾方面，平衡電路具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。平衡元器件可以采用有3個(gè)RF端口的雙端到單端口器件的形式，也可以采用有4個(gè)RF端口的雙端到雙端的形式。4端口VNA現(xiàn)在十分常見，對于工作頻率在67GHz以下的任何平衡器件，安捷倫的4端口VNA都可以非常方便地進(jìn)行測量。這些VNA能夠測量平衡器件的差模和共模響應(yīng)及模式轉(zhuǎn)換性能。

集成程度不斷提高是器件的端口數(shù)量不斷增加的主要因素。在移動(dòng)電話行業(yè)中，手機(jī)和基站中都可以看到這種發(fā)展趨勢。多頻手機(jī)可以在多個(gè)頻段上工作，可能還包括非電話功能，如GPS或Wi-Fi，這些手機(jī)通常都使用4端口模塊，其中包括一個(gè)或兩個(gè)天線輸入端口、多路開關(guān)、雙工器、濾波器和放大器，所有這些器件都集成到一個(gè)基片上。在基站方，雙工器和低噪聲放大器通常集成到有多個(gè)RF端口的合路器/分路器中。

在測量此類器件時(shí)，由于現(xiàn)在業(yè)內(nèi)普遍要求對帶外抑制性能也要進(jìn)行測量，導(dǎo)致測試頻率上限通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)的工作頻段。例如，對于工作頻率低于2GHz的移動(dòng)電話進(jìn)行測試時(shí)，最高測試頻率竟高達(dá)12.5GHz，只有這樣，才能測得這些元器件是否會(huì)對其它頻段的設(shè)備引起干擾。