矢量网络分析仪ZVB在放大器测试中的应用

　　图2 增益和反向隔离测试结果

　　功率压缩特性测量

　　功率压缩特性的测试主要用来衡量待测件(DUT)的线性度。对于放大器的测试，工程上通常采用输出功率1 dB压缩点(P1dB )来表征该特性。P1dB的定义为： 随着输入功率的增加，放大器的增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值，如图3所示。

　图3 P1dB定义

　　ZVB不仅可以测量参数随频率变化的曲线还可以测量参数随输入功率变化的曲线。ZVB内置信号源可以提供非常大的功率扫描范围，其典型值为60dB，而且60dB的功率扫描范围完全由电子衰减器来实现而非采用传统的机械步进衰减器。机械式衰减器的幅度可重复度较差且使用寿命较短，所以ZVB特别适合测试有源器件的功率压缩特性。

　　P1dB的测量涉及到S21随着绝对输入功率变化的曲线，而矢量网络分析仪通常用于S参数相对量的测量。为了提高其绝对测量精度，推荐使用的功率计对矢网做功率校准。R&S公司的NRP系列功率计可以通过USB接口直接和ZVB连接，从而省掉功率计主机和昂贵GPIB卡。ZVB功率校准过程分成两个过程：矢网的内部源幅度校准和接收机幅度校准。在第一个过程中将功率探头直接和矢网的源端口连接，对应选择 [CAL]键下的菜单[Start Power Cal]-> [Souce Power Cal]。 第二步将已校准的源端口和接收端口连接进行接收机的校准，对应选择 [CAL]键下的菜单[Start Power Cal]-> [Receiver Power Cal]。

　　谐波测量

　　随着激励功率的增加，放大器将进入非线性工作区，不仅除出现输出功率压缩现象，还会出非线性频率分量。这些新的频率输出分量多为输入频率的整数倍，称为谐波分量。设计人员往往比较关心的是输入基波分量与谐波分量的幅度差值，因为幅度差越大，意味着在同样的直流输入功率情况下，更多的功率转换为所需的基波功率，而非谐波功率，也可视为提高了放大器的效率。ZVB打破了传统矢网信号源和接收机必须工作在同一频率上的限制，可以使源和接收机工作在不同的频率点上。具体对于谐波测量而言，可以让矢网源输出基波信号，而接收机工作在谐波频率上，并可方便实现对基波输入频率或输入功率的扫描测试。对应ZVB的设置：可先通过[Chan Select]+[Add channel +trace+Diag Area]的方法来添加一个新的观测窗口和新的测试通道。然后在[Mode]键下选择[Harmonics]进入谐波测试模式，而后通过选择 2nd、3rd或者输入其它谐波次数来测量对应的谐波。

　　对于测试绝对谐波功率对输入基波功率的变化，同样推荐在测试前应该进行功率校准。ZVB也提供谐波功率校准的方法。通过[Harmonic Power Cal] 进入功率校准对话框，其基本操作过程与测试放大器功率压缩特性时相同，只不过在进行源功率校准时的频率为整个测试频率而在接收机校准时的频率为谐波频率而已。

　　幅度相位转化测量

　　放大器的非线性特征除了功率压缩和产生谐波频率两个方面外，还有相位非线性特征，即随着输入功率的改变，放大器插入相移的变化。工程上通常采用AM/PM转化来描述，其具体的定义为： 输入功率每变化1dB ,插入相移的改变量，单位为Degrees/dB。

　　同功率压缩特性的测量一样，应设置ZVB扫描类型 [Sweep Type] 为功率扫描 [Power]。测试轨迹为S21，但显示格式[Format]应设置为相位方式[Phase]。在测试过程中，可使用ZVB 提供Delta Marker与Reference功能方便的读值。