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宽带测量技术白皮书

作者： 时间：2017-01-04 来源：网络
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图4 宽带信号测量和分析实例（1.雷达信号Chirp特征分析；2.频谱特征测试；3.接收机噪声系数测试）

使用宽带仪器进行宽带系统的信号分析，除了测量确定系统和信号的指标外，也用信号分析的手段帮助定位问题的可能根源。因为分析软件能独立地分析信号的幅度误差，频率误差和相位误差，这样可以判断误差的基本来源，分析过程中，可以利用时域和频域的关联分析来得到误差的特性是随机误差还是周期误差，这样问题信号的来源就很快得到定位。表8是典型电子系统误差来源分析的案例。

表8 典型电子系统误差来源分析



4.宽带器件的测量


宽带系统里常见的宽带器件是：ADC/DAC，DPD，天线/放大器/混频器/滤波器等。这些器件的性能参数对整个宽带系统影响很大。对这些器件的测量需要多种仪器和软件来实现。表9列举了各个器件的测量参数和使用仪器。

表9 宽带器件测量参数和使用仪器


图5是典型的高速ADC/DAC测试系统设置框图。上面部分是高速ADC测试系统框图，使用MXG/PSG信号源产生正弦波或无线通信信号通过滤波器滤波后输入到被测ADC，使用PSG作为ADC的高精度采样时钟，ADC数字化后，用逻辑分析仪采集数字化后的数据，用软件进行参数分析。如果是静态参数，则使用低频正弦波；如果是动态参数，则使用高频正弦波；如果是实际工作的性能参数测量，则使用实际的无线通信信号。
图5下面部分是高速DAC测试系统框图，使用81250A并行误码仪作为并行码型激励源，产生静态信号或正弦波信号，使用8位半高精度万用表3458A测量静态参数，使用频谱分析仪捕获被测DAC输出的模拟正弦波的频谱，再使用软件进行参数分析。



图5 高速ADC/DAC测量系统设置框图

针对DPD的测量过程和测试系统框图如图6所示。使用MXG/PSG作为激励，使用PXA作为采集和矢量信号分析仪软件89601B作为分析，信号的产生和测量的过程由配备DPD选件的SystemVue完成。测量的过程是先产生DPD激励，用PXA捕获PA响应，SystemVue提取DPD模型。然后结合模型重新产生信号，用PXA捕获DPD+PA的响应，再验证DPD+PA的响应，如果有问题或不满足要求，可重复这个过程。



图6 DPD测量系统设置框图和测量过程

网络分析仪是测试射频微波器件的基础性常用仪器，测试应用中，网络仪的基本特点是测试参数完整和测试精度高。传统网络仪主要测试器件的传输反射S参数，由于采用闭环的仪表体系结构和支持校准技术消除系统误差，网络仪可以提供其它仪表不能比拟的幅度和相位参数测试精度。
随着 PNA-X/PNA系列网络仪的推出，传统网络仪的测试功能甚至很多测试应用的方法正在发生变化，所以PNA-X网络仪是网络分析仪测试技术发展的里程碑式的产品，PNA-X网络仪的主要技术突破主要包含以下几个方面。

表10 PNA-X网络分析仪的主要技术突破



在 PNA-X网络仪的测试功能中，引入了测试类(Measurement Class)的概念，在应用中，根据被测件的类型和测试参数不同来进行选择。例如：测试器件的类型可以分为非变频器件和变频器件，测试参数可以设定为线性S参数，非线性参数（包含功率压缩参数和交调抑制参数）和噪声系数参数。


图7 PNA-X的测试功能

图8为PNA-X网络仪典型测试显示结果，利用多个测试通道来定义多参数测试，包含通道1的驻波，增益测试，通道2的交调测试（支持点频和扫频），通道3的功率压缩点测试（支持点频和扫频测试），通道4的噪声系数测试和通道6的脉冲时域测试。测试中不需要改变被测件连接，只需要切换测试通道就能完成所有参数测试，这对于应用的价值，这不是简单减少了连接的次数和测试时间，由于射频微波器件的很多指标是互相关联影响，需要在设计中进行折衷优化设计，例如端口匹配要综合考虑噪声系数和增益性能，在调试状态下同时观察驻波和噪声系数能大大提高器件产品的调试速度。而且所有这些参数的测试都是基于网络仪的校准状态下进行，能大大提高测试的精度。


图8 PNA-X网络仪完成单次连接多参数测试

PNA-X为射频微波器件应用技术发展的重要贡献还包含非线性X参数的测试和建模，基于PNA-X构建的非线性网络仪系统NVNA能测试非线性器件谐波和交调成份的幅度和相位，提供完整的时域和频域测试结果，基于X参数测试和模型的建立大大提高了功率放大管非线性模型的准确度，使仿真设计功率放大器的结果更加准确和具备实用价值。现在微波电路元器件厂家已经开始提供X参数模型，并成功完成了100W级功率放大管的建模测试，仿真结果和实测结果完全匹配。

5.信号完整性测量


宽带系统的数字电路部分的信号速率，逐步的从3GHz数量级上升到10GHz数量级。这对各个子电路和信号的要求达到了异常苛刻的境地，电路及其信号的测量成为必不可少的研发环节，测试内容也从单纯的信号品质测量扩展到多个电路参数的测量，表11列出了关键的测量内容和需要使用的相应的测试仪器。
这部分的详细介绍请参考以前写的《云计算测量白皮书暨10GHz以上数字系统测量要点和方法》一文。

表11 10GHz数字电路典型测量内容和使用的仪器



6.小结


宽带系统是复杂电子系统发展的重点方向之一，系统带宽从几十M扩展到了几百M，甚至几个G，数字处理和通信部分的信号速率也扩展到10G量级。这对测量仪器和测量方法要求更高，需要宽带信号产生和宽带信号分析的知识和能力，需要宽带器件测量和信号完整性测量的知识和能力。好在仪器和软件技术随着需求的推进也不断创新，完全能够满足技术发展的要求。若要能够用好这些仪器和软件，对工程师的知识和经验的要求是非常高的。

参考文献

[1]李建宇. 射频微波测试技术白皮书[G/DK].北京：安捷伦科技（中国）有限公司.[2012]
[2]孙灯亮. 云计算测量白皮书暨10GHz以上数字系统测量要点和方法. [G/DK].北京：安捷伦科技（中国）有限公司.[2012]
[3]Jinbiao Xu,John Baprawski.“4G For Everyone” Extended RF Performance with Digital Pre-Distortion[G/DK].Santa Clara:Agilent Technologies,Inc.[2010]
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关键词： 宽带测量白皮

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