传统的VNA采用正弦波作为激励信号进行扫频测量,但在广泛运用数字调制方式的移动通信、卫星通信等领域中,单一频率的正弦信号与数字调制信号有相当差别,仅通过观察线性网络的正弦响应已无法满足测量需求。调制矢量网络分析仪(Modulated Vector Network Analyzer,MVNA)是新出现的一种综合性测量仪器,它直接采用数字调制载波作为激励,对采集到的数据信息使用希尔伯特变换(Hilbert Transform,HT)进行处理,所得结果包含的谐波分量数目取决于激励信号及接收装置的有效带宽。MVNA的一次测量即可获得S参数、邻道功率比(ACPR)、误差矢量幅度(EVM)和功率等信息,由此大大简化测试过程,提高测试效率,节省测试成本。
1.调制S参数
矢量网络分析使用窄带的正弦信号作为激励,用窄带接收机测量a1、b1、a2、b2信号,然后将它们相除以获得单一频点上的S参数。宽带通信系统的出现及广泛应用,使传统的正弦S参数已不足以描述一些在宽带调制信号作用下的器件性能。
对于复杂的调制信号激励,所得的响应为调制S参数。在此条件下,网络分析的基本原则仍然适用,可沿用与正弦激励相同的双端口网络模型,且比值S11、S21、S12、S22也具有相同的定义式[见式(12-5)、式(12-6)];不过,相对于正弦S参数的窄带分析,调制S参数的处理带宽更宽,而不是仅限于单个载频fC,如图12-31a所示(图中仅以S21为例)。
由图可知,计算调制S参数必须在信号能量集中的频段内,按照设定的分辨率带宽(RBW)进行逐段累积。显然,RBW设置得越精细,所得计算结果越精确。另一方面,在测量调制S参数时如不考虑信道带宽,就会把邻道、噪声等能量全部计算在内,结果无法收敛。例如在IS-95(CDMA的2G移动通信标准)测试中,必须以1.2288MHz的信道带宽为限。图12-31b表明了调制S参数的有效计算区间。
需要说明的是,虽然S参数在较低频率下可能被定义为电压或电流之比,但在频率较高时很难测量电压、电流值,因此S参数本质上被定义为入射、反射和传输的能量之比。
一些测试实验表明,与通过传统VNA所得的正弦S参数测试结果相比,通过调制矢量网络分析方法获得的调制S参数更接近被测通信网络的实际情况,测量精度更优。
图12-31 调制信号激励下的响应(www.xing528.com)
a)调制S参数的处理带宽 b)调制S参数的计算域
2.调制矢量网络分析仪
图12-32所示为一个调制矢量网络分析仪MVNA的简化框图。激励源产生的调制信号被送至S参数测量装置(信号分离装置)中,再经切换开关和定向耦合器送到DUT的端口1和2,4路不同的输出信号被分别接入4个独立的幅相接收机中。接收机经过两级混频,将调制信号由射频或微波下变频至中频fIF2。在中频上进行采样和A-D转换,并由DSP进行HT变换等数字信号处理。
图12-32 MVNA的简化框图
MVNA的工作流程本质上与VNA相同:根据网络分析原理,假定DUT及测量系统均是线性的。首先输入数字调制正弦波作为激励信号,该信号经过线性下变频成为采集波,再借助HT转换成频谱分量,求得S11M、S22M等参数,最后通过矢量误差修正求出S11A、S22A等参数。可见,MVNA与VNA的主要区别在于激励波的不同。VNA的正弦激励信号使得VNA的采集波是窄带中频,而在MVNA中,下变频所得的信号仍是宽带调制波,因而MVNA的采集波是宽带中频。正是由于调制波携带了大量信息,使得MVNA的测量结果会比VNA包含更多的特征参数。
MVNA的典型功能包括调制S参数测量、频谱分析、交调失真测量、邻道功率比测量、功率测量等。由于MVNA具有一机多用的特点,可以为混合信号器件的测试同时提供矢量信号激励和射频网络特性测量手段,因此它经常作为批量测试高性能集成电路的低成本、高吞吐率的综合测试平台而出现。
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