射频微波系统中需要使用放大器完成发射和接收信号的放大功能。理想的放大器需要具有线性放大的处理功能,而实际上放大器会存在线性失真、叠加噪声、非线性失真等效应。基于放大器在微波系统的位置和应用,有接收机前端的低噪声放大器、接收机中的AGC放大器、发射机中的功率放大器等。不同的放大器其用途不同,采用的放大处理技术也不同,相应的测试参数也有不同的要求。例如低噪声放大器需要具备高增益、低噪声的特点;功率放大器需要具备大功率输出、效率高、线性好的特点。
放大器的测试参数包括传输参数、反射参数、非线性参数等。其中传输参数和反射参数前面已经有介绍,下面主要介绍放大器的非线性参数。
对线性放大器,当放大器工作在线性区时,输出信号波形不发生失真。当输入信号功率过大,放大器处于非线性饱和区时,输出信号被限幅。输出信号频谱上会出现新的谐波频率分量。
当输入信号功率增加,而放大器电源不能提供足够电流时,会造成输出信号出现削波,这种现象称为AM/AM转换。信号的波形失真会引起信号中心值的漂移,造成信号相位变化,这种现象称为AM/PM转换。AM/AM转换和AM/PM转换都会对输入信号的波形造成影响,如果输入信号为调制信号,会导致信号调制质量恶化。
AM/AM转换参数是分析电路器件输出信号功率受激励信号功率影响的特性分析,通常采用器件增益的1 dB压缩点和输出功率的1 dB增益压缩点定义AM/AM转换参数。
AM/PM转换特性反映器件输出信号相位受输入信号变化影响的规律,工程应用中,通过测量输入信号功率变化一定范围时,传输参数相位的变化量来完成。
因此,器件的AM/AM转换和AM/PM转换两参数是在网络分析仪输入功率扫描状态下,进行传输测试得到的。
1)S11测试
网络分析仪端口1使用开路器、短路器和负载进行矢量校准,校准完成后将被测放大器的输入端和端口1校准面连接,放大器的输出端连接低反射系数的大功率负载。
2)传输参数测试(www.xing528.com)
被测功率放大器的输出功率可能会超过网络分析仪接收机的最大电平,为此需要在功率放大器的输出端连接一个衰减器,传统的J2l直通频响校准方法,校准过程中需要连接衰减器一起校准,但是衰减器的存在会影响校准的精度。为此使用嵌入/去嵌入功能。
首先在网络分析仪测试线两端进行双端口矢量校准,然后将30 dB衰减器连接到测量电缆之间,将衰减器的双端口S参数保存文件。将被测放大器连接在输入端口和30 dB衰减器之间,调用衰减器的文件,选择去嵌入功能,得到放大器真实的传输系数。
3)非线性参数测试
由前面非线性参数的定义可知,器件的AM/AM转换和AM/PM转换两参数是在网络分析仪输入功率扫描状态下进行传输测试得到的。
网络分析仪功率扫描状态下,测试频率是固定的,因此网络分析仪使用连续波(CW)扫描模式,设置功率输出扫描范围,然后网络分析仪进行J2l传输频响校准。校准完成后将被测放大器连接在测试电缆之间,并在网络分析仪的输入端口连接衰减器,以保证网络分析仪的输入功率不超过损坏电平,将衰减器该频点的衰减值作为网络分析仪的补偿值,分别在幅度测量模式和相位测量模式观测AM/AM转换和AM/PM转换参数(表5-5、表5-6)。
表5-5 LNA的器测量
表5-6 功率放大器测量S11、S12、S21、S22
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