- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
如何用网络分析仪测低噪放大器的增益?
录入:edatop.com 点击:
4. 传统校准与测试
假设低噪声放大器的输入电平要求为-60dBm, 反向隔离度为40dB,工作频段从1.8 GHz到2.0 GHz。
一般情况下,工程师设置网络分析仪:起始频率为1.8 GHz,终止频率为2.0 GHz,功率为-60 dBm,中频带宽为10kHz。完成设置后,按图5所示连接电子校准件(也可以使用机械校准件)进行双端口校准。然后按图6所示连接放大器,进行测量,测试结果如图7所示。可以看出,测试结果抖动非常大,出现了毛刺,这是实际应用中所不能接受的。
图7 优化前测量结果
5. 对传统测试中存在问题的分析及解决方案
1) 校准功率电平比较低
校准是获取高精度测量结果的先决条件,如果校准精度差,绝对不可能得到比较高的测量精度,因此必须尽可能提高校准的精度。上面谈到校准本身也是一种测量过程,即用标准校准件测量网络分析仪自身系统误差。
安捷伦PNA-X内部信号源的功率范围从-30dBm到+13dBm或更高(最大功率输出取决于频段),由于PNA-X有65dB的源衰减器,因此功率电平最低可以到-95dBm。如果手动设置衰减器为30dB, PNA-X源的输出功率范围为从-60dBm到-17dBm。
使用网络分析仪非常重要的一点,如果网络分析仪衰减器不变,校准后,改变功率大小,基本上不影响测量精度。因此校准时,功率可以设置为-20dBm而不是-60dBm,这样可以提高校准精度。校准完成后,把功率设置为-60dBm,以便于满足LNA的测试条件。
完成双端口校准后,直通连接。功率为-60dBm与-20dBm的校准误差对比如图8所示。
图8 功率不同时校准误差对比
2) PNA-X端口2输出功率较低
PNA-X缺省模式下,端口1与端口2功率为耦合状态,因此端口2的输出功率也为-60dBm。由于校准为2端口校准,即使屏幕上不测试S12隔离度,网络分析仪后台也在测量S12,因为根据图3的公式或简化公式,放大器S21a需要S12m。网络分析仪在测试S12m时,由于端口2输出电平为-60dBm和隔离为40dB,到达端口1的功率为-100dBm,再经过端口1定向耦合器的15dB衰减的耦合壁到达A接收机的功率为-115dBm。-115dBm接近接收机的低噪,因此S12m的测量精度非常差,从而导致四个实际S参数的测试精度非常差。
网络分析仪的两个端口功率可以设置为非耦合状态,也就是端口2的功率可以与端口1的功率设置不一样。我们可以设置端口1输出功率-60dBm,端口2输出功率0dBm,这样可以保证S12m的测量精度, 从而使得4个S参数测量精度大大提高。
3) 校准时中频带宽值较大
由于校准是为了获得网络分析仪的系统误差,因此校准时,中频带宽建议设置为100Hz,完成校准后,为了提高测试速度,可以把中频带宽提高到10kHz或1kHz,这样的改变并不会明显改变校准的状态和影响测试结果。
解决上面三个问题后,重新进行校准和测量,测量结果如图9所示,可以看出抖动和毛刺现象不见了,测量结果比较理想。
图9 优化后测量结果
6. 总结
现代的LNA设计指标越来越好,优异的LNA性能对传统的参数测量方法提出了很大挑战,但是通过合理地设置网络分析仪以及优化校准过程,可以获得较高的测量精度。
假设低噪声放大器的输入电平要求为-60dBm, 反向隔离度为40dB,工作频段从1.8 GHz到2.0 GHz。
一般情况下,工程师设置网络分析仪:起始频率为1.8 GHz,终止频率为2.0 GHz,功率为-60 dBm,中频带宽为10kHz。完成设置后,按图5所示连接电子校准件(也可以使用机械校准件)进行双端口校准。然后按图6所示连接放大器,进行测量,测试结果如图7所示。可以看出,测试结果抖动非常大,出现了毛刺,这是实际应用中所不能接受的。
图7 优化前测量结果
5. 对传统测试中存在问题的分析及解决方案
1) 校准功率电平比较低
校准是获取高精度测量结果的先决条件,如果校准精度差,绝对不可能得到比较高的测量精度,因此必须尽可能提高校准的精度。上面谈到校准本身也是一种测量过程,即用标准校准件测量网络分析仪自身系统误差。
安捷伦PNA-X内部信号源的功率范围从-30dBm到+13dBm或更高(最大功率输出取决于频段),由于PNA-X有65dB的源衰减器,因此功率电平最低可以到-95dBm。如果手动设置衰减器为30dB, PNA-X源的输出功率范围为从-60dBm到-17dBm。
使用网络分析仪非常重要的一点,如果网络分析仪衰减器不变,校准后,改变功率大小,基本上不影响测量精度。因此校准时,功率可以设置为-20dBm而不是-60dBm,这样可以提高校准精度。校准完成后,把功率设置为-60dBm,以便于满足LNA的测试条件。
完成双端口校准后,直通连接。功率为-60dBm与-20dBm的校准误差对比如图8所示。
图8 功率不同时校准误差对比
2) PNA-X端口2输出功率较低
PNA-X缺省模式下,端口1与端口2功率为耦合状态,因此端口2的输出功率也为-60dBm。由于校准为2端口校准,即使屏幕上不测试S12隔离度,网络分析仪后台也在测量S12,因为根据图3的公式或简化公式,放大器S21a需要S12m。网络分析仪在测试S12m时,由于端口2输出电平为-60dBm和隔离为40dB,到达端口1的功率为-100dBm,再经过端口1定向耦合器的15dB衰减的耦合壁到达A接收机的功率为-115dBm。-115dBm接近接收机的低噪,因此S12m的测量精度非常差,从而导致四个实际S参数的测试精度非常差。
网络分析仪的两个端口功率可以设置为非耦合状态,也就是端口2的功率可以与端口1的功率设置不一样。我们可以设置端口1输出功率-60dBm,端口2输出功率0dBm,这样可以保证S12m的测量精度, 从而使得4个S参数测量精度大大提高。
3) 校准时中频带宽值较大
由于校准是为了获得网络分析仪的系统误差,因此校准时,中频带宽建议设置为100Hz,完成校准后,为了提高测试速度,可以把中频带宽提高到10kHz或1kHz,这样的改变并不会明显改变校准的状态和影响测试结果。
解决上面三个问题后,重新进行校准和测量,测量结果如图9所示,可以看出抖动和毛刺现象不见了,测量结果比较理想。
图9 优化后测量结果
6. 总结
现代的LNA设计指标越来越好,优异的LNA性能对传统的参数测量方法提出了很大挑战,但是通过合理地设置网络分析仪以及优化校准过程,可以获得较高的测量精度。
申明:网友回复良莠不齐,仅供参考。如需专业学习,请查看矢量网络分析仪测试操作培训教程。