面向非射频测试工程师的射频测量技术基础

射频信号源

　　所有的射频信号源都能产生连续（CW）射频正弦波信号。某些信号发生器也能够产生模拟调制射频信号（如AM信号或脉冲射频信号），矢量信号发生器采用IQ调制器产生各种模拟或数字调制信号。

　　射频信号源进一步可以分成很多种，包括固定频率CW正弦波输出源、扫描输出一个频段非固定频率CW正弦波的扫频源、模拟信号发生器以及增加模拟和数字调制功能的矢量信号发生器。

　　如果测试需要激励信号，那么就需要射频信号源。射频信号源的关键指标是频率与幅值范围、幅值精度和调制质量（对于产生调制信号的信号源而言）。频率调谐速度和幅值稳定时间对于减少测试时间也是非常关键的。

　　矢量信号发生器是一种高性能的信号源，通常结合任意波形发生器一起产生某些调制信号。通过任意波形发生器可以使矢量信号发生器产生任意类型的模拟或数字调制信号。这种发生器可以在内部产生多种基带波形，在某些情况下，也可以在外部产生某种基带波形然后载入到仪器

中。如果测试规范要求被测的
元件、设备或系统按照待测设备最终使用中的处理调制方式
进行测试，那么这种情况下通常需要使用矢量信号发生器。

　　如果测试规范需要进行接收器灵敏度测试、误码率测试、相邻信道抑制、双音互调抑制、或双音互调失真的测试，那么也需要使用射频信号源。双音互调测试和相邻信道抑制测试需要两个信号源，接收器灵敏度测试和/或误码率测试只需要使用一个射频信号源。

　　如果待测器件是用于移动电话的，那么测试者可能要根据移动电话标准的需要进行调制信号类型的测试。移动电话功率放大器需要结合调制信号源（例如矢量信号发生器）进行测试。在选择某种矢量信号发生器之前，要评估一下该信号发生器在不同调制信号之间的切换速度，以确保其能够提供最快的测试时间。

　　网络分析仪

　　除了频谱分析仪和矢量信号分析仪，第三类分析仪就是网络分析仪。网络分析仪包含一个内置的射频信号源和一个测试射频器件的宽带（或窄带）探测器。网络分析仪以x-y坐标、极坐标或史密斯圆图的形式输出显式器件的特性。

　　从本质上来看，网络分析仪测量的是器件的S参数。矢量网络分析仪可以提供幅值和相位信息，可以以很高的精度判断这些器件在某个宽频段上的传输损耗与增益。通过矢量网络分析仪，还可以测量出回波损耗（反射系数）和阻抗匹配，进行相位测量和群延迟测量。

　　网路分析仪主要用于分析诸如滤波器和放大器之类的元件。值得注意的是，网络分析采用的是未经调制的连续波，分析仪的校准十分重要。利用制造商提供的校准工具包可以实现网络分析仪的校准。

　　由于网络分析仪在一台仪器内集成了信号源和测量功能，而且分析仪具有较宽的频率范围，因此这类仪器的价格比较昂贵。

　　典型应用

　　需要同时使用四种主要的射频测试仪器的一个应用实例就是功率放大器（PA）的测试。

　　信号源可以提供输入信号，功率计或频谱分析仪可以测量输出功率。如果精度非常重要，例如在测量最大功率时，那么就需要使用功率计进行输出测量。

　　PA的输入匹配对于从事射频发射器的设计者来说是一个关键参数。放大所有供给PA的功率，不因反射而损耗实际的功率，这是非常重要的。因此，PA制造商都会指明并测量PA的回波损耗（即S11），这是网络分析仪可以测量出的。另外，如果仅仅需要测量标量幅值，那么可以通过一个耦合器将一个信号源和一个频谱分析仪（或功率计）结合起来，测量反射功率的幅值。相比使用网络分析仪来看，这种方法唯一的缺点就是配置过程更加复杂，需要使用额外的无源射频元件。对于回波损耗标量的测量，功率计能够实现更精确的功率测量。

　　对于输入阻抗与输出阻抗（一般为50欧姆）不匹配的负载，PA向这样的负载传输功率的能力是衡量该PA在真实条件下性能的一个重要指标，因为在真实条件下负载（例如天线）不一定恰好具有50欧姆的特性输入阻抗。在这种情况下，非50欧姆的电阻负载就会切换到该PA的输出端。这种负载将迫使PA输出高达20:1的VSWR（理想匹配的情况下，50欧的负载将会得到将近1:1的VSWR）。PA必须能够正确工作，在存在大量反射功率的情况下为负载提供一些功率。

　　某些输出测量需要进行频谱分析。用于广播或移动电话领域（或者其他符合FCC规定的应用）的射频PA要求在PA工作频道的相邻频道内不能产生多余的功率。对相邻信道功率、互调失真和谐波失真的测量就是测量PA在真正传输信道之外所产生的功率。对于这些测量而言，动态范围、在存在大信号（例如载波信号）的情况下测量小信号的能力就成为频谱分析仪的一项重要指标。例如，如果某个PA的指标表明它的相邻信道功率（对于某类调制机制，或者对于某种特殊的移动电话标准）是60dBc（载波下分贝），那么该频谱
分析仪的动态范围（在所需的测试条件下）必定比谐波功率、相邻信道功率或互调分量的最小容许功率至少大6dB。

　　邻信道功率必须采用调制信号进行测量，也就是说必须考虑信号源的邻信道性能。信号源的邻信道功率输出必须比功率放大器产生的最大容许邻信道功率至少小6dB。

　　对于谐波的测量，分析仪的频率范围必须比该PA的最大工作频率（3dB带宽频率）大三倍，以充分捕捉最大工作频率的三次谐波功率。此外，频谱分析仪的动态范围和本底噪声必须至少比待测值低6dB，才能很好的测量三次谐波分量；必须具有合理的信噪比，才能实现精确和可复现的测量。谐波测量显示的是PA产生的失真大小。过多的失真会对调制性能产生负面影响。

　　当不同频率的信号或不同频率的信号分量成为PA输入时，互调失真就决定了PA产生了多少失真。产生这样的测试信号需要两个信号源。而一个双输出的信号源是不够用的，因为它的两个输出信号之间没有充分的隔离。信号源会产生自身的互调失真，这会导致过高放大器失真测量，带来测量结果的错误。

　　针对移动电话市场和某些市场领域（例如WLAN应用）而设计的PA也经常要进行调制质量的

测试，在这些应用领域中一般采用比较复杂的调
制机制。这类测试通常要测量误差矢量幅
值（EVM）。