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平衡VNA测验的技巧剖析

传统的矢量网络分析仪 VNA(vector network analyzer)在测量平衡/差分器件时,通常采用所谓的“虚拟”方法:网络分析仪用单边(single-ended)信

传统的矢量网络剖析VNA(vector network analyzer)在丈量平衡/差分器材时,一般选用所谓的“虚拟”办法:网络剖析仪用单边(single-ended)信号鼓励被测件,测出其不平衡(unbalanced)参数,然后网络剖析仪通过数学核算,把不平衡参数转换成平衡参数。该办法关于剖析小信号(线性)状况下的有源/无源器材现已够用。可是当器材处于大信号(非线性)作业状况时,该办法测验成果的精度就受限了。虽然人们想出了许多办法战胜这个问题:例如选用“抱负的”宽带功分器或耦合器,可是这些办法都无法进行全体系校准。走运的是罗德与施瓦茨公司(Rohde Schwarz)的多端口网络剖析仪ZVA和ZVT,通过增加新的选件,就能够完成准确的宽带差分器材丈量,而且操作便利。

RS ZVx-K6选件是一种概念全新的技能,而且获得了多项专利。该公司现已在多种有源器材进步行了试验验证,发现该办法得出的增益紧缩点成果和“虚拟”办法比较,的确有必定距离。图1便是一个典型的比如,这个试验选用RS ZVA40网络剖析仪,在两种形式下别离测验一个2GHz的

微波单片集成MMIC(monolithic-microwave-integrated-circuit)放大器。能够看出,在小信号(线性)的情况下,两种办法的丈量成果相同,可是在放大器处于紧缩状况(大信号)的情况下,两种办法的丈量成果有显着差异。选用真差分鼓励测得的增益,比选用虚拟办法的成果提早4dB呈现紧缩,而且最大增益的丈量成果也要低0.5dB。

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这种新技能的改善(长处)有如下三方面:

1.现在差分放大器在手机、智能电话、数据卡和其他移动设备中得到了广泛的运用。可是这些器材现在大多选用虚拟办法来测验(由于曾经还没有真差分测验技能)。也就意味着现在测得的器材特性并不正确。

2.假如器材实践呈现紧缩的功率,比厂商标示的要低(由于厂商现在都用虚拟办法测验),也就意味着现在的许多放大器都处于紧缩(过载)状况下作业,其实践互调产品要比规划值高许多。

3.选用虚拟办法规划出产手机的厂商,现在有必要“功率回退”技能,才干到达抱负的线性功率功能。

可是选用“功率回退”技能意味着需求更多(或输出功率更高)的有源器材,才干到达指定的输出功率,或许需求从头规划整个发射机部分。

当然,假如能更准确的测验出平衡器材的特性,器材、体系厂商就能够在产品出厂之前(而不是在运用中呈现问题之后),规划出抱负的功能和作业条件。

用传统的网络剖析仪丈量差分(平衡)器材时,仪器只能发生单端鼓励,通过数学核算,把测得的单端S参数转化为差分S参数。仪器并没有用差分信号去鼓励被测件,而是把它当成一个单端器材来丈量的。然后运用测得的单端S参数,核算出混合模S参数。由于没有运用实在的差分信号去鼓励被测件,这种虚拟办法的精度难以确保。这种办法的精度在小信号(线性)状况下尚可,可是在大信号(非线性)状况下,难以确保。

当有源器材处于大信号鼓励下,其非线性特性逐渐暴露(一般用1dB或3dB紧缩点来衡量),这时选用传统虚拟办法丈量有源器材,就很难得到抱负的成果。例如用虚拟法测得某个放大器的1dB紧缩点比实践值偏高,假如用这个参数去辅导规划,则规划出的放大器就或许会于过载状况,然后发生许多非线性产品。可是,曾经网络剖析仪只能供给虚拟办法,由于网络剖析仪操控其输出的两路信号源的起伏和相位的技能极端杂乱。

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罗德与施瓦茨公司开发的这项新技能,初次完成了网络剖析仪输出真实差分信号,用来鼓励射频微波平衡器材,其最高频率高达40GHz。该办法根据专利操控的技能,操控两路内部源的起伏和相位,以及专利的差分矢量校准技能。RS ZVA(2、3、4端口网络剖析仪)或该公司的ZVT(多端口网络剖析仪)内部的两路源能够发生起伏相同,相位差为0度或180度的信号,其相位差的不确定度小于1度。用这组差分信号鼓励被测件,能够直接测出差模或共模呼应,通过矢量批改,直接得出混合模S参数。

传统的虚拟办法作业原理如下:在每一个频点,网络剖析仪的1端口输出一个单端鼓励,在2、3、4端口丈量传输重量,在1端口丈量反射重量,然后别离再用2、3、4端口输出单端鼓励信号,重复上述测验。能够得出16个单端S参数(S11到S44),再用这16个参数核算出混合模S参数Sxxyy。可是关于非线性器材,仪器的1端口和2端口不能输出鼓励信号,因而不能再现被测件在实践作业状况下的功能。

发生真实的差分信号有许多难题需求战胜:首要,要在两个内部源之间完成180度相移,还要准确的操控这个相位差,以确保差分信号的质量。别的,在丈量和校准参阅平面,这个相位差依然坚持有用。而测验运用电缆的损耗、相位以及其他特性都会改变,这些都给准确的丈量带来许多困难。

仪器的校准办法和规范的“直通-开路-短 路-匹配TOSM”(thru-open-short-match 或称 SOLT)校准办法共同。即便测验电缆不对称(例如长度不同)或许在片测验,这种校准办法也适用。该仪器也能发生相位差为0度(同相)的信号,进行共模测验。曾经的仪器中,相位随时刻以及温度漂移是一个很严重的问题,这儿内部源选用了特别的算法和操控电路,不断的查验并批改内部源的相位差,以确保差分信号严厉的起伏相位联系。

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