——安捷伦科技最先进的矢量网络剖析仪PNA-X
不管在研制仍是在出产制作中，工程师们在测验射频元件时都面对许多严峻应战。在研制进程中，更快并以较少的重复作业来处理规划难题至关重要。出产制作进程中，需求在坚持精度和最大产出率的一同，缩短测验时刻和下降测验本钱。
减缓压力的办法之一是运用灵敏的高度归纳的测验处理方案–如Agilent N5242A PNA-X微波网络剖析仪。由于PNA-X的先进体系结构，它不只供给杰出的功能和精度，而且还能针对逾越与网络剖析仪相关的传统散射参数(S参数)的各种丈量进行装备。一些内置组件(如第二个信号源和宽带合路器)能对射频和微波器材，特别是扩大器、混频器和变频器的非线性特性进行十分准确的表征，让您对这些器材的功能有愈加全面的了解。
确保准确的体系模仿
准确的起伏和相位丈量对应用在现代化无线和航空/国防体系设备中的器材至关重要。在规划阶段，体系模仿需求高度准确的元件表征来确保体系满意其功能要求。在出产制作中，准确的丈量验证每一个元件是否满意其发布的目标。
S参数在射频元件(如滤波器、扩大器、混频器、天线、隔离器和传输线)丈量中运用最为广泛。丈量成果能确认射频器材在正向和反向传输信号时其以复数值(起伏和相位)表明的反射和传输功能。它们全面描绘了射频元件的线性特性，这对全体系模仿来说是有很有必要的一部分，但要对全体系做愈加彻底的模仿时，只是进行S参数测验是不行的，比如器材特性随频率改动而呈现出的起伏呼应不平坦性或相位呼应斜率的不恒定性等这些差错都会引起严峻体系功能下降。
器材的非线性特性也会形成体系功能的劣化。例如，假如扩大器的驱动信号现已超越其线性作业的规模，则它将会呈现增益紧缩、调幅到调相(AM到PM)的转化及互调失真(IMD)。
中心丈量概述
矢量网络剖析仪(VNA)是测定元件特性最常常运用的仪器。传统VNA包括一个给被测器材(DUT)和多丈量接收机供给鼓励的射频信号发生器，以丈量信号在正向传输和反向传输时入射、反射和传输信号(图1)。信号源在固定功率电平进行扫频以丈量S参数，而在固定频率上对其功率扫描，能够丈量扩大器的增益紧缩和AM-PM转化。这些丈量能测定线性和简略非线性器材的功能。
关于根本的S参数和紧缩测验，信号源和接收器调谐到相同的频率。不过，经过使信号源和接收机频率偏移，将接收机调谐至鼓励频率的整数倍，也能测出扩大器的谐波功能。使信号源和接收机频率偏移的才能相同能够丈量频率转化器材(如混频器和变频器)的起伏、相位和群推迟功能。
上述这些丈量一般是运用接连波进行鼓励(CW)的，而许多器材要求运用脉冲射频测验，即测验信号有必要以特定脉冲宽度和重复频率进行选通。
传统VNA有两个测验端口，这在大多数射频器材只要一个或两个端口时可满意需求。跟着无线通讯范畴的快速增长，三个或四个端口的器材现已十分遍及，因此四端口网络剖析仪也和二端口网络剖析仪相同会被遍及运用。
简化扩大器和混频器丈量
运用二端口或四端口时，PNA-X与传统VNA结构比较有四大改进：
● 两个信号源：第二个内部信号源与第一个信号源的频率和功率电平设置是彼此独立的。第二个信号源可用于非线性扩大器测验如互调失真(IMD)，或用作测验混频器和变频器的快速本地振荡器(LO)。
● 宽带信号合路器：内部信号合路器能够在仪器的相关测验端口耦合器之前将两个源兼并在一同。这便简化了需求两个信号源的扩大器测验设置。
● 信号切换和接入点：辅佐开关和射频接入点能完结灵敏的信号途径挑选，并添加外部信号调理得硬件(如推进扩大器)或外部测验设备(如数字信号发生器或矢量信号剖析仪)。
● 脉冲测验才能：内部脉冲调制器和脉冲发生器供给彻底一体化的脉冲S参数处理方案。
这些改进简化了测验设置进程并在丈量扩大器、混频器和变频器时缩短了测验时问。这些新添加的特性结合在一同极大地扩展了对被测器材(DUT)进行一次衔接能够完结的丈量规模。图2示出一个对扩大器的S参数、增益紧缩和相位紧缩及固定信号IMD进行一同丈量的实例。
两个内置信号源的功能增强也会简化扩大器和混频器丈量。例如，测验端口可运用的最大信号功率一般为+13至+20 dBm(取决于类型和频率)。这对将扩大器驱动到非线性区很有协助，而且在把信号源用作测验混频器的LO信号时也常常要这样。这两个内置信号源的谐波成分也十分低(一般为-60 dBc或更低)，然后进步谐波和IMD丈量的精度。此外，典型置为40 dB的功率扫描规模使得在表征扩大器的特性时很简略就能够让扩大器从线性作业规模转化到非线性作业规模。
处理各种丈量问题
尽管VNA只需一个射频源就能够丈量元件的S参数、紧缩和谐波，但添加第二内部信号源则能够对更为杂乱的非线性特性，如IMD，进行丈量，特别是当这两个源与网络仪内部的信号合路器合作运用时特别如此。
关于IMD丈量，运用信号合路器将两个信号兼并，然后送到被测扩大器(AUT)的输入端。图3示出PNA-X怎么运用内部信号源和合路器来完结此进程。
AUT的非线性会引起与被扩大的输入信号一道呈现的互调重量。在通讯体系中，这些剩余的重量将进入作业频带且不能经过滤波去除。实践中，只测三阶重量，由于它们是形成体系功能下降的最重要因素。
图4示出一个用PNA-X完结的扫描IMD丈量实例。两条居中迹线显现鼓励信号，下方两条迹线显现IMD重量。最上方的迹线则是运用了PNA-X特别有优势的公式修改特征核算并显现的三阶截获点(IP3)。
在扫描状态下进行IMD测验的一个十分有用的改动是对功率电平而不是对频率进行扫描，这有助于研制工程师们树立晶体管和扩大器非线性行为模型。在图5显现的丈量成果中，您能够看到基频信号以及三阶、五阶和七阶互调重量的起伏和相位随输入功率的改动而改动的状况。
与其它办法比较，运用VNA进行以上丈量有三个长处。首要，只用一台测验仪器，只进行一次衔接便能对悉数参数进行丈量：S参数、增益紧缩、输出谐波、IMD等等。其次，与运用频谱剖析仪比较，用功率计对VNA进行校准之后，丈量精度更高。最终，假如运用一台频谱剖析仪和两个独立的信号源进行相同的测验，完结测验需求花几分钟的时刻，但运用
PNA-X只需0.6秒。
相位与驱动的联系是用PNA-X很简略完结的另一种常见的双信号源测验。这个测验参数表征的是当在相邻通道或带外存在大信号时，扩大器处理小信号的才能。测验的办法是把不同频率的一个大信号和一个小信号合在一同然后送至被测扩大器(AUT)，然后在改动大信号的功率时(运用功率扫描)，丈量小信号的S21相位。
另一种运用双信号源技能、在树立晶体管和扩大器非线性行为模型时会用到的参数是“热态S参数” (准确地说是“扩大器作业状态下的S参数-译者注)”，这种测验办法用来表征在某一给定频率下，当存在一个比较大的违背于S参数测验信号的别的一个输入信号，而且被测扩大器的输出由于这个大信号的存在而发生紧缩时，扩大器小信号S参数的特性。在进行热态S参数测验时，一定要十分当心，不要让被测扩大器输出的“热信号”超出了矢量网络剖析仪测验接收机的损坏电平。
丈量平衡元件
平衡电路既能下降对电磁搅扰的敏感度和又能下降电磁搅扰的发生。平衡元件能够是在三个射频端口的平衡-单端器材或有四个端口的平衡-平衡器材。用四端口VNA很简略对这些元件进行测验，能够丈量差模呼应和共模呼应以及形式变换项。
这些测验能够用单端鼓励或实在形式鼓励来完结。单端法是每次只测验一个DUT端口(只需求一个射频源)并对差模呼应和共模呼应以及穿插形式特性进行数学核算。这是最快且准确的技能，条件是外加功率电平应使AUT坚持在线性或适度紧缩的作业区。
在高驱动电平条件下测验扩大器的平衡功能时，假如依然运用单端丈量的办法，非线性特性会引丈量成果的严峻差错，这就需求实在(差分或平衡)形式鼓励。这种办法将两个起伏相同的信号以180°(差模信号)或0°(共模信号)的相位差加到扩大器输入端对上。理论上这很简略运用双源VNA做到，可是准确丈量还需求两个条件：对两个信号源的相位差做高分辨率的调整；以及能调整信号源的相位和起伏，以抵消由源输出阻抗与AUT输入阻抗互效果所引起的输入失配。PNA-X能满意这两个要求。
测验混频器和变频器
第二个内部信号源也可用于测验频率转化器材如混频器或变频器，测验时除输入鼓励之外还需求LO信号。第二个信号源对扫描LO测验十分有用，在测验时LO信号连同射频输入信号一同被扫描，但确保RF信号和LO信号的频率差是固定的。这个办法常用于丈量宽带变频器的前端元件。与运用外部信号发生器比较，运用从VNA内部信号源引出的信号作为LO信号在测验速度上有几位显着的改进(运用PNA-X的测验速度比传统办法的测验速度最高可快35倍)。
运用PNA-X进行混频器和变频器丈量的设置十分简略。为了测验端口匹配和变频损耗或变频增益，DUT的输入端、输出端和LO端口别离与PNA-X的端口1、端口2和端口3相连。添加参阅混频器能对混频器或变频器的相位或群推迟进行测验。第二个信号源的两个输出可用于驱动参阅混频器和DUT混频器(图6)。
定论
根据VNA的测验体系为丈量无线通讯和航空/国防体系中所运用的射频和微波元件供给了动力。与传统VNA比较，Agilent PNA-X微波网络剖析仪的先进体系结构具有更大的灵敏性，使工程师们能够经过一次衔接便能丈量各式各样的高功能顶级元件。PNA-X内最主要的添加项是第二个信号源和内部宽带信号合路器，然后简化了扩大器、混频器和变频器的丈量。除S参数、紧缩和谐波的传统单信号源丈量之外，两个信号源还可用于1MD、相位随驱动的改动、热态s参数和实在鼓励形式的测验。PNA-X端口上信号源的高功率输出、低谐波和宽功率扫描规模的特点彻底习惯当时器材的测验要求。
