探究使用矢網(wǎng)測(cè)量PA S11、S21和飽和功率的幾個(gè)小方法

如果用矢網(wǎng)測(cè)量PA的飽和功率，矢網(wǎng)1端口輸出功率（最大大概15dBm）推不飽DUT，該怎么解決？

例如：S21=15dB，P3dB≈Psat≈30dBm@2.6G

1、測(cè)量大功率PA背景

在測(cè)試大功率PA時(shí)，被測(cè)器件(DUT)的輸出功率會(huì)超出測(cè)量接收機(jī)輸入端口的壓縮功率，并且可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)造成損害。一旦在使用中不慎將網(wǎng)絡(luò)分析儀損壞，會(huì)產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用。因此一般在DUT輸出端短接雙定向耦合器到矢網(wǎng)接收機(jī)，再接隔離器隔離大信號(hào)進(jìn)入矢網(wǎng)來(lái)解決這一問(wèn)題。

矢網(wǎng)在2.6GHz附近大概能有45dB的動(dòng)態(tài)范圍（-30~15dBm，不加源衰減的情況下），雖然能在1端口或者3端口提供指定的輸出功率（基于源功率校準(zhǔn)），但僅能在矢網(wǎng)能夠輸出的功率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。而在表征大功率器件的非線性特性時(shí)，往往需要對(duì)DUT施加更大功率的信號(hào)，此時(shí)應(yīng)該怎樣搭建測(cè)試平臺(tái)？

2、以往的測(cè)試方法

圖2.1 DA直接驅(qū)動(dòng)PA的簡(jiǎn)單測(cè)試方法

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析儀激勵(lì)源所提供的輸入功率低于DUT輸入需要的Pin時(shí)，有必要在PA之前通過(guò)前置DA（Drive Amplifier）來(lái)提高激勵(lì)功率。外部放大器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以將其放置在更接近DUT的位置，從而減少電纜損耗以便對(duì)DUT施加更高的激勵(lì)功率，如圖2.1。

通過(guò)功率計(jì)進(jìn)行源功率校準(zhǔn)，可最大限度地減少或去除DA的頻率響應(yīng)造成的測(cè)量誤差。在激勵(lì)源功率校準(zhǔn)完成后，可對(duì)矢網(wǎng)的輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，以便為DUT的輸入端提供所需的功率。激勵(lì)源功率校準(zhǔn)將功率傳感器的精度傳遞到網(wǎng)絡(luò)分析儀，校準(zhǔn)完后一般可使DUT的輸入功率的偏差低于0.5dB。

但圖2.1的測(cè)試方法有很多缺點(diǎn)：

2.1 DA長(zhǎng)期工作會(huì)出現(xiàn)溫度漂移現(xiàn)象，DA工作一段時(shí)間后由于溫度上升，會(huì)出現(xiàn)增益和功率下降，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)校準(zhǔn)發(fā)生溫漂不準(zhǔn)。

2.2 DA的高反向隔離度會(huì)降低PA輸入端反射的功率，因此以這種方法測(cè)到的S11實(shí)際上是DA的S11，并且由于加入了DA，矢網(wǎng)激勵(lì)源給信號(hào)的功率一般會(huì)給得較小，因此回到A接收機(jī)的功率也比較小，導(dǎo)致S11跡線噪聲非常大，如圖2.2。

圖2.2 原始方法測(cè)到的S11和S12帶有很大的跡線噪聲

2.3 在推動(dòng)過(guò)程中，DA和PA都會(huì)發(fā)生非線性，因此需要嚴(yán)格計(jì)算DA的線性輸出功率是否能夠推飽PA，若DA線性區(qū)選擇不好，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果同時(shí)包含了DA和PA的非線性特性，結(jié)果不可行。

3、將矢網(wǎng)1端口內(nèi)部的耦合器拿出來(lái)

圖3.1 輸入端定向耦合器外接，并接適當(dāng)?shù)乃p器

圖3.1將1端口R和A接收機(jī)上的耦合器用外部一正一反定向耦合器（或者1個(gè)雙定向耦合器）替代

在DA和PA之間加入一正一反定向耦合器，再加適當(dāng)?shù)乃p器（保證在最大功率是進(jìn)到A、R1接收機(jī)的功率大概在-20dBm左右，此時(shí)接收機(jī)比較線性）保護(hù)接收機(jī)。為防止DA發(fā)生自激，還可在DA后串聯(lián)一個(gè)小衰減器（負(fù)載效應(yīng)）。

此測(cè)試方法中S11=A/R1，A和R1功率均是在DA后面測(cè)到，因此DA的溫漂、AMAM特性、非線性不會(huì)影響S11的結(jié)果；

S21=B/R1矢網(wǎng)可以很準(zhǔn)確的計(jì)算得到，功率也可以通過(guò)增益壓縮選件直接在2端口接收機(jī)測(cè)得。

圖3.2 優(yōu)化配置后測(cè)到的S11和S21跡線噪聲均可接受

4、注意

4.1 由于加入了DA，因此在校準(zhǔn)功率和S參數(shù)時(shí)，請(qǐng)一定在功率計(jì)前端加入衰減器保護(hù)功率計(jì)，在S參數(shù)校準(zhǔn)時(shí)用小功率校準(zhǔn)；

4.2 由于加入了DA，請(qǐng)?jiān)阪溌奉A(yù)算時(shí)事先計(jì)算好各個(gè)端口源衰減、接收機(jī)內(nèi)外接衰減器大??；

4.3 校準(zhǔn)完立即降低并關(guān)閉源1功率是一個(gè)比較好的保護(hù)儀器和DUT的操作習(xí)慣；

4.4 校準(zhǔn)完后的系統(tǒng)驗(yàn)證至關(guān)重要；

4.5 大功率測(cè)試過(guò)程中需要時(shí)刻注意DA和PA的工作狀態(tài)，比較容易燒器件和設(shè)備，尤其是自激。

編輯：jq