基于網(wǎng)絡(luò)分析儀提高低噪聲放大器（LNA）的測量精度

       前向測量時，B為測試接收機，A為反射接收機，R1為參考接收機；反向測量時，A為測試接收機，B為反射接收機，R2為參考接收機。兩個35dB衰減器為接收機衰減器，用來避免大功率使接收機壓縮；兩個65dB衰減器為前向和反向源衰減器，改變端口輸出功率范圍。對應(yīng)每個端口在后面板都有一個Bias-T直流偏指輸入口，對放大器提供直流信號。

　　四個S參數(shù)定義如下：

　　前向：S11=A/R1，S21=B/R1      反向：S22=B/R2，S12=A/R2

　　4.傳統(tǒng)校準(zhǔn)與測試

　　假設(shè)低噪聲放大器的輸入電平要求為-60dBm, 反向隔離度為40dB，工作

　　一般情況下，工程師設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀：起始頻率為1.8 GHz,終止頻率為2.0 GHz,功率為-60 dBm,中頻帶寬為10kHz。完成設(shè)置后，按圖5所示連接電子校準(zhǔn)件（也可以使用機械校準(zhǔn)件）進行雙端口校準(zhǔn)。然后按圖6所示連接放大器，進行測量，測試結(jié)果如圖7所示。可以看出，測試結(jié)果抖動非常大，出現(xiàn)了毛刺，這是實際應(yīng)用中所不能接受的。

 
圖7  優(yōu)化前測量結(jié)果

　　5.對傳統(tǒng)測試中存在問題的分析及解決方案

　　1)校準(zhǔn)功率電平比較低

　　校準(zhǔn)是獲取高精度測量結(jié)果的先決條件，如果校準(zhǔn)精度差，絕對不可能得到比較高的測量精度，因此必須盡可能提高校準(zhǔn)的精度。上面談到校準(zhǔn)本身也是一種測量過程，即用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件測量網(wǎng)絡(luò)分析儀自身系統(tǒng)誤差。

　　安捷倫PNA-X內(nèi)部信號源的功率范圍從-30dBm到+13dBm或更高（最大功率輸出取決于頻段），由于PNA-X有65dB的源衰減器，因此功率電平最低可以到-95dBm。如果手動設(shè)置衰減器為30dB, PNA-X源的輸出功率范圍為從-60dBm到-17dBm。

　　使用網(wǎng)絡(luò)分析儀非常重要的一點，如果網(wǎng)絡(luò)分析儀衰減器不變，校準(zhǔn)后，改變功率大小，基本上不影響測量精度。因此校準(zhǔn)時，功率可以設(shè)置為-20dBm而不是-60dBm,這樣可以提高校準(zhǔn)精度。校準(zhǔn)完成后，把功率設(shè)置為-60dBm,以便于滿足LNA的測試條件。

　　完成雙端口校準(zhǔn)后，直通連接。功率為-60dBm與-20dBm的校準(zhǔn)誤差對比如圖8所示。

 圖8 功率不同時校準(zhǔn)誤差對比

　　2)PNA-X端口2輸出功率較低

　　PNA-X缺省模式下，端口1與端口2功率為耦合狀態(tài)，因此端口2的輸出功率也為-60dBm。由于校準(zhǔn)為2端口校準(zhǔn)，即使屏幕上不測試S12隔離度，網(wǎng)絡(luò)分析儀后臺也在測量S12，因為根據(jù)圖3的公式或簡化公式，放大器S21a需要S12m。網(wǎng)絡(luò)分析儀在測試S12m時，由于端口2輸出電平為-60dBm和隔離為40dB，到達端口1的功率為-100dBm,再經(jīng)過端口1定向耦合器的15dB衰減的耦合壁到達A接收機的功率為-115dBm。-115dBm接近接收機的低噪，因此S12m的測量精度非常差，從而導(dǎo)致四個實際S參數(shù)的測試精度非常差。

　　網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個端口功率可以設(shè)置為非耦合狀態(tài)，也就是端口2的功率可以與端口1的功率設(shè)置不一樣。我們可以設(shè)置端口1輸出功率-60dBm,端口2輸出功率0dBm，這樣可以保證S12m的測量精度, 從而使得4個S參數(shù)測量精度大大提高。

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