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寬帶測量技術白皮書

作者： 時間：2017-01-04 來源：網絡 收藏




圖4 寬帶信號測量和分析實例（1.雷達信號Chirp特征分析；2.頻譜特征測試；3.接收機噪聲系數測試）

使用寬帶儀器進行寬帶系統的信號分析，除了測量確定系統和信號的指標外，也用信號分析的手段幫助定位問題的可能根源。因為分析軟件能獨立地分析信號的幅度誤差，頻率誤差和相位誤差，這樣可以判斷誤差的基本來源，分析過程中，可以利用時域和頻域的關聯分析來得到誤差的特性是隨機誤差還是周期誤差，這樣問題信號的來源就很快得到定位。表8是典型電子系統誤差來源分析的案例。

表8 典型電子系統誤差來源分析



4.寬帶器件的測量


寬帶系統里常見的寬帶器件是：ADC/DAC，DPD，天線/放大器/混頻器/濾波器等。這些器件的性能參數對整個寬帶系統影響很大。對這些器件的測量需要多種儀器和軟件來實現。表9列舉了各個器件的測量參數和使用儀器。

表9 寬帶器件測量參數和使用儀器


圖5是典型的高速ADC/DAC測試系統設置框圖。上面部分是高速ADC測試系統框圖，使用MXG/PSG信號源產生正弦波或無線通信信號通過濾波器濾波后輸入到被測ADC，使用PSG作為ADC的高精度采樣時鐘，ADC數字化后，用邏輯分析儀采集數字化后的數據，用軟件進行參數分析。如果是靜態(tài)參數，則使用低頻正弦波；如果是動態(tài)參數，則使用高頻正弦波；如果是實際工作的性能參數測量，則使用實際的無線通信信號。
圖5下面部分是高速DAC測試系統框圖，使用81250A并行誤碼儀作為并行碼型激勵源，產生靜態(tài)信號或正弦波信號，使用8位半高精度萬用表3458A測量靜態(tài)參數，使用頻譜分析儀捕獲被測DAC輸出的模擬正弦波的頻譜，再使用軟件進行參數分析。



圖5 高速ADC/DAC測量系統設置框圖

針對DPD的測量過程和測試系統框圖如圖6所示。使用MXG/PSG作為激勵，使用PXA作為采集和矢量信號分析儀軟件89601B作為分析，信號的產生和測量的過程由配備DPD選件的SystemVue完成。測量的過程是先產生DPD激勵，用PXA捕獲PA響應，SystemVue提取DPD模型。然后結合模型重新產生信號，用PXA捕獲DPD+PA的響應，再驗證DPD+PA的響應，如果有問題或不滿足要求，可重復這個過程。



圖6 DPD測量系統設置框圖和測量過程

網絡分析儀是測試射頻微波器件的基礎性常用儀器，測試應用中，網絡儀的基本特點是測試參數完整和測試精度高。傳統網絡儀主要測試器件的傳輸反射S參數，由于采用閉環(huán)的儀表體系結構和支持校準技術消除系統誤差，網絡儀可以提供其它儀表不能比擬的幅度和相位參數測試精度。
隨著 PNA-X/PNA系列網絡儀的推出，傳統網絡儀的測試功能甚至很多測試應用的方法正在發(fā)生變化，所以PNA-X網絡儀是網絡分析儀測試技術發(fā)展的里程碑式的產品，PNA-X網絡儀的主要技術突破主要包含以下幾個方面。

表10 PNA-X網絡分析儀的主要技術突破



在 PNA-X網絡儀的測試功能中，引入了測試類(Measurement Class)的概念，在應用中，根據被測件的類型和測試參數不同來進行選擇。例如：測試器件的類型可以分為非變頻器件和變頻器件，測試參數可以設定為線性S參數，非線性參數（包含功率壓縮參數和交調抑制參數）和噪聲系數參數。


圖7 PNA-X的測試功能

圖8為PNA-X網絡儀典型測試顯示結果，利用多個測試通道來定義多參數測試，包含通道1的駐波，增益測試，通道2的交調測試（支持點頻和掃頻），通道3的功率壓縮點測試（支持點頻和掃頻測試），通道4的噪聲系數測試和通道6的脈沖時域測試。測試中不需要改變被測件連接，只需要切換測試通道就能完成所有參數測試，這對于應用的價值，這不是簡單減少了連接的次數和測試時間，由于射頻微波器件的很多指標是互相關聯影響，需要在設計中進行折衷優(yōu)化設計，例如端口匹配要綜合考慮噪聲系數和增益性能，在調試狀態(tài)下同時觀察駐波和噪聲系數能大大提高器件產品的調試速度。而且所有這些參數的測試都是基于網絡儀的校準狀態(tài)下進行，能大大提高測試的精度。


圖8 PNA-X網絡儀完成單次連接多參數測試

PNA-X為射頻微波器件應用技術發(fā)展的重要貢獻還包含非線性X參數的測試和建模，基于PNA-X構建的非線性網絡儀系統NVNA能測試非線性器件諧波和交調成份的幅度和相位，提供完整的時域和頻域測試結果，基于X參數測試和模型的建立大大提高了功率放大管非線性模型的準確度，使仿真設計功率放大器的結果更加準確和具備實用價值。現在微波電路元器件廠家已經開始提供X參數模型，并成功完成了100W級功率放大管的建模測試，仿真結果和實測結果完全匹配。

5.信號完整性測量


寬帶系統的數字電路部分的信號速率，逐步的從3GHz數量級上升到10GHz數量級。這對各個子電路和信號的要求達到了異?？量痰木车兀娐芳捌湫盘柕臏y量成為必不可少的研發(fā)環(huán)節(jié)，測試內容也從單純的信號品質測量擴展到多個電路參數的測量，表11列出了關鍵的測量內容和需要使用的相應的測試儀器。
這部分的詳細介紹請參考以前寫的《云計算測量白皮書暨10GHz以上數字系統測量要點和方法》一文。

表11 10GHz數字電路典型測量內容和使用的儀器



6.小結


寬帶系統是復雜電子系統發(fā)展的重點方向之一，系統帶寬從幾十M擴展到了幾百M，甚至幾個G，數字處理和通信部分的信號速率也擴展到10G量級。這對測量儀器和測量方法要求更高，需要寬帶信號產生和寬帶信號分析的知識和能力，需要寬帶器件測量和信號完整性測量的知識和能力。好在儀器和軟件技術隨著需求的推進也不斷創(chuàng)新，完全能夠滿足技術發(fā)展的要求。若要能夠用好這些儀器和軟件，對工程師的知識和經驗的要求是非常高的。

參考文獻

[1]李建宇. 射頻微波測試技術白皮書[G/DK].北京：安捷倫科技（中國）有限公司.[2012]
[2]孫燈亮. 云計算測量白皮書暨10GHz以上數字系統測量要點和方法. [G/DK].北京：安捷倫科技（中國）有限公司.[2012]
[3]Jinbiao Xu,John Baprawski.“4G For Everyone” Extended RF Performance with Digital Pre-Distortion[G/DK].Santa Clara:Agilent Technologies,Inc.[2010]
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關鍵詞： 寬帶測量白皮

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