R&S?ZNL矢量網絡分析儀結合網絡分析和頻譜分析進行放大器特性測量

對放大器等復雜被測設備進行常規的特性測量，需要測量若干參數。部分測量可能需要使用多個測試設備，或借助昂貴的測試裝置。R&S?ZNL 是一款多功能經濟型解決方案，能夠通過網絡分析和頻譜分析對多種被測設備進行特性測量。

使用 R&S?ZNL（后方）、R&S?FS-SNS18（左側）和外部前置放大器（右側）測量放大器噪聲系數，并由 R&S?HMP2030 可編程電源（右后方）供電。

您的任務

放大器可用于廣泛應用，是最為常見的射頻組件之一，同時也是非常復雜的被測設備 (DUT)。為了更加全面地進行特性測量，必須測試放大器以確定特定頻率或功率條件下的線性 S 參數，并測量諧波失真、三階互調截取點 (TOI)、壓縮點和噪聲系數等測量。傳統的矢量網絡分析儀 (VNA) 不足以完成所有這些測試與測量。事實上，此類參數測試通常借助于高端設備，而傳統的經濟型矢量網絡分析儀一般需要進行復雜的設置和耗時的后處理操作，才能以正確的格式顯示數據。

用戶可以更換測試臺以使用 VNA 和頻譜分析儀，但當時間或空間有限時這種方法并不理想，因為用戶需要將 DUT、VNA、電纜、校準套件或校準單元移到其他地方。

R&S?ZNL 多視圖模式下的數據顯示。當一個以上的模式被激活為附加通道時，此設置會自動啟用。用戶也可以導航至屏幕頂部的相應選項卡以訪問此設置。

羅德與施瓦茨解決方案

R&S?ZNLx-B1、R&S?ZNL-K14 和 R&S?ZNL-K30 選件提供頻譜分析儀、信號發生器和噪聲系數測量功能，便于 R&S?ZNL 解決所有這些問題，讓用戶無需在測試臺之間來回移動測試裝置。

R&S?ZNL 是一款經濟型、多功能、便攜式測試設備。這款矢量網絡分析儀重量輕、體積小，可使用頻譜分析硬件選件 R&S?ZNLx-B1 進行升級，并可配備電池盒選件 R&S?FPL1-B31 以便移動。用戶可以輕松切換網絡分析和頻譜分析模式，并利用 R&S?ZNL 的多視圖功能在單個窗口中方便地顯示兩種模式的所有結果數據，并形成綜合性報告。

在網絡分析模式下測量 S 參數幅度，被測放大器在選定頻率范圍內的最低增益約為 15 dB。VNA 功率輸出過大，會導致測量接收機過載。

應用

R&S?ZNL 可以在矢量網絡分析模式下準確測量放大器增益、輸入回波損耗（或電壓駐波比 (VSWR)）和輸出回波損耗：只需定義頻率范圍和所需的掃描點數，并為測量選擇合適的帶寬以調整所需的動態范圍和測量速度。盡管 R&S?ZNL 端口可以承受 +27 dBm 輸入而不致損壞，但需避免壓縮（或毀壞）被測放大器和 R&S?ZNL 內部接收機。因此，應仔細選擇 R&S?ZNL 輸出功率，并在必要時考慮使用外部衰減器。測量接收機過載時，系統會發送消息告知用戶，以便確保測量準確性和設備完整性。如要提供附加防護，R&S?ZNL 還可以在端口 1（R&S?ZNLx-B31 選件）和端口 2（R&S?ZNLx-B32 選件）激活接收機步進衰減器，功率輸出最低可設為 –40 dBm（R&S?ZNLx-B22 選件）。

頻譜分析儀測量選項。在頻譜分析模式下按下“測量”按鈕，即可訪問此菜單。

最后，需要進行全雙端口校準，然后再開始測試。菜單中的校準工作流程指導用戶逐步完成校準，包括從選擇手動校準套件或羅德與施瓦茨自動校準單元，到連接和測量標準件。

用戶可以通過“模式”菜單進入頻譜分析模式，以便執行多種測量并方便地顯示相關信息。用戶無需對測量裝置進行任何更改。

建議對放大器進行以下測量：

零跨度

諧波失真

三階互調截取點

“零跨度”可以測量當以特定頻率應用激勵信號時放大器在該頻率下的壓縮點。此類測量通常需要使用外部信號源，但 R&S?ZNL-K14 選件可提供獨立連續波 (CW) 信號發生器，因此無需使用其他設備。設置接收機時，用戶僅需選擇測試頻率和合適的衰減即可。之后，用戶可以輸入相同的測試頻率和低信號電平以確保 DUT 未被壓縮，進而配置發生器。

如要輕松確定壓縮點，可以調整參考偏置以使發生器電平和放大器輸出相匹配。當 CW 源信號電平逐漸增加時，用戶只需監測屏幕上顯示的數量值，并觀察該數量值何時比所選輸入低特定分貝。

500 MHz 時的放大器“零跨度”測量。CW 輸入信號電平為 –20 dBm 并選定參考偏置，標記顯示發生器輸入電平同樣為 –20 dBm。信號電平逐步增加，直至標記顯示信號電平與發生器電平恰好相差 1 dB，并由此確定 –1 dB 壓縮點為 –10.5 dBm 輸入功率。

用戶也可以在網絡分析模式下執行此類測量：在 DUT 處于線性區（–1 dB 壓縮點之前）時對放大的發射 CW 信號進行歸一化，并當饋送到放大器輸入的信號功率逐漸增加時觀察 S21 曲線和零點的偏差。

頻譜分析模式還可以測試 DUT 諧波失真性能。只需從頻譜分析測量菜單中選擇“諧波失真”，即可顯示所選載波的相關諧波值。系統將自動顯示前十個諧波的相關數據和總諧波失真 (THD)。用戶可以在相應菜單中調整諧波數量和掃描時間。

NRP18T 功率探頭支持的測量范圍為 –35 dBm 至 +20 dBm、DC 至 18 GHz。

用戶還可以在測量菜單中選擇“三階互調截取點”，以便設備輕松顯示互調產物。但是，此類特定測試要求 DUT 輸入為雙音信號，這可以通過使用外部合路器合并兩個不同的 CW 信號來獲得。配備 R&S?ZNL-K14 選件的 R&S?ZNL 可以在端口 1 提供一個信號，信號發生器或附加 VNA 等外部信號源可以提供第二個信號。之后，測試裝置可以提供放大器的 TOI 相關信息。

“諧波失真”測量能夠方便地顯示 500 MHz 載波的前十個諧波。結果摘要表列明這些諧波的頻率和功率電平。用戶可以通過屏幕左側的工具欄操作 CW 發生器。

如果頻譜分析模式下的功率測量需要更大的測量范圍或計量級精度，可以使用 R&S?FPL1-K9 選件以支持所有 R&S?NRP 功率探頭。

由于電纜會引起損耗，因此可以查看 DUT 輸入的 R&S?ZNL 信號功率電平以確定任何損耗情況。在頻譜分析模式下，可以在連接 DUT 輸入的電纜連接到端口 2 或功率探頭時對比發生器功率電平和儀器上顯示的電平，進而分析輸入和輸出之差。發生器偏置可用于精確調整 DUT 輸入信號和補償電纜損耗。在網絡分析模式下，用戶可以分析端口 1 的波量 a1 和端口 2 的波量 b1，從而進行此類評估。

此外，可以在 R&S?ZNL 的“模式”菜單中選擇“噪聲系數”，以便測試放大器噪聲系數 (NF)。根據 DUT 要求，這需要使用 R&S?ZNL-K30 選件、噪聲源和外部前置放大器。R&S?FPL1-B5 選件與 R&S?ZNL 相結合，可以直接控制噪聲源。如要簡單執行高度準確的 NF 測量，推薦使用 R&S?FS-SNS 智能噪聲源。此設備可自動被系統識別，無需用戶進行任何設置。

R&S?ZNL6 的 CW 發生器設為 1 GHz，并由外部信號發生器提供另一個 1.2 GHz 的 CW 信號。通過合路器合并兩個雙音信號，并作為放大器輸入。R&S?ZNL6 可在“三階互調截取點”測量模式下測量生成的頻譜。設備還可以激活瀑布圖。

測量設置同樣簡單明了：用戶只需選擇頻率范圍和掃描點。如有必要，用戶也可以控制每個掃描點的測量和穩定時間。測量放大器噪聲系數需要使用不同的 DUT 連接。通過前置放大器將噪聲源連接至 R&S?ZNL 的第二個端口，進而校準系統。校準完成后，將 DUT 插入噪聲源和前置放大器之間（參見第 1 頁上的圖片），然后進行測量。此外，所有 R&S?FS-SNS 型號均支持不確定度計算，并可以方便地在 NF 圖中顯示結果。輕松激活并正確顯示不確定度：用戶激活相應菜單、勾選前置放大器使用復選框，并輸入增益和 NF。

在 1 GHz 和 2.4 GHz 范圍內使用 101 個掃描點測量放大器。相關圖表中顯示 NF、增益和 Y 因子，結果表格中列明每個測量頻率對應的數值。用戶可以使用 R&S?FS-SNS18 輕松設置不確定度計算。

總結

R&S?ZNL 矢量網絡分析儀是一款多功能儀器，能夠對放大器等高難度 DUT 進行特性測量。用戶無需進行長時間的設置操作，也不必掌握大量的射頻知識。R&S?ZNL 可配備信號發生器和噪聲系數測量支持等頻譜分析選件以提供一流的靈活性，還可以裝備電池盒等其他硬件選件，是適用于實驗室和室外環境等所有工作場所的多功能儀器。R&S?NRP 功率探頭和 R&S?FS-SNS 智能噪聲源可協助用戶更加輕松地進行更精確的測量。