微波射频测验技能白皮书

这篇博文来自李建宇曾经写的一篇同名文章，为了完善“电子丈量技能白皮书”栏目的内容，所以才摘抄。

微波射频测验技能白皮书

榜首部分：微波技能开展的应战

微波射频电路是整个电子体系的重要组成部分，首要完结发射和接纳信号的功率操控和频率搬移，对整个电子体系灵敏度，动态规模等目标有决定性的影响。典型的微波射频电路包括天线，放大器，滤波器，频率组成器，传输线等有源和无源电路。跟着体系功用和功用要求的进步，电子体系对这些电路的要求越来越高，并且许多功用目标的要求仍是互相制约的，例如为进步体系的传输功率和抗搅扰才能，无线通讯选用了杂乱调制技能，从MSK调频到PSK调相再到多载波的OFDM调制方法，这会形成信号的功率动态规模越来越大，关于放大器而言就要求尽量宽的线性规模，一起体系对放大器的功率有严格要求以确保功率运用率目标，这关于传统放大器技能来讲是很难满意的。这个技能应战大大推动了功率放大器线性化技能的呈现和开展。现在射频微波运用范畴的开展动态有以下典型的几个特色：

特色1：新式的半导体资料的运用

不管在大功率器材仍是下降器材噪声功用上，因为新半导体资料的运用让电路的功用得到进步，例如：GaN资料大大进步了功率管的输出功率, 而磷化铟资料大大下降了微波放大器的噪声系数。

图1 微波%&&&&&%技能

特色2：频率资源的扩展

经过取得更宽的频率资源来取得体系功用的增益是许多电子体系选用的技能，例如LTE中的频率聚合技能，经过毫米波作业频段的运用来进步传输速率并下降搅扰等。毫米波的运用从简略的轿车防撞雷达扩展到宽带通讯等范畴。无线通讯的信号带宽从几百KHz扩展到了超越100MHz的带宽。

特色3：数字技能和射频技能的结合

数字预失真功率放大器是数字信号处理技能和射频微波技能结合最好的代表。经过数字技能来扩展单一功率放大器的线性规模，线性化技能也被认为是射频技能的中心内容。

特色4：多通道技能

不管是军用相控阵雷达仍是无线通讯中的智能天线都是经过选用多通道技能来完结空间波束的操控和组成，通道数量从几个通道到上万通道不等，这关于射频微波电路的研制开发来讲是机会也是很大的技能应战。

第二部分；先进测验外表的技能阐明

测验外表是技能开发的重要技能资源，射频微波测验范畴常用的外表包括网络剖析仪，信号源，频谱剖析仪，功率计，相噪剖析仪，示波器等，为习惯微波射频技能的开展，测验技能和测验外表也在产生很大的改变，为先进技能开发供给新的测验手法和技能途径。

2.1先进微波射频测验外表的典型特色

现在射频微波测验外表的典型技能特色总结有以下几个方面：

特色1：仿真软件和测验外表的结合

先经过软件数字仿真规划然后再进行电路什物完结现已是射频微波电路完结的规范化技能流程，现在微波电路仿真EDA东西和测验外表的技能互联愈加严密，Agilent ADS仿真软件和PNA-X/PXA/PSG微波外表是仿真软件和测验外表结合运用的典型比如。在ADS仿真环境下，首要能够进行体系级规划，包括在体系的框架下对射频电路的目标进行规划和分配，例如接纳机电路的中频挑选，多级级联放大器的功率紧缩点，噪声系数等参数的分配。当目标分配好后，再运用电路仿真东西完结电路的原理图规划和地图规划。测验外表的功用包括被测件功用评价，器材模型树立等，特别是经过外表测验来完结精确的器材模型树立是确保仿真精度的重要根底，微波电路建模技能最大的打破便是运用根据PNA-X的非线性网络仪能测验功率放大器的非线性成份的起伏和相位信息，供给完好的线性S参数和非线性X参数模型。Agilent B1500A能完结器材直流I/V,C/V参数测验，用于微波器材的直流参数建模。

根据仿真软件和测验外表能构建闭环的微波电路规划渠道，针对任何一个微波技能问题，都能有匹配的仿真东西和测验手法来合作，能大大进步电路完结的功率。

图2 根据仿真软件和测验外表构建的微波电路设开发台

特色2：渠道化外表的概念

不管是信号源，信号剖析仪仍是网络剖析仪这些传统的射频微波测验外表，数字化技能在外表中正越来越多的得到运用，外表都选用矢量技能的完结技能，这样能够运用渠道化的外表来满意不同运用范畴的要求，例如矢量信号源经过波形核算，基带DAC转化和IQ调制来树立信号，针对不同运用，只需求运用不同的信号树立软件东西来核算信号波形数据就可完结，而不需求更改硬件渠道。在信号剖析运用中，射频微波范畴最常用的频谱仪技能上现已完结全数字化，频谱仪中重要的中频滤波，检波处理等都已选用ADC转化后的数字化信号处理技能来完结，这样能大大进步外表频谱测验的功用，一起还能经过解调剖析处理算法来完结信号的解调剖析，这样单台的剖析外表一起具有了频谱和时域的相关测验，解调测验，信号存储等多功用。针对不同的信号解调剖析，只需求切换剖析的软件就可完结。根据这些完结技能，渠道化的信号源外表和剖析外表能满意从无线通讯到雷达运用不同体系的测验要求，大大进步外表的运用效益。

图3 渠道化测验外表

特色3：剖析和判别才能的进步

外表最根本的功用是供给被测目标的测验成果，当测验成果不满意要求时，先进外表能供给的技能才能能大大进步毛病判别的功率，为问题的处理供给丰厚的技能途径。首要现在外表能对被测电子体系各个要害节点供给独立的测验手法，包括数字信号，基带信号，中频和射频信号等，并且剖析的东西能完结一致化，如图4所示，能够运用逻辑剖析仪，示波器，频谱仪别离对接纳机体系的数字基带，模仿基带和射频信号进行测验，这些外表收集的信号波形数据都能经过矢量剖析软件来进行剖析，剖析功用包括频谱，时域和解调剖析等。这样在一致的剖析环境下对数字信号，基带信号和射频信号的测验成果进行比照，能大大进步问题定位的功率。别的在信号剖析的手法上，剖析软件能独登时剖析信号的起伏差错，频率差错和相位差错，这样能够判别差错的根本来历，剖析过程中，能够运用时域和频域的相关剖析来得到差错的特性是随机差错仍是周期差错，这样问题信号的来历就很快得到定位。Agilent 89601A/B矢量剖析软件为中心的矢量信号剖析体系，能够支撑Agilent全系列的逻辑剖析仪，示波器和信号剖析仪，典型的测验剖析判别举例如表1所示。

图4 先进外表对接纳机体系的测验

表1 典型电子体系差错来历剖析

2.2 先进测验外表举例

2.2.1毫米波太赫兹测验外表及运用

针对毫米波到太赫兹的运用要求，现在矢量网络仪，信号源和频谱剖析仪都能够掩盖到太赫兹测验频段，外表厂家能够供给体系处理计划，外表的功用安稳，工程运用的状况现已成熟化。图5为Agilent 毫米波网络仪，信号源和频谱仪的装备计划，现在单台的独立测验仪作业频率规模能够到达70GHz，在更高的测验频段，是经过外置的频率扩展设备来扩展作业频率规模。最首要的网络剖析仪能作业到1THz频段。

图5 毫米波太赫兹测验外表装备

微波频段网络仪的功用是毫米波直到太赫兹网络仪功用的根底，因为现在网络仪内置鼓励信号源和接纳机功用的进步，首要在毫米波测验运用中，不再需求外置的独立信号源来供给鼓励信号和接纳机本振信号，下降了体系的杂乱程度和本钱价格，别的外表的作业功用也得到很大进步，例如太赫兹矢网在750GHz的测验动态规模能到达80dB，测验的轨道噪声功用小于0.1dB。图6为PNA-X矢网的实践测验功用。

图6 太赫兹网络仪测验功用

2.2.2网络仪技能的革命性打破

网络剖析仪是测验射频微波器材的根底性常用外表，测验运用中，网络仪的根本特色是测验参数完好和测验精度高，传统网络仪首要测验器材的传输反射S参数，因为选用闭环的外表体系结构和支撑校准技能消除体系差错，网络仪能够供给其它外表不能比较的起伏和相位参数测验精度。