【经验】解析放大器在电子仪器中的功能及放大器件测试应用

射频前端电路通常是由许多部分组成，包含放大器；滤波器；混频器；隔离器；频率合成器等。放大器是射频微波电路的关键组成。负责对发射和接收信号进行放大处理。根据放大器处理功能和应用的不同，有接收机前端的低噪声放大器，接收机中的AGC放大器，发射机中的功率放大器等。不同放大器的用途和价值不同，采用的放大处理技术也不相同，相应的测试参数和测试仪表也有不同侧重的要求。

电子系统由各种有源及无源器件组成，这些电路和器件在系统中具备相应的处理功能，例如：根据各种器件对信号的作用，分为线性和非线性器件(系统)。线性电路在对信号的处理过程中，不会对处理信号造成频率的变化。而非线性器件会引起输出信号频率的变化。许多器件同时会存在线性和非线性特性，例如放大器在小功率激励状态下，是线性的放大处理过程。但当输入信号功率增加进入放大器的饱和区后，会出现放大器的非线性失真现象。

不同的器件和电路，其端口的数量会不同，如放大器，传输线，滤波器等都是双端口器件，而混频器，功分器，耦合器等都是三端口器件。在智能天线，相控阵系统中还有更多端口的电路。

针对不同器件电路的工作特性和测试参数的不同， 网络分析仪需要具备相应的功能和性能保证对被测件参数的正确测试。

放大器在电子仪器中的功能

发射机/接收机中使用的放大器

直放站中使用的放大器

射频前端电路通常是由许多部分组成，包含放大器；滤波器；混频器；隔离器；频率合成器等。放大器是射频微波电路的关键组成。负责对发射和接收信号进行放大处理。根据放大器处理功能和应用的不同，有接收机前端的低噪声放大器，接收机中的AGC放大器，发射机中的功率放大器等。不同放大器的用途和价值不同，采用的放大处理技术也不相同，相应的测试参数和测试仪表也有不同侧重的要求。

放大器件测试应用

射频微波及中频处理电路中需要使用放大器完成对信号的放大处理。理想的放大器需要具备线性放大的处理功能，而实际放大器会存在线性失真，叠加噪声，非线性失真等效应。

基于放大器在系统所处的位置和应用，射频系统中会有低噪声放大器（LNA），功率放大器，可变增益放大器等。对不同的放大器，系统的要求是不同的。例如：接收机前端的低噪声放大器，需要具备高增益，低噪声的特点。对于功率放大器，需要具备大功率输出，效率高，线性好的特点。

放大器的测试参数包含传输反射参数，非线性参数和噪声参数等。对于不同类型的放大器电路，测试的要求和侧重点也是不同的。

放大器参数测试

放大器的测试参数包含传输反射参数，非线性参数和噪声参数等。

放大器反射参数测试

放大器传输参数测试

放大器非线性参数测试

网络分析仪针对放大器测试的特点

基于放大器测试的要求，网络分析仪必须有能力解决激励功率，接收机保护，测试精度等问题。网络分析仪的许多技术特性能满足功率放大器测试的要求。

•频率和功率扫描模式分别,测试被测件的线性参数和非线性参数。

•功率覆盖范围 –87 ~5 dBm ，灵活的测试配置结构可进行功率扩展。

•激励信号功率精度高，支持功率计校准确保激励功率准确。

•选件016支持接收机端口35 dB /5dB步进减器，扩展接收机的测试动态范围。

•不同测试端口激励功率可以设置为不同。1端口为低功率用于测量传输，2端口为高功率用于测量反射。

• 多通道测试和多参数显示能力，不同通道分别在不同激励状态下测试。 分别显示传输和反射参数。如：增益，反射，延时，功率压缩点等。

•频偏工作模式测试被测件的谐波扫频特性和交调失真性能。

•嵌入处理功能仿真匹配电路。去嵌入功能消除衰减器等外接电路的误差。

•双源结构支持激励状态下放大器S22参数测试。

•计算功能完成稳定性等参数的分析。

网络分析仪功率校准功能

基于放大器测试的要求，网络分析仪必须解决激励功率，接收机保护，测试精度等问题。PNA网络仪的激励信号具备很宽的调整范围。当网络仪提供的激励功率不能满足被测件要求时，可通过外置放大器与仪表的可配置测试接口选件配合，扩展网络仪的激励功率范围。

另外为保证对被测件精确的功率激励电平，网络仪可与功率计连接，完成测试端口的功率值校准。保证激励到被测件端口的信号为设定的功率电平值。另外为保证网络仪接收机对信号绝对功率参数的测试，可使用接收机功率校准保证接收机的功率测试精度。

放大器的线性参数测量

对于放大器测试，不同类型放大器测试的要求是不同的，测试中对仪表的要求也不相同。

低噪声放大器测试应用：

低噪声放大器测试主要指标包含：增益，增益平坦度，端口驻波比，输入/输出1dB压缩点，噪声系数等。

利用网络仪能完成传输/反射参数和1dB压缩点的测试。扫频测试中需要注意激励功率设置不要造成放大器的功率饱和。由于LNA的端口驻波性能要求较高，网络仪测试LNA端口反射参数时，需要使用矢量校准（单端口校准或双端口校准）来保证测试精度。

放大器交调参数测试

采用KEYSIGHT 4端口的矢量网络分析仪还可完成放大器交调参数测试。测试中，需要将4端口PNA-L网络仪内部的两个源输出通过定向耦合器进行合成，作为被测件的激励信号。接收机完成对放大器输出交调参数的测试。

放大器的输入1dB压缩点

S21 Log Mag：被测电路传输幅度特性（增益）的变化。 增益随输入功率增加而下降

B Log Mag：被测电路输出功率的变化。在输入功率的增加时，输出功率上升的速度变慢直至饱和

噪声系数和1dB压缩点测试

LNA需要测量其噪声系数和1dB压缩点，1dB压缩点反映器件的功率线性范围。网络分析仪可精确测量器件的1dB压缩点。仪表需要进行以下设置：

1：工作于功率扫描状态，功率扫描的范围要覆盖被测件的功率压缩点。测试频率根据测试要求确定，或在扫频状态下确定工作频带内的最差点。

2：最好利用功率计对网络分析仪进行功率校准。确保仪表输出功率的准确。

网络分析仪在功率扫描工作状态下，测试频率需固定，具体频率参数由 CW Freq 控件进行设置。

在测量器件的1dB压缩点时，测量步骤如下：

1、将仪表测量状态设置为功率扫描（Power sweep);

2、设置功率扫描范围：起始功率和终止功率，功率范围的设置需使被测件进入饱和区。另外，ENA网络分析仪的功率扫描范围要求<20dB。

3、设置功率扫描状态的信号频率，CW Frequency。

4、设置测试参数为被测件增益，[Measurement Data]=S21；[Data Format]=Log Mag。此时，应该可以观察到被测件增益随激励功率增加而发生变化的情况。

5、利用标识功能定位器件最大增益点，[Marker Search: Max。

6、利用相对标识功能定位被测件增益下降1dB点，既：被测件输入1dB压缩点P-1dB输入。[Search Target]：-1dB。

7、被测件输出1dB压缩点=输入1dB压缩点+增益。

上图的测试例子中，被测放大器工作在4.5GHz时，输入1dB压缩点为-15dBm，既当输入信号功率为-15dBm时，放大器增益会下降1dB。已进入非线性工作区。

案例分享

怎样使用KEYSIGHT 频谱分析仪、前置放大器和信号发生器测量噪声系数？只用频谱分析仪和前置放大器，就能作许多噪声系数测量。只需用频谱分析仪、前置放大器和信号发生器，就能覆盖被测器件的频率。这种方法的精度低于需要经校准噪声源的Y因素技术，与所关注频率的分析仪幅度精度相当。

具体测量步骤为：

1. 把信号发生器和频谱分析仪设置为所测噪声系数的频率，测量器件的增益。把该值标为Gain(D)。

2. 同样方法测量前置放大器增益。把该值标为Gain(P)。

3. 断开频谱分析仪的任何输入，把输入衰减器设置为0dB。前置放大器输入没有任何连接。把它的输出接到频谱分析仪输入。在作这一连接时，您会看到分析仪显示的平均噪声级的增加。