使用 Keysight E5071C ENA 的独特功能对射频放大器进行测试的先进技术

射频放大器是广泛用于无线通信系统、医疗设备和汽车部件等多种行业的关键器件。因此，表征这类放大器的性能是设计和验证流程中至关重要的一个环节。这类放大器必须达到严格的性能指标，从而保证系统能够通用规范的要求。另外，从商业的观点来看，这类器件也有它们自己的评判标准，例如功率效率、可靠性、物理尺寸和成本。

本应用指南将介绍要回顾通过网络分析仪仿真表征放大器的基本测量原理。并且，还会详细地讲解 ENA E5071C 网络分析仪具备的一些独特测试技术。

放大器参数测量

传输和反射测量通常是由网络分析仪进行。器件的基本 S 参数也是如此，设计师和制造商必须仔细查看由 S 参数计算出的各种参数。K 因数就是一个例子，其对放大器的设计师来说，它非常重要。K 因数可由双端口器件的所有 S 参数（S11 至 S22）计算得出，它表示放大器的稳定性。当 K 因数大于 1 且 Δ 小于 1 时，放大器是绝对稳定的，对任何负载都不会产生振荡。

K = (1 - |S₁₁|²) (1 - |S₂₂|²) / (2 |S₁₂ S₂₁| - |Δ|²)

式中

Δ = S₁₁ S₂₂ – S₁₂ S₂₁

使用 A.08.00 或以上版本固化软件的 E5071C 具有存储编辑器的特性，该特性允许用户输入已定义的方程，并显示从被测端口进行数学计算的结果。只要输入有效的方程，方程将执行该方程，方程的结果就可实时代替轨迹。

功率增加效率 (PAE) 是另一个重要的参数。该参数表示放大器所消耗功率的效率：放大器产生的功率与供给放大器的功率之比。供给功率可通过测量总偏置电流和直流电源电压而得出。最新的 E5071C ENA 拥有可进行直流电压测量的输入连接器（后面板上的 2 个 AUX 端口），从而能够在射频测量的同时获得 PAE 值。

除了线性性能以外，非线性参数对于放大器性能的全面表征也十分重要。放大器的主要非线性参数之一是一 1 dB 增益压缩。当放大器的输入功率增加到某一个电平时，即在放大器的增益降低并引起输出功率非线性增加时，就会发生增益压缩。E5071C 提供了高达 65 dB 的功率扫描范围，从而可以对放大器的压缩特性进行高效表征。

放大器增益的过度非线性失真会造成相邻通道干扰，进而导致通信系统中不良的网络数据传输速率。通常，谐波失真测量是通过结合使用信号发生器和频谱分析仪共同来完成。但是，ENA 提供了频偏模式（FOM）功能，使信号源端和接收机在进行谐波测量时在不同的频率上进行扫描。通过将频偏扫描和接收机校准同步率计相结合，就能实现高速、精确的绝对功率测量。这可用来代替使用信号发生器和频谱分析仪来测量谐波失真的传统方法。图 2 显示了谐波性能的测量实例。900 MHz 放大器的输入端口连接到 ENA 的端口 1，输出端口连接到端口 2。左图是放大器的绝对功率测量结果。利用频偏模式（FOM）功能，可以在 ENA 上用接收机观察谐波杂散响应和基本频谱。右图显示了每个频谱的频率依赖性。载频、二次谐波、三次谐波的轨迹分别分配到通道 1、2 和 3 上，这些轨迹可由每个通道的顺序扫描获得。除绝对功率电平以外，利用 ENA 还可获得基波和各个谐波信号的频率响应。

ENA 提供了基于 VBA（Visual Basic for Application）程序的内置宏功能，可使分析仪能够自动设置并执行测量。此外在 VBA 程序内部，用户还可以借助对结果轨迹的计算来定制和自定义参数，并在 ENA 屏幕上显示参数，这个功能与方程编辑器的相同。是德科技提供了各种实例程序，用户可充分利用这些程序轻松设置和测试器件。（图 3）

脉冲射频测量

一些功率器件并不是为连续工作而设计的。例如，用于蜂窝手机的 GSM 功率放大器针对突发工作进行了高度优化，因此用连续波（CW）信号不能正确工作。对于一些功率放大器，如果使用连续射频信号在所需的幅度电平上测试，就会遭受热击穿。因此，精确的 S 参数测量必须采用脉冲射频技术，而且目前的网络分析仪已具有触发功能进行这种测量。

图 4 显示了使用 GSM 放大器进行脉冲测量的计时过程。产生的 GSM 信号为 577 微秒脉冲，周期为 4.616 毫秒。网络分析仪中的采样或数据采集必须在射频脉冲期间进行，这是通过外部触发网络分析仪以测量适当的时间点来实现的。

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