通过激励响应测量表征射频器件的 3 个步骤

射频器件表征：通过激励响应测量的三大步骤

在当今的无线系统中，频谱是一种十分有限的资源。复合调制方案可以提高频谱效率，但它们也会引起失真。表征射频器件需要对失真产物导致的多余非线性失真进行测试，这些失真产物会降低调制质量并对其他接收机造成干扰。激励响应测量为评测射频器件性能提供了一种非常简单的方法。他们需要输入激励测试信号，然后采集输出信号进行详细分析。您可以评定和分析输入信号与输出信号之间的差异，确定造成这种差异的原因。在本文中，我们将介绍常用的激励响应测量方法，并探讨如何使用这些方法来表征射频设计以及诊断设计问题。

第 1 步. 表征数字调制信号

调制信号变得越来越复杂，导致峰均功率比升高，并产生非线性失真。为了从复杂的信号中提取出有用的功率相关信息，您需要对功率电平进行统计分析。功率互补累积分布函数（CCDF）曲线能够表征较大功率的信号，并提供峰均功率比（PAPR）等关键信息。您可以使用 PAPR 来评测功率放大器（PA）和发射机的非线性特性。

评测波形设计

当您使用信号发生器仿真数字调制信号时，需要保证信号发生器不会使输出信号饱和。您可以使用信号发生器的 CCDF 绘图功能来显示信号波形的功率分布曲线。下面的图 1 显示了一个 64-QAM 调制信号，其符号速率为 10 MHz。如果信号发生器的输出功率饱和，那么不仅会影响输出功率电平精度，还会由于 AM 至AM 压缩而影响调制质量。信号发生器上的幅度电平设置不能大于信号发生器最大输出功率与仿真信号 PAPR 值的差。

执行 CCDF 测量

将数字调制信号输入到被测器件时，您需要使用信号分析仪对比输入功率与输出功率的CCDF 图，查看原始设计中是否存在削波现象。图 2 显示了射频功率放大器的功率 CCDF图。粉色迹线是输入信号的功率 CCDF 图，黄色迹线是放大器输出信号的功率 CCDF 图。可以看出，输出功率的 CCDF 图与输入信号没有对齐。您需要降低输入功率电平或重新设计功率放大器，才能将功率放大器在较高输出电平下的失真控制到最低。

第 2 步. 执行失真测量

在当今的无线通信系统中，为了实现优异的频谱效率，频率信道的间隔非常小。狭窄的频率信道间隔和宽带通信系统都要求对多余和非线性的频谱失真进行严格测试。失真产物可能是信道内、频段内和频段外出现的多余频谱信号。失真不仅会降低发射机的性能，还会对其他接收机造成干扰。非线性失真测量主要有两种类型：谐波失真和互调失真。

谐波失真

电路或器件的幅度传递特性不能精确跟踪输入信号。幅度偏移会在输入信号的整数倍频处产生更高的频率分量。测量谐波失真最直接方法是使用连续波（CW）音频作为输入信号，然后使用信号分析仪测量输出信号，参见图 3。被测器件可以是射频放大器或混频器。信号分析仪设置为零扫宽，这样就能够进行时域功率测量，以测量基频和谐波频率处的功率电平，见图 4 右侧。如需进行高阶谐波测量，您可以选择动态范围更高的信号分析仪。

三阶互调失真

双音频三阶互调（TOI）失真是射频失真测量中的一项常见测试。如果非线性系统中存在两个或多个信号，它们会相互干扰，并在原始频率的和与差以及原始频率倍频的和与差处产生额外的分量。下面的图 5 显示了双音频三阶互调测量装置。被测器件可能是一个放大器或混频器。对于生产测试，可以单独使用矢量信号发生器通过其中内置的基带信号发生器来生成两个测试音频，以节省成本。是德科技提供先进的校正例程，该例程可以抑制信号发生器自身或外部前置放大器产生的失真产物。

邻道功率（ACP）测量

最新的无线标准通常使用更宽的带宽和多载波技术来提高数据吞吐量。双音频三阶互调技术无法全面表征宽带宽元器件的特性。数字调制同时使用幅度和相移，因此会产生一定的失真，也称为频谱再生。图 7 显示了数字调制信号的频谱再生（红色曲线）。

第 3 步. 分析和解决调制质量问题

理想发射机输出的数字调制信号在理想位置处会有星座点。但是，相位噪声、系统噪声、失真和调制器衰减等各种缺陷会导致星座点偏离理想位置，致使通信链路性能下降。您可以使用误差矢量幅度（EVM）测量来量化评测数字调制信号的性能，这种方法可以测量星座点偏离理想点的距离。

EVM 的定义

EVM 是误差矢量计算结果的均方根（RMS），表示为 EVM 归一化参考值的百分比。误差矢量（红色箭头）起始于 I/Q 参考信号矢量（绿色箭头）的检测点，一直到图 9 中出现的 I/Q 测得的信号矢量（黑色箭头）。

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