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面向非射頻測試工程師的射頻測量技術基礎



　　在低頻情況下，良好的連接就是指導線之間要相互接觸（簡單的連續性）。而在射頻情況下，阻抗失配是很嚴重的問題，意味著良好的連接不僅要確保導線相互接觸，而且要求連接器也要正確的扭轉在一起。因此，射頻制造商常采用7英尺磅大小的扭矩，以確保連接器之間具有很好的接觸和最小的電阻（射頻術語稱為插入損耗）。

　　在整個測試系統中保證50歐姆的傳輸線

　　射頻電路中的并行連接或者多信號通路并不像低頻電路中的那樣簡單。保證整個電路通路阻抗匹配，減小阻抗不連續和信號反射是非常關鍵的。射頻開關的制作都采用精密加工，以確保整個開關都是50歐姆的阻抗。為了實現并行通路，人們采用所謂的分路器或分離器之類的器件將一條輸入信號通路分成兩條或多條輸出通路，每條通路50歐姆。組合器則實現相反的作用，將多條輸入通路合并成一條輸出通路。如果您是首次接觸射頻測試，那么不要被這些復雜的情況所嚇倒。射頻元件比同樣的直流元件成本要高得多。

　　您需要什么樣的射頻儀器以滿足您的測試需求？

　　低頻測試儀器正不斷豐富普及，射頻測試儀器的種類也越來越多，應用越來越廣泛，包括從信號源和功率計，到頻譜和網絡分析儀等各種儀器。這些儀器用于產生射頻信號，以及測量大量信號參數。

　　射頻功率計——射頻領域的數字萬用表

　　功率是射頻領域中最經常被測量的一個量。測量功率最簡單的方法就是使用功率計，它實際上是用來
測量射頻信號功率的。功率計中使用寬帶檢波器，按瓦特、dBm、或者dB μV顯示絕對功率的大小。對于大多數功率計而言，寬帶檢波器（或傳感器）是一個射頻肖特基二極管或者二極管網絡，實現射頻到直流的轉換處理。

　　功率計是所有測量功率的射頻儀器中最準確的。高端功率計（通常需要一個外部功率傳感器）可以實現0.1dB或更高的測量精度。功率計最低可以測量-70dBm（100pW）的功率。傳感器有各種模型，從高功率模型、高頻率（40GHz）模型，到峰值功率測量的高帶寬模型等。

　　功率計有單通道和雙通道兩種。每個通道都需要配置自己的傳感器。兩個通道的功率計就能夠測量出一個器件、電路或系統的輸入和輸出功率，并計算出增益或損耗。

　　某些功率計能夠達到每秒200到1500次讀數的測量速度。而有些功率計能夠測量多種信號的峰值功率特性，包括通信和某些應用中使用的調制信號和脈沖射頻信號。雙通道的功率計還能夠準確測量出相對功率。功率計還可以針對便攜式應用的需要設計成尺寸精巧的外形，使其更適合于現場測試的需要。

　　功率計的主要局限在于其幅值測量范圍。頻率范圍是與測量量程之間進行折衷的。此外，功率計雖然能夠非常準確地測量出功率，但是無法表示信號的頻率分量。

　　射頻頻譜或射頻信號分析儀——射頻工程師的示波器

　　頻譜或矢量信號分析儀利用窄帶檢測技術在頻域內測量射頻信號。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關系，包括絕對功率和相對功率。這種分析儀還可以輸出解調信號。

　　頻譜分析儀和矢量信號分析儀沒有像功率計那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術使其能夠測量低達-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

　　頻譜和矢量信號分析儀可以測量的信號頻率從1kHz到40GHz（甚至以上）。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見的分析儀的頻率達到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標準就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

　　矢量信號分析儀是增加了信號處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號的幅值，而且能夠將信號分解成它的同相和正交分量。矢量信號分析儀可以將某些調制信號進行解調，例如一些由移動電話、無線LAN設備和基于其他一些新通信標準的設備所產生的調制信號。矢量信號分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調制質量（例如誤差矢量幅度）的計算度量。

　　傳統的頻譜分析儀是掃描-調諧式設備，因為其中的局部振蕩器要掃描一個頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內每個單位頻率上的功率分量。矢量信號分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內的數據進行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。

　　評價矢量信號分析儀性能的關鍵指標在于它的測量帶寬。一些新的高帶寬通信標準，例如WLAN和WiMax，需要捕捉帶寬為20MHz的信號。要想捕捉并分析這些信號，分析儀必須具有足夠大的帶寬才能捕捉到整個信號。如果測試高帶寬、數字調制的信號，那么要確保分析儀的測量帶寬能夠充分捕捉到所測的信號。

　　頻譜分析儀可以用于檢驗待測發射機是否產生了正確的功率頻譜。如果設計工程要求測試某些失真分量，例如諧波或寄生信號，那么就需要采用頻譜分析儀或矢量信號分析儀。類似的，如果設計者關注器件的噪聲功率，那么也需要使用這樣的射頻分析儀。其他一些需要頻譜分析儀或矢量信號分析儀的例子包括：測試互調失真、三階截斷、功率放大器或功率晶體管的1dB增益壓縮、器件的頻率響應等。

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