在无线收发机系统中,放大器(PA)、低噪放(LNA)以及以他们为核心组成的射频前端组件(FEM)的特性被工程师重点关注。测量人员不仅会用正弦信号来表征放大器的基本特性,例如增益、谐波,杂散、互调失真等,也会采用通信中的真实宽带信号,例如5G NR,WALN等来测量器件的带内带外的失真特性。
目前是德科技的X系列频谱分析仪可以采用内置的power suite软件执行一键式的频谱、积分功率带宽(Channel Power)、占用带宽(Occupied BW)、邻道功率(ACP)、功率互补累积分布函数(CCDF),谐波,互调失真(TOI)等基本信号参数的测量。今天我们以一个基本的放大器为例,用频谱仪来测量它的谐波、杂散、互调等基本参数,并评估在5G NR信号下的邻道功率比(ACP),CCDF等参数。我们看看在这些测量中我们需要注意些什么。
● Tips1:正确设置仪器的ATT
频谱分析仪的第一部分是衰减器。它的作用是保证信号在输入混频器时处在合适的电平上,防止发生过载、增益压缩和失真。频谱仪内部的衰减器通常是基于基准电平值自动设置,不过也能以10dB,5dB,2dB 甚至1dB的步进来手动选择衰减值。测量有增益的DUT(例如PA)时,需要注意输入频谱仪的信号不要超过损坏电平。因此我们通常选择在频谱仪的RF输入端加入一个外部衰减器来保护仪表。
在放大器的谐波和互调测试中,我们同时要在信号分析仪上观察一个高功率信号和低功率信号,这需要我们特别小心频谱仪内部的失真。通常最有效的方法是手动增加一些内部衰减器的设置。
● Tips2:正确设置仪器的RBW
降低频谱仪的RBW有两个好处,首先更小的RBW可以让频谱仪在频域上分辨两个靠的更近的信号;其次,通过降低RBW,可以有效降低频谱仪的本底噪声,减少小信号测量时的误差。当分辨率带宽从 100 kHz 减少至 10 kHz 时,上图中蓝色迹线的本底噪声降低了 10 dB。
降低RBW的缺点就是会增加频谱仪的扫描时间。传统的模拟分辨率滤波器可以看出,分析仪的扫描速率与分辨率带宽的平方成反比。如今Keysight的X系列频谱分析仪采用了全数字中频结构,不仅可以最小设置到1Hz的RBW,而且可以通过FFT提升扫描速度。
● Tips3:正确设置信号的路径
通常在做频谱分析时,我们不会关注信号路径的影响。对于大部分类型的输入信号,标准的信号路径(standard)足以应对。在一些特殊的信号下,我们可以选择不同的信号路径。
1、信号幅度很小的(例如<-70dBm),如果降低RBW仍然不能保证测量速度,可以打开频谱仪的内部放大器(Internal Preamp),同时将衰减器设置到0。仪表的内部放大器(Internal Preamp)相比标准路径(standard)可以降低10dB以上的本底噪声,但是仪表的1dB压缩点会比标准路径小20dB以上,因此要非常小心压缩带来的失真。
2、当信号的频率>3.6GHz,可以使用低噪声路径(LNP)来同时观测一个大信号和一个小信号。与标准路径相比,低噪声路径(LNP)的动态范围没有明显变化,但是随着频率的升高,可以有效降低频谱仪的本底噪声。
● Tips4:从测量信号中删除信号分析仪的噪声
是德科技 X 系列信号分析仪所具备的本底噪声扩展(NFE)功能,也可以提高分析仪的灵敏度。NFE 能够识别仪表状态信号中的噪声,并可以自动将其从频谱结果的测量中删去,应用 NFE 进行测量,可以使本底噪声额外降低 8 ~12dB。
在宽带信号的ACP测量中,噪声修正(Noise Correction)功能可以有效的降低相邻信道的噪声,在图中我们可以看到噪声修正功能打开和关闭的ACP测试结果对比,噪声修正打开时,ACP性能提升了12dB。
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