CN107884694A

CN107884694A - 一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法

Info

Publication number: CN107884694A
Application number: CN201711111473.9A
Authority: CN
Inventors: 李明太; 刘丹; 杨明飞; 袁国平; 李树彪; 赵立军; 庄志远; 蔡洪坤; 安洋
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: CN107884694B

Abstract

本发明提供了一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，包括矢量网络分析仪、测试配件、直流电源和被测放大器，其中，测试配件包括第一电阻，第一电阻的一侧连接有依次串联的第二电阻、第三电阻和第四电阻，第一电阻的另一侧连接有依次串联的第五电阻、第六电阻和第七电阻。对矢量网络分析仪进行校准后，利用矢量网络分析仪进行放大器增益效率测量，不仅可以进行扫描频率测量放大器增益效率还可以进行扫描功率测量放大器增益效率。最终能通过轨迹曲线的方式直观地把增益效率测量结果显示给用户，该方法提高了放大器增益效率测量的速度，节省了人工和测量成本。

Description

一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法

技术领域

本发明涉及放大器增益效率测试领域，具体涉及一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法。

背景技术

功率放大器广泛的应用在微波、毫米波通信、卫星系统、雷达、电子对抗、导弹制导、遥控、遥测等系统中,并且成为必不可少的器件。微波功率放大器的工作特性将直接影响所在系统的整体性能指标。因此在使用之前,对其性能参数进行测量是非常必要的。矢量网络分析仪作为微波毫米波科研、生产领域内的一款测量仪器，被广泛运用于放大器参数测量方面。例如矢量网络分析仪可用于放大器增益压缩测量、互调失真参数测量等方面。但是，现有的矢量网络分析仪不能进行放大器增益效率测量，不能给出放大器增益效率测量曲线。放大器增益效率测量一直是困扰工程师的一个难题，目前还没有一款仪器能够直观地测出一个放大器的增益效率曲线。

现有的技术方案：工程师为了解决放大器增益效率测量问题，通常采用的测量方案是用信号源、功率计、电流表和用于程控的计算机组成测试系统，信号源的输出作为放大器的激励信号，功率计用于测试放大器的输出信号的功率大小，电流表用于测量直流偏置电源提供给功率放大器的电流大小。通过在程控计算机上开发控制软件，控制信号源的输出频率和功率，并通过程控方式读取功率计的测量数据，对于每一个测量点，都要手动记录电流表测量到的电流值，然后把电流值导入程控软件，再通过程控软件计算出功率放大器的增益效率值，绘制出对应的增益效率测量曲线。整个过程比较繁琐，测试系统组件复杂，需要开发程控软件进行测量控制和测量数据处理，并且由于电流表的读数不能通过程控的方式进行读取，造成整个测量方案效率很低，测量的人工成本较高。因此，用户希望使用单台矢量网络分析仪就可以测量放大器的增益效率，并给出放大器在不同频率或输入功率下的增益效率曲线，帮助射频工程师找到放大器的功率增益效率最佳工作点。

发明内容

针对现有的放大器增益效率测试存在的测量精度低、人工成本高的问题，本发明提供了一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，其特征在于，包括矢量网络分析仪、测试配件、直流电源和被测放大器，其中，测试配件包括第一电阻，第一电阻的一侧连接有依次串联的第二电阻、第三电阻和第四电阻，第一电阻的另一侧连接有依次串联的第五电阻、第六电阻和第七电阻，第一电阻的阻值为1Ω；

测试放大器增益效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：首先根据被测放大器的工作频率范围设置矢量网络分析仪的频率扫描范围，并设定合适的中频带宽以及矢量网络分析仪的输出功率大小；

步骤2：使用功率计对矢量网络分析仪进行源输出功率校准，将矢量网络分析仪的待测端口与功率计相连接进行功率测量，根据矢量网络分析仪设置的输出功率和功率计实际测量到的功率值之间的差值调整矢量网络分析仪的输出功率，保证矢量网络分析仪输出功率的精度；

步骤3：矢量网络分析仪接收机校准，对矢量网络分析仪接收机R1、R2和B进行校准，接收机R1的校准是把功率计接到矢量网络分析仪的第一端口进行功率测量，测量矢量网络分析仪第一端口输出的功率大小，通过第一端口输出的功率和参考通路R1接收的功率大小相等的关系进行接收机R1的校准；

同样的，接收机R2的校准是把功率计接到矢量网络分析仪的第二端口进行功率测量，测量矢量网络分析仪第二端口输出的功率大小，通过第二端口输出的功率和参考通路R2接收的功率大小相等的关系进行接收机R2的校准；

接收机B的校准是在矢量网络分析仪的第二端口接开路器，根据开路器能把第二端口输出信号反射回接收机B进行接收机B的校准，通过接收机B接收到的信号和接收机R2接收到的信号大小相等的关系进行接收机B的校准；

步骤4：对矢量网络分析仪进行全双端口校准，进行矢量误差修正，消除系统误差；

步骤5：将矢量网络分析仪的第一端口与被测放大器的输入端口相连，矢量网络分析仪的第二端口与被测放大器的输出端口相连，直流电源通过第一电阻与被测放大器相连，第二电阻和第三电阻之间接有第一接点，第一接点与矢量网络仪的POWER IO接口7脚相连，第五电阻和第六电阻之间接有第二接点，第二接点与矢量网络仪的POWER IO接口8脚相连，POWER IO接口7和8脚是矢量网络仪的模拟电压输入口，POWER IO接口7脚测得第一接点处的电压值为AI1，POWER IO接口8脚测得第二接点处的电压值为AI2；

通过调整测试配件的电阻大小将AI1和AI2的电压值调整到正负10V以内；

步骤6：根据步骤5连接好设备后，进行放大器增益效率测量，

第一电阻直流输入电压为：

V_supplied＝AI1；

第一电阻的直流输出电压为：

AI2；

输入到放大器的直流电流为：

I_supplied＝(AI1-AI2)/1；

直流电源提供的功率为：

Power_dc＝V_supplied*I_supplied(in watts)＝AI1*(AI1-AI2)；

建立测量轨迹B、测量轨迹S21、测量轨迹AI1、测量轨迹AI2和测量轨迹S22，其分别对应的轨迹名分别是Tr1、Tr2，、Tr3、Tr4和Tr5；

则被测放大器的输出功率为：

Power_out＝B；

被测放大器输入功率为：

Power_in＝Power_out/gain＝B/S21(in watts)；

则被测放大器增益效率为：

步骤7：利用矢量网络分析仪高级运算器的功能，实现放大器增益效率的计算；设置Tr5为当前激活轨迹，然后在高级运算器的输入框内输入公式：

100*(Tr1-(Tr1/Tr2))/(Tr3*(Tr3-Tr4))

则当前激活轨迹Tr5自动成为表达式100*(Tr1-(Tr1/Tr2))/(Tr3*(Tr3-Tr4))运算结果的轨迹，即放大器增益效率的测量曲线，通过矢量网络分析的光标搜索功能，快速找到放大器增益效率最佳点。

优选地，第二电阻和第五电阻的阻值相同，第三电阻和第六电阻的阻值相同，第四电阻和第七电阻的阻值相同。

优选地，所述第四电阻和第七电阻均接地。

本发明具有的有益效果是：

本发明的提供的利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，不仅可以进行扫描频率测量放大器增益效率还可以进行扫描功率测量放大器增益效率。扫描频率测量模式得到的是功率放大器在不同频率下的增益效率曲线，扫描功率测量模式得到的是功率放大器在不同功率下增益效率曲线，然后再利用光标搜索功能得到增益效率最佳工作点，最终能通过轨迹曲线的方式直观地把增益效率测量结果显示给用户，该方法提高了放大器增益效率测量的速度，节省了人工和测量成本。

附图说明

图1为测试放大器增益效率的设备连接示意图。

图2为测试配件的结构示意图。

图3为利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法的流程图。

图4为矢量网络分析仪的高级运算器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1至图4，一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，其特征在于，包括矢量网络分析仪1、测试配件2、直流电源和被测放大器3，其中，测试配件2包括第一电阻R0，第一电阻的一侧连接有依次串联的第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一电阻R0的另一侧连接有依次串联的第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，第四电阻R4和第七电阻R7均接地。

第一电阻R0的阻值为1Ω，第二电阻和第五电阻的阻值相同，第三电阻和第六电阻的阻值相同，第四电阻和第七电阻的阻值相同。第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值均为几十KΩ级别电阻。

测试配件中的电阻都是可以方便更换的。

测试放大器增益效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：首先根据被测放大器的工作频率范围设置矢量网络分析仪1的频率扫描范围，并设定合适的中频带宽以及矢量网络分析仪的输出功率大小。

步骤2：使用功率计对矢量网络分析仪1进行源输出功率校准，将矢量网络分析仪的待测端口与USB功率计相连接进行功率测量，根据矢量网络分析仪设置的输出功率和功率计实际测量到的功率值之间的差值调整矢量网络分析仪的输出功率，保证矢量网络分析仪输出功率的精度。

接收机B的校准是在矢量网络分析仪的第二端口接开路器，根据开路器能把第二端口输出信号反射回接收机B进行接收机B的校准，通过接收机B接收到的信号和接收机R2接收到的信号大小相等的关系进行接收机B的校准。

步骤4：对矢量网络分析仪1进行全双端口校准，进行矢量误差修正，消除系统误差。

步骤5：将矢量网络分析仪1的第一端口与被测放大器3的输入端口相连，矢量网络分析仪的第二端口与被测放大器的输出端口相连，直流电源通过第一电阻R0与被测放大器3相连，第二电阻R2和第三电阻R3之间接有第一接点，第一接点与矢量网络仪的POWER IO接口7脚相连，第五电阻R5和第六电阻R6之间接有第二接点，第二接点与矢量网络仪的POWERIO接口8脚相连，POWER IO接口7和8脚是矢量网络仪的模拟电压输入口，POWER IO接口7脚测得第一接点处的电压值为AI1，POWER IO接口8脚测得第二接点处的电压值为AI2；

第一电阻R0直流输入电压为：

V_supplied＝AI1；

第一电阻R0的直流输出电压为：

AI2；

输入到放大器的直流电流为：

I_supplied＝(AI1-AI2)/1；

直流电源提供的功率为：

Power_dc＝V_supplied*I_supplied(in watts)＝AI1*(AI1-AI2)；

则被测放大器的输出功率为：

Power_out＝B；

被测放大器输入功率为：

Power_in＝Power_out/gain＝B/S21(in watts)；

则被测放大器增益效率为：

100*(Tr1-(Tr1/Tr2))/(Tr3*(Tr3-Tr4))

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，其特征在于，包括矢量网络分析仪、测试配件、直流电源和被测放大器，其中，测试配件包括第一电阻，第一电阻的一侧连接有依次串联的第二电阻、第三电阻和第四电阻，第一电阻的另一侧连接有依次串联的第五电阻、第六电阻和第七电阻，第一电阻的阻值为1Ω；

测试放大器增益效率的方法，包括以下步骤：

第一电阻直流输入电压为：

V_supplied＝AI1；

第一电阻的直流输出电压为：

AI2；

输入到放大器的直流电流为：

I_supplied＝(AI1-AI2)/1；

直流电源提供的功率为：

Power_dc＝V_supplied*I_supplied(in watts)＝AI1*(AI1-AI2)；

则被测放大器的输出功率为：

Power_out＝B；

被测放大器输入功率为：

Power_in＝Power_out/gain＝B/S21(in watts)；

则被测放大器增益效率为：

100*(Tr1-(Tr1/Tr2))/(Tr3*(Tr3-Tr4))

2.根据权利要求1所述的一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，其特征在于，第二电阻和第五电阻的阻值相同，第三电阻和第六电阻的阻值相同，第四电阻和第七电阻的阻值相同。

3.根据权利要求1所述的一种利用矢量网络分析仪测试放大器增益效率的方法，其特征在于，所述第四电阻和第七电阻均接地。