为同时满足很多的端口数量和很高的测试频率的要求,可以通过使用一个通常放置于VNA底部的外置测试装置(其中包含更多的测试端口连接器和定向耦合器)及必要的开关(这些开关可以让外部测试装置与VNA本身紧密地集成在一起)来扩展VNA的端口数量。通过这种方式,可以实现端口数很多的多端口测试解决方案,并能测量任意端口对组合之间的信号通道,同时还包括必要的误差校准程序,消除所有测试端口和通道的系统误差。安捷伦N5230A PNA-L网络分析仪就是这样一款设备。该设备利用145选件,与Z5623A K44测试端口扩展底座一道,构成一个8端口的13.5GHz测试系统(图1)。另外,安捷伦最近还推出了基于N5230A PNA-L网络分析仪(配置有选项225)和U3022AE10测试端口扩展底座的12端口20GHz矢量网络测试解决方案。
内置两个RF信号源来简化放大器和混频器的测量
尽管使用VNA测量元器件的S参数、增益压缩和谐波时只需一个RF源就够了,但第二个内部信号源对比较复杂的非线性测量(如IMD)及高效地测试混频器和变频器很有裨益。
对IMD测量,利用功分器或定向耦合器将这两个信号(在双音互调制中通常称为“音调”)接合在一起,然后被送到被测放大器(AUT)的输入端口上。图2说明了怎样使用4端口VNA完成这一测试。
图2:利用4端口VNA实现IMD测试连接图
由于AUT的非线性,在放大器的输出端口上,除了两个放大后的输入信号之外,还一起出现一个互调制信号。在通信系统中,这些不需要的信号会落在所需的工作频段内,因此无法通过滤波来滤除这些信号。尽管在理论上有无穷多的一系列互调信号出现,但通常只会测量三阶互调信号,因为它们对系统的影响最大。两个输入信号之间的频率差决定着三阶互调信号出现的位置。例如,如果两个输入信号分别为1.881GHz和1.882GHz,那么较低的IMD信号将位于1.880GHz处,而较高的IMD信号将位于1.883GHz处。
图3显示了在VNA上进行IMD测量的实例。
上图显示的是一次扫描得到的测试曲线,这条测试曲线就像使用频谱分析仪进行类似的测试时所用方法一样。工程师们都比较熟悉这种方法,结果也比较直观,但是它会提取过多不必要的数据,增加了测试时间。下图显示的则是一种更好的测试方法,所采集数据主要是IMD信号和两个测试信号。
使用VNA进行这类测量较其它方法相比有两个明显的优势。第一,您可以使用一台测试仪进行一次连接即可以完成所有参数的测量,包括S参数、增益压缩、输出谐波和IMD。第二,通过利用VNA基于功率计的校准功能,这些测量的准确性要远远高于利用普通频谱分析仪所获得的结果。
在进行像混频器和变换器这类频率变换器件时也希望在VNA中提供第二个内部信号源,因为这些器件要求额外的本振(LO)信号。在进行LO扫描测试时尤其如此。在这种测试中,LO信号和RF输入信号被同时扫描(以固定的频率差)。这在宽带变频器测试中十分常见,用来测量变频器前端元器件的频响。使用内置信号源作为LO信号大大改善了速度。例如,与使用外部安捷伦PSG信号源作为LO相比,带有选件246的N5230A可以把扫描式LO测量的扫描速度提高35倍。图4显示了单级变频器的测量。