董文

【摘 要】論文分析了微波射頻組件常見參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，包括插損、駐波、帶外抑制和三階互調(diào)等，介紹了利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)源、頻譜儀等儀器對(duì)上述參數(shù)的測(cè)量方法，同時(shí)指出了測(cè)量時(shí)的一些注意事項(xiàng)。

【Abstract】The paper analyzes the influence of common parameters of microwave radio frequency component on the system， including insertion loss， standing wave， out of band rejection and third order intermodulation and so on. The paper introduces the measurement methods of the above parameters by means of vector network analyzer， signal source and spectrum analyzer， and points out some matters needing attention in measurement.

【關(guān)鍵詞】插損；駐波；帶外抑制；三階互調(diào)

【Keywords】insertion loss； standing wave； out of band rejection； third order intermodulation

【中圖分類號(hào)】P41 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0148-02

1 引言

微波射頻組件以廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中有一些常見的參數(shù)需要掌握其特性和正確的測(cè)試方法，才能得到更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

2 常見參數(shù)

2.1 S參數(shù)

S參數(shù)的理論模型見圖1。理想情況下，射頻信號(hào)a1進(jìn)入射頻器件后完全從b1出來，但在實(shí)際應(yīng)用中，傳輸線與射頻器件之間會(huì)存在一定程度的失配，導(dǎo)致少量信號(hào)從a2反射回來。

S11=a2/a1，表示輸入端駐波比，描述該器件輸入端的匹配情況。S22=b2/b1，表示輸出端駐波比，描述該器件輸出端的匹配情況。S21=b1/a1，表示正向增益或插損，描述信號(hào)經(jīng)過該器件后被放大的倍數(shù)或衰減量。S12=a2/b2，表示反向隔離度，描述該器件輸出端的信號(hào)對(duì)輸入端的影響。

常用的S參數(shù)有兩個(gè)：S11和S21，S11表示回波損耗，理想值為1，代表信號(hào)完全通過。S21表示插入損耗，理想值是0，代表信號(hào)完全通過。

2.2 插入損耗（Insertion loss）

插入損耗簡稱插損，指組件置入系統(tǒng)后，對(duì)工作頻段信號(hào)引入的衰減。插入損耗以接收信號(hào)電平的對(duì)應(yīng)分貝（db）來表示。插損常見于射頻電纜、濾波器、耦合器等組件的參數(shù)中，是被測(cè)組件的重要特性，插損越小越好，表示信號(hào)盡可能多的通過組件。影響濾波器插損的因素除了腔數(shù)和帶寬外，還受單腔尺寸的影響。一般濾波器的單腔尺寸越大，工作中每個(gè)腔能夠儲(chǔ)存的能量越多，損耗越小[1]。

在工程應(yīng)用中，一般要求插入損耗在2dB以內(nèi)為比較理想的范圍。

測(cè)量插損的常用方法有：①利用頻譜分析儀和信號(hào)源測(cè)量。用信號(hào)源在系統(tǒng)的一端產(chǎn)生一個(gè)工作頻點(diǎn)的單頻信號(hào)，在系統(tǒng)另一端用頻譜分析儀分別記錄組件接入前后該頻點(diǎn)的信號(hào)電平峰值，兩次峰值的差值即為該組件的插損。②利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，只需連接被測(cè)組件，校準(zhǔn)相應(yīng)的接頭和頻率范圍，即可直接讀出S21，即該組件的插損。

2.3 駐波比（Voltage Standing Wave Ratio）

駐波比全稱為電壓駐波比，又名VSWR和SWR。指駐波波腹電壓與波谷電壓幅度之比，又稱為駐波系數(shù)、駐波比。駐波比常見于多種微波射頻組件某一單端口的重要參數(shù)中，理想狀態(tài)下，駐波比等于1時(shí)，表示阻抗完全匹配，此時(shí)高頻能量全部通過，沒有能量的反射損耗；當(dāng)駐波比為無窮大時(shí)，表示全反射，能量完全沒有沒有通過。在S參數(shù)中，S11和S22分別表示輸入端和輸出端的駐波比。

在工程應(yīng)用中，一般要求駐波比在1.5以內(nèi)為比較理想的范圍。

測(cè)量駐波比的常用方法：利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以直接測(cè)量駐波比，測(cè)量時(shí)可以只進(jìn)行單端口連接。

2.4 3dB帶寬

3dB帶寬一般指在信號(hào)頻譜圖中指代功率譜密度的最高點(diǎn)下降到1/2時(shí)界定的頻率范圍，f0為中心頻率，波峰左右下降3dB所形成的矩形系數(shù)所占的矩形空間就是3dB帶寬。3dB帶寬常見于濾波器、上下混頻器等組件的參數(shù)中，反應(yīng)系統(tǒng)中寬帶信號(hào)可通過該組件的工作頻段范圍。

測(cè)量3dB帶寬的常用方法有：①利用信號(hào)源和頻譜分依稀測(cè)量。信號(hào)源產(chǎn)生掃頻信號(hào)，利用頻譜分析儀的跡線保持功能，記錄信號(hào)經(jīng)過被測(cè)組件后的軌跡，再用標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算頻率差值。②利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，可直接測(cè)量讀取。

2.5 帶外抑制（out-of-band rejection）

帶外抑制是濾波器的重要參數(shù)，通常是指濾波器在工作頻段以外的頻點(diǎn)處對(duì)信號(hào)的衰減。濾波器的帶外抑制主要由腔數(shù)決定，腔數(shù)越多帶外抑制越好，同時(shí)插損也越大。帶外抑制常見于濾波器、上下混頻器等組件的參數(shù)中。

在工程應(yīng)用中，一般要求帶外抑制不大于-60dB為比較理想的范圍。

帶外抑制的測(cè)量方法：①利用信號(hào)源和頻譜分析儀測(cè)量。信號(hào)源產(chǎn)生掃頻信號(hào)，利用頻譜分析儀的跡線保持功能，記錄信號(hào)經(jīng)過被測(cè)組件后的軌跡，再用標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算帶內(nèi)和帶外信號(hào)電平差值。②利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，可直接測(cè)量S21，設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)讀取差值即可。

2.6 相位噪聲（Phase noise）

相位噪聲是指系統(tǒng)（如各種射頻器件）在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號(hào)相位的隨機(jī)變化。它是衡量頻率標(biāo)準(zhǔn)源（高穩(wěn)晶振、原子頻標(biāo)等）頻穩(wěn)質(zhì)量的重要指標(biāo)，隨著頻標(biāo)源性能的不斷改善，相應(yīng)噪聲量值越來越小，因而對(duì)相位噪聲譜的測(cè)量要求也越來越高。

相位噪聲好壞對(duì)通信系統(tǒng)有很大影響，尤其現(xiàn)代通信系統(tǒng)中狀態(tài)很多，頻道又很密集，并且不斷變換，所以對(duì)相噪的要求也愈來愈高。如果本振信號(hào)的相噪較差，會(huì)增加通信中的誤碼率，影響載頻跟蹤精度。相噪不好不僅增加誤碼率和影響載頻跟蹤精度，還影響通信接收機(jī)信道內(nèi)、外性能測(cè)量，相噪影響鄰近頻道選擇性。要求接收機(jī)選擇性越高，則相噪就必須更好，要求接收機(jī)靈敏度越高，相噪也必須更好。

在工程應(yīng)用中，一般要求相位噪聲為：偏移中心頻率±100Hz處不大于-70dBc/Hz，偏移中心頻率±1KHz處不大于-85dBc/Hz，偏移中心頻率±10KHz處不大于-90dBc/Hz，偏移中心頻率±100KHz處不大于-95dBc/Hz，上述幾點(diǎn)為比較理想的范圍。

相位噪聲的測(cè)量：利用頻譜分析儀，有專門的相位噪聲測(cè)試項(xiàng)，設(shè)置好相應(yīng)的頻率范圍和偏移區(qū)間后，可直接讀出相位噪聲的數(shù)值。

2.7 三階互調(diào)（third-order intermodulation signal）

不同頻率的電磁波在不均勻傳輸面上，會(huì)發(fā)生非線性混頻。若輸入信號(hào)的頻率為f1和f2，則發(fā)生混頻后，輸出信號(hào)除f1、f2外，還有2f1-f2、2f2-f1、3f1-f2、3f2-f1等混頻信號(hào)。f1、f2的系數(shù)相加為3的稱為三階互調(diào)，系數(shù)相加為5的稱為五階互調(diào)，依次類推。其中，三階互調(diào)信號(hào)最強(qiáng)，最容易落在接收端頻段內(nèi)。三階互調(diào)也稱為三階交調(diào)，其示意圖見圖2。

在工程應(yīng)用中，接收端天線接收到的信號(hào)很微弱，需要經(jīng)過放大器放大進(jìn)入接收機(jī)。這樣，互調(diào)信號(hào)也被放大進(jìn)入接收機(jī)。接收機(jī)非常敏感，即使是很小的電平都會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生影響，因此需要嚴(yán)格控制互調(diào)信號(hào)特別是三階互調(diào)信號(hào)。三階互調(diào)常見于功率放大器的參數(shù)中，且與頻率間隔密切相關(guān)。

測(cè)量方法：利用信號(hào)源和頻譜分析儀，信號(hào)源產(chǎn)生工作頻段內(nèi)、一定頻率間隔的雙音信號(hào)，用頻譜分析儀標(biāo)記相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)計(jì)算。有些型號(hào)的頻譜分析儀設(shè)置有三階互調(diào)測(cè)試項(xiàng)，其原理也是計(jì)算標(biāo)記點(diǎn)差值。

3 注意要點(diǎn)

在微波射頻組件的工程應(yīng)用和實(shí)際測(cè)試中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：①每次使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之前，必須先根據(jù)被測(cè)組件的接頭和工作頻率范圍，并選用相應(yīng)的校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)，將測(cè)量誤差減小到最低。②在校準(zhǔn)時(shí)，盡可能多地把被測(cè)組件需要的連接電纜、轉(zhuǎn)接頭等帶入。③在測(cè)量功率放大器等大信號(hào)時(shí)，務(wù)必注意儀表的輸入功率范圍，必要時(shí)需增加衰減器以調(diào)整信號(hào)大小，避免大功率信號(hào)損壞儀表接收機(jī)。④設(shè)置信號(hào)源和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的脈沖信號(hào)功率大小在被測(cè)組件的合理工作范圍內(nèi)，避免損壞被測(cè)組件。⑤確保被測(cè)組件連接可靠，如SMA接頭，需使用磅數(shù)合適的力矩扳手固定。⑥出于安全性考慮，測(cè)試儀表、被測(cè)組件應(yīng)在加電測(cè)試前應(yīng)進(jìn)行檢查，確保可靠接地。

【參考文獻(xiàn)】

【1】蔣曉紅.射頻和微波元器件的測(cè)試[J] .測(cè)控技術(shù)，2004，23（1）：14-16.