1、引言

在射頻產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要進(jìn)行射頻信號(hào)的頻譜分析、信號(hào)的解調(diào)分析、接收靈敏度測(cè)試和硬件電路的 S 參數(shù)測(cè)試，工程師以此來(lái)優(yōu)化和檢驗(yàn)產(chǎn)品的 設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品的性能達(dá)到最佳狀態(tài)；為了保證產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)符合規(guī)范也需要 做電磁兼容摸底測(cè)試，即預(yù)認(rèn)證測(cè)試。因此，頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、測(cè)量接 收機(jī)、噪聲系數(shù)分析儀和信號(hào)分析儀必不可少，對(duì)于研制普通射頻產(chǎn)品的單位來(lái)說(shuō)， 非常昂貴的測(cè)試儀器投資在短時(shí)間內(nèi)很難收回，羅德與施瓦茨公司的集上述測(cè)量功能于一身的測(cè)量?jī)x器ZVL 性?xún)r(jià)比高，能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

2 、ZVL 特性

ZVL 標(biāo)準(zhǔn)配置是一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，具有反射 S 參數(shù)測(cè)試，如阻 抗、史密斯圓圖、反射系數(shù)、駐波比、返波損耗，也能夠測(cè)試傳輸 S 參數(shù)，如增益、 損耗、群延遲等，傳輸 S 參數(shù)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到 123dB，測(cè)量精度高、速度快。S 參數(shù)測(cè)試包括反射 S 參數(shù)和傳輸 S 參數(shù)。ZVL 體積小，重量輕，攜帶方便，耗電量小，節(jié)約能源。它有兩個(gè)型號(hào)，ZVL3 和 ZVL6，頻率范圍分別為 9kHz~3GHz 和 9kHz~6GHz?？梢允褂秒姵?a target="_blank">供電，用于外場(chǎng)測(cè)試。

ZVL 在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基礎(chǔ)之上增加選件后，相當(dāng)于經(jīng)濟(jì)型的頻譜分析儀

FSL，其技術(shù)指標(biāo)如表 1 所示。

表 1：FSL 頻譜分析技術(shù)指標(biāo)

3、ZVL的應(yīng)用實(shí)例

3.1 射頻模塊測(cè)試

射頻產(chǎn)品中常見(jiàn)的模塊包括濾波器、功率放大器、天線、低噪聲放大器、變頻器 等。這些模塊端口的特性阻抗一般為 50 歐姆，如果模塊之間的阻抗不匹配，一部分信 號(hào)被傳輸，另外一部分被反射，模塊之間端口阻抗偏離越多，反射越厲害，傳輸?shù)男?號(hào)就越少了，阻抗為 0 和無(wú)窮大時(shí)信號(hào)被全部反射，設(shè)計(jì)者總是希望反射越小越好。 在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中測(cè)試每個(gè)模塊的 S 參數(shù)是進(jìn)一步調(diào)整模塊的設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 例如，在手機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，天線與匹配電路端口匹配良好與否直接關(guān)系著發(fā)射機(jī) 和接收機(jī)的性能。手機(jī)天線連接頭是非常見(jiàn)的 N 接頭或 SMA，測(cè)試時(shí)需要用一根轉(zhuǎn)接 線連接到儀器測(cè)試端口，ZVL 校準(zhǔn)后具有端口自動(dòng)延伸，能夠?qū)⑿?zhǔn)面自動(dòng)延伸到天線端口，消除轉(zhuǎn)接線帶來(lái)的測(cè)量誤差，直接反映手機(jī)天線的特性。

3.2 電路板診斷

電路板的不同模塊之間、一個(gè)系統(tǒng)中不同電路板之間因?yàn)?a href="http://www.1cnz.cn/tags/時(shí)鐘/" target="_blank">時(shí)鐘信號(hào)線等布線不合理往往會(huì)互相發(fā)生干擾，造成整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定和性能下降。例如，GPS 接收機(jī)的靈敏度非常高，電路板的雜散信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)的諧波有可能落在 GPS 的工作頻段，這個(gè)干擾信號(hào)會(huì)通過(guò)天線進(jìn)入 GPS 接收機(jī)而影響靈敏度，天線擺在不同位置對(duì)靈敏度的影響程度還不一樣。因此，電路板診斷對(duì)射頻產(chǎn)品性能優(yōu)化非常重要。

如圖 1，把 ZVL 當(dāng)作一臺(tái)頻譜儀，射頻輸入端口配上羅德與施瓦茨的探頭HZ-15 和 HZ-16 可以很清楚地定位強(qiáng)的雜散信號(hào)來(lái)自于電路板哪些區(qū)域甚至哪個(gè)芯片管腳。

3.3 噪聲系數(shù)測(cè)試

無(wú)線電接收機(jī)的靈敏度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它反映接收機(jī)接收小信號(hào)的能力。接收機(jī)的靈敏度等于-174dBm＋NF＋10lgBW + S / N ，其中 BW 為信號(hào)帶寬，S/N為信號(hào)解調(diào)所需的信噪比，噪聲系數(shù)［4］NF 等于系統(tǒng)輸出信噪比和輸入信噪比之比，它和噪聲因子 F 之間的關(guān)系為 NF = 10lg F ，單位為 dB，因?yàn)樵肼曇蜃邮冀K大于 1，所以噪聲系數(shù) NF 始終大于 0dB。通常來(lái)說(shuō)，接收機(jī)的噪聲系數(shù)主要決定于第一級(jí)低噪聲放大器。

不管是采用噪聲系數(shù)分析儀還是頻譜分析儀做噪聲系數(shù)測(cè)試其原理都是基于 Y 系數(shù)法。儀器提供交替變化的 28V 和 0V 電源給噪聲源，在 28V 電源工作時(shí)，噪聲源產(chǎn)生高的噪聲功率，0V 電源工作時(shí)，噪聲源產(chǎn)生低噪聲功率，ZVL 當(dāng)作頻譜儀，測(cè)量這兩個(gè)功率值并計(jì)算他們的比值得到噪聲因子。測(cè)試分為兩個(gè)過(guò)程，校準(zhǔn)和測(cè)量。校準(zhǔn)時(shí)，如圖 2，噪聲源直接連接到 ZVL 射頻輸入端口，得到測(cè)量?jī)x器 ZVL 內(nèi)部的噪聲因子 F2；測(cè)量時(shí)，如圖 3，噪聲源輸出的噪聲加到被測(cè)件，被測(cè)件的輸出到 ZVL 的射頻 輸入端口，得到被測(cè)件和測(cè)量?jī)x器這個(gè)整體的噪聲因子 F12，根據(jù)兩級(jí)系統(tǒng)級(jí)連噪聲系數(shù)公式可以得到被測(cè)件的噪聲因子 F1和增益 G，進(jìn)而可以得到被測(cè)件的噪聲系數(shù)。

3.4 電磁兼容預(yù)測(cè)試

每個(gè)射頻產(chǎn)品需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的電磁兼容輻射測(cè)試，要求在其工作頻率之 外的雜散信號(hào)必須小于一定限制值。這種測(cè)試費(fèi)用比較高，如果測(cè)試不通過(guò)，需要修改產(chǎn)品后重新測(cè)試，這樣不僅消耗了大量的人力、物力和財(cái)力，也延長(zhǎng)了產(chǎn)品的研發(fā)周期。因此，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)之前用測(cè)量接收機(jī)在實(shí)驗(yàn)室做電磁兼容預(yù)測(cè)試比較普遍。

測(cè)量接收機(jī)要求具有特定的峰值、準(zhǔn)峰值和平均值檢波器，也要求提供電磁兼容測(cè)試所需 6dB 帶寬的 200Hz、9kHz、120kHz 和 1MHz 測(cè)量帶寬選擇，并能夠?qū)⑼獠刻炀€的傳導(dǎo)因子輸入到測(cè)量?jī)x器之中，ZVL 具有這種特定的模式。 如圖 4，用天線接收被測(cè)產(chǎn)品在空中的輻射信號(hào)后傳輸?shù)?ZVL，ZVL 當(dāng)作一臺(tái)測(cè)量接收機(jī)來(lái)測(cè)量被測(cè)產(chǎn)品的輻射特性。

3.5 數(shù)字調(diào)制信號(hào)解調(diào)分析

數(shù)字調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量一般用誤差矢量幅度 EVM 來(lái)衡量，它是誤差矢量的幅度和理想矢量的幅度的比值，用%和 dB 來(lái)表示，它的大小直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的通信容量和傳輸距離，它的測(cè)量必不可少。頻譜分析儀只能分析其頻譜特性，必須用信號(hào)分析儀對(duì)它進(jìn)行解調(diào)后才能得到調(diào)制質(zhì)量特性。

如 OFDM 調(diào)制信號(hào)，它采用多載波技術(shù)，每個(gè)載波互相正交，而且每個(gè)載波的調(diào)制方式也不盡相同，例如 QPSK、16QAM、64QAM 調(diào)制，目前這種復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制信 號(hào)都采用 IQ 調(diào)制，I 和 Q 通道增益是否一樣、是否有直流成分、是否完全正交相差 90 度都會(huì)影響誤差矢量幅度 EVM。如圖 5，顯示的是 ZVL 的信號(hào)分析功能解調(diào)分析 IEEE802.11g 信號(hào)的部分結(jié)果，顯示出 EVM、IQ 調(diào)制結(jié)果、頻率誤差、調(diào)制時(shí)鐘誤差、功率和峰均比等。

3.6 模擬調(diào)制信號(hào)解調(diào)分析

對(duì)于模擬調(diào)制信號(hào)如調(diào)幅 AM、調(diào)頻 FM 和調(diào)相 PhM，經(jīng)常需要分析它們的調(diào)制特性。如無(wú)線調(diào)頻 FM 對(duì)講機(jī)，其發(fā)射中心頻率和調(diào)制頻偏有嚴(yán)格的要求。中心頻率不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)的靈敏度下降，傳輸距離縮短；調(diào)制頻偏太小，調(diào)制指數(shù)就變小，接收機(jī)的信噪比下降。調(diào)制頻偏太大，接收機(jī)的信噪比有保證，但是鄰道信號(hào)會(huì)受到干擾，這樣會(huì)出現(xiàn)串音現(xiàn)象；發(fā)射功率太大，電池消耗量大，待機(jī)時(shí)間和工作時(shí)間縮短，對(duì)其它無(wú)線電設(shè)備造成一定干擾。發(fā)射功率偏小，傳輸距離受到限制。因此，調(diào)頻 FM 信號(hào)的調(diào)制頻率、調(diào)制頻偏、載波頻率和功率等指標(biāo)的測(cè)量非常重要。

如圖 6，顯示的是 ZVL 的信號(hào)分析功能測(cè)量調(diào)頻 FM 信號(hào)的解調(diào)結(jié)果，上部分顯示的是調(diào)制信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系。

總結(jié)：

除了上述的應(yīng)用外，ZVL 還可以做電纜斷點(diǎn)測(cè)試，分析 WCDMA 信號(hào)、WiMAX 信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)的特性?？傊?，ZVL 集成多種功能于一體，是普通射頻產(chǎn)品基本射頻測(cè)試的重要選擇之一。

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