網絡分析儀pna功放測試操作指南

1、Agilent Technologies, Inc.PNA-X 測量功放的操作步驟作者：2013 年 6 月儀表操作步驟 2PNA-X 測量功放的操作步驟作者：時間：2013 年 6 月 14 日功率放大器通常需要測試的參數有線性和非線性參數，例如 S 參數，掃頻的 1 dB 壓縮點， 掃頻的 IMD，噪聲系數等。其中，線性 S 參數、1dB 壓縮點、失真的測試可能需要在被測件輸入端加預放，以保證被測功放從線性區(qū)到飽和區(qū)都能工作，而被測功放的噪聲系數測試通常都是性區(qū)進試，因此，是不用在被測件輸入端口加推動放大器來進試的。有源器件測試例如功放，PNA-X 獨有的高度集試工作，提高了測試效率。和靈

2、活性特點，大大簡化了我們的測PNA-X 具有以下特點1）PNA-X 測量超凡的線性度2）科技獨有的基于失配誤差的的功率校準技術3） PNA-X 的獨有的低噪聲4） PNA-X 超凡的長期穩(wěn)定性以及獨有的噪聲系數測量法5） PNA-X 內置 2 個高性能的射頻源、合路器和機械開關6） PNA-X 內置 4 路脈沖發(fā)生器和 2 個脈沖調制器對測量硬件的要求:1. 測試儀器要求是 PNA-X，PNA-X 的單次連接多項測量（SCMM）感受到極大的方便性和效率的提高，特別是適合于需要使用探針臺或借用測量夾具才能完成測量任務的環(huán)境。2. 在接下來進行的操作中，對 PNA-X 的硬件配置要求如下：四端口雙

3、激勵源以及噪聲系數測量硬件（選件 400，080，419，029，423）a)b)c)測量應用軟件選件增益壓縮（086），失真（087）需要一個電子校準件用作噪聲系數測量時的阻抗調諧器，另外一個電子（或機械）校準件做矢量校準用。USB 接口的功率探頭一個，或者任意一個系列的功率計網上上d)3. 軟件版本號 A.09.90.00 及以上的版本（用戶可以從這個軟件版本，）并自行對 PNA-X 進行升級是此操作指南實際所用硬件：1.N5242A （選件有 080，400，419，423，086，029，087），Firmware版本： A.09.90.002.一個 N4691B 電子校準件用作矢量校

4、準用，在把 PNA-X 開機之前就把電子校準件連到PNA-X 的 USB 接口上。儀表操作步驟 33. U2002A 功率探頭，在把 PNA-X 開機之前就把功率探頭連到 PNA-X 的 USB 接口上。4. 兩根測量電纜。一根電纜的兩端都是 3.5mm Female ()的，其中一端用于與 PNA-X的 Port 1 測量端口相連，電纜的另一端用于與被測器件或者是電子校準件或者是功率探頭相連；另外一根電纜的一端是3.5 mm female ()，用于與 PNA-X 的 Port 2 測量端口相連，另一端是5.先把兩根測量電纜的3.5 mm male ()，用于與被測器件相連。與 PNA-X

5、的 Port 1 和PNA-X 的 Port 2，在操作的過程中，始終不要把電纜與 PNA-X 斷開。6.被測件：GaAs 功放，工作頻率范圍是 2.6 GHz 2.7 GHz ，增益大概是 13dB，輸出功率大概是 35dBm，放大器的輸入端是 SMA male ()，輸出端是 SMA female ()。該被測功放的測試框圖如下所示（不含噪聲系數，噪聲系數不用加預放），需要說明的是對功放來說，如果要做雙端口校準，為了保證校準的穩(wěn)定性，PNA-X 測試端口 2 的衰減器最好別超過 10dB（否則測試端口 2 的方向性太差）；如果 PNA-X 測試端口 2 的衰減器必須超過 10dB，比如說如

6、下圖所示的 30 dB，則 S 參數校準應選擇增強頻響校準 ( Enhanced Response Cal)。rear panelLOSource 2(standard)Source 1OUT 1OUT 2Pulse generatorsOUT 1OUT 2Pulse modulatorTo receivers1Pulse modulator234R1R3R4R2BACDTest port 1Test port 3Test port 4Test port 2輸入23 dBm輸出35 dBmDUT30 dB30 dB正向定向耦合器 反向定向耦合器30 dB衰減預放大約36dB增益被測功放噪聲系數

7、測試被測功放的噪聲系數測試框圖儀表操作步驟 4rear panellTest port 1Test port 3Test port 4Test port 2DUT操作步驟：不加預放，把被測放大器的輸入端連到 PNA-X 端口 1 的電纜上，輸出端連到 PNA-X 端口 2的電纜上，此時被測放大器暫時不加偏置電壓。開機，按【Preset】鍵按前面板【Meas】鍵點擊儀表屏幕右側功能選擇按鍵中的<Measurement Class>，出現以下界面：選擇 Noise Figure Cold Source點擊 OKSource 2LO(standard)Source 1OUT 1OUT 2

8、Pulse generatorsOUT 1OUT 2PulllsemodulllatorTo receivers1Pulllse2modulllator34R1R3R4R2ACDB儀表操作步驟 5按前面板【Freq】鍵，在儀表屏幕的右邊的功能選擇鍵上點擊Frequency 選項卡下做以下設置：Figure Setup>，在<Noise在 Power 選項卡下做以下設置：其中 Input port 的 Power level 為-35dBm（被測功放線性區(qū)的輸入功率），Source Attenuator 為：5dB（不勾 Auto），Output Port 的 Power Level

9、 為 0dBm（一般被測功放的度都比較大，為保證 4 個 S 參數的校準精度，輸出端口的功率一般建議在-5dBm 以上），Source Attenuator：0dB，Receiver Attenuator：0dB（保證進入 B的功率不超過-20dBm，此處被測放大器增益為 12dB，那么輸出大概是-23dBm）儀表操作步驟 6在 Noise Figure 選項卡下做以下設置，其中需要說明的是：Receiver Gain 選擇取決于被測件的增益+噪聲系數，如果Gain+NF<30dB,那么Receiver Gain 選擇High，30 到35，選擇Medium， 35 以上，選擇 Low；

10、Average Number 的目的是為了減少噪聲功率測試時的抖動，一般是 10 或者更高，取決于 Gain+NF 曲線（即測量項中的 DUTRNPI）的軌跡噪聲，一般應保證 DUTRNPI跡線的軌跡噪聲波動不大于 0.2 dB。儀表操作步驟 7點擊 Apply 后，然后點擊 OK。點擊 PNA-X 前面板的【Trace】鍵，然后在儀表屏幕的右邊的功能選擇鍵上選擇<New Trace>,最終截圖如下：儀表操作步驟 8點擊 Apply，OK，出現如下界面。儀表操作步驟 9此時，打開與被測功放柵極和漏極相連的電源，屏幕的 3 條測試跡線如下圖所示，分別是NF，S21 和 DUTRNPI

11、（被測件相對噪聲功率，基本等于 S21+NF）。雙擊屏幕中的 DUTRNPI 曲線，按前面板的【Scale】按鍵，在屏幕右邊的功能軟鍵中，選擇<Scale>，設為 0.2dB，<Reference Level>為 14.8dB，如下圖所示，說明：一般來說，Noise Average的次數越多，DUTRNPI 跡線的軌跡噪聲越小，一般建議 Noise Average20 次以上，此處為 50，需要在 Noise Figure Setup框里的 Noise Figure 選項卡選擇 Average Number 來設置。儀表操作步驟 10在完成試和設置之后，斷開被測放大器，

12、開始校準。點擊前面板的【Cal】按鍵，在屏幕右邊選擇<Start Cal>，然后<Cal wizard>，出現如下界面， CalibrationMethod 為 Scalar Noise，Noise Tuner 為No Selection，Receiver Characterization 為Use Power Meter，最終設置如下。點擊Next，出現如下界面。把 DUT Port1 和Port2 的端口類型設置為APC 3.5mm male 和APC 3.5mm female，Power Sensor為 APC 3.5mm male，點擊<Source Ca

13、l Settings>,出現以下界面。儀表操作步驟 11選擇<Power Meter Config>，出現以下界面，選擇連接的 USB功率探頭。點擊<Sensors>，出現以下界面。點擊 OK 后，出現以下界面。儀表操作步驟 12逐次點擊 OK，回到如下界面。點擊Next，出現如下界面。這時，把 USB 功率計探頭和分析儀端口 1 的測量電纜連接起來，連接好之后，點擊Measure 按鈕，進行功率校準。功率校準需要大約 1 分鐘的時間，校準時的界面如下：儀表操作步驟 13功率校準之后，點擊 Next，出現如下界面。此時，把跟 PNA-X 端口 1 相連的電纜和 P

14、NA-X 端口 2 相連的電纜直連，點擊 Measure,出現如下界面。此時，在 PNA-X 端口 1 相連的電纜和 PNA-X 端口 2 相連的電纜之間，連上電子校準件，點擊 Measure，出現如下界面。儀表操作步驟 14點擊 Save As User Calset，點擊 Finish。取下電子校準件，連上被測功放，測量結果如下圖所示。單獨觀察噪聲系數測量結果，每格設為 0.1 dB 如下圖所示。儀表操作步驟 15此時噪聲系數測試完畢。被測功放的掃頻的增益壓縮、S 參數、掃頻的 IMD 測試連接示意圖如下所示。rear panelTest port 1Test port 3Test por

15、t 4Test port 2輸入23 dBm輸出35 dBmDUT30 dB30 dB正向定向耦合器 反向定向耦合器30 dB衰減預放大約36dB增益連接被測功放，進行試，此時直流電源暫時不開啟。Source 2LO(standard)Source 1OUT 1OUT 2Pulse generatorsOUT 1OUT 2PulsemodulatorTo receivers1Pulse2modulator34R1R3R4R2ACDB儀表操作步驟 16按前面板的【Measure】鍵，在屏幕右邊選擇<Measurement Class>，出現如下界面。選擇Gain Compressio

16、n，然后 New Channel。按前面板的【Power】鍵，在屏幕右邊選擇<Power and Attenuators>，出現如下界面。點擊<Offsets and Limits>，出現如下界面。儀表操作步驟 17由于 Port1 處的預放增益大概是 36dB（一般取測試頻率范圍內的增益最大值），把 Port1 處的 Power Offset 設置為 36dB，最終設置如下所示。按前面板的【Freq】鍵，在屏幕右邊選擇<Gain Compression Setup>，在 Frequency 選項卡中，設置如下：選擇 Power 選項卡，設置如下所示，其中

17、DUTInput 和 Output 區(qū)域是線性區(qū)的 S 參數和輸入輸出功率進行設置，而左下部分的 Power Sweep 是率掃描范圍。1dB 壓縮測試而設置的輸入功儀表操作步驟 18點擊<Path Configuration>，出來如下界面，確保 Port 1 Reference Mixer Switch 是 External。儀表操作步驟 19點擊 OK。選擇 Compression 選項卡，設置如下所示，確保 Compression Point Interpolation 前打勾。儀表操作步驟 20點擊 Apply，然后 OK。按前面板的【Trace】按鍵，在屏幕右邊選擇&l

18、t;New Trace>，出現如下界面，選擇 S21、DeltaGain21、CompIn21 和 CompOut21。儀表操作步驟 21此時直流電源開啟，測量結果如下圖所示。儀表操作步驟 22試完成之后，斷開被測放大器，開始校準。點擊前面板的【Cal】鍵，在屏幕右邊選擇<Start Cal>，然后<Cal Wizard>，出現如下界面。點擊 Source Cal Settings，出現如下界面。選擇<Power Meter Config>，出現以下界面。儀表操作步驟 23點擊<Sensors>，出現以下界面。點擊 OK 后，出現以下界面。

19、儀表操作步驟 24逐次點擊 OK，回到如下界面。點擊Next，出現如下界面，Thru Cal Method 選擇 Flush Thru。點擊 Cal Type/Stds，出現如下界面，其中 Calibration Type 選擇 Enhresp 2<=1。(在輸出端加一個 10dB 以上衰減器的情況下，如果采端口校準，會使反向測量 S22 和 S12 時的噪聲非常大，變得不可靠，此時應選擇增強型頻響校準)。儀表操作步驟 25點擊 Ok，回到如下界面。點擊Next，出現如下界面。由于PNA-X 端口 1 的電纜(3.5 mm female)可與功率探頭(3.5 mm male)直連，不需要

20、加適配器， 因此可以直接點擊 Next，出現如下界面。儀表操作步驟 26這時，把 USB 功率計探頭和分析儀端口 1 的測量電纜連接起來，連接好之后，點擊Measure 按鈕，進行功率校準。功率校準需要大約 1 分鐘的時間，校準之后的界面如下：，出現如下界面。把電子校準件的面。和分析儀端口 1 的測量電纜相連，點擊 Measure，出現如下界儀表操作步驟 27此時，把跟 PNA-X 端口 1 相連的電纜和PNA-X 端口 2 相連的電纜（含 30 dB 的衰減器）直連，點擊 Measure，出現如下界面。點擊 Save As User CalSet，保存校準數據，然后點擊 Finish。此時，

21、連上被測功放，測量結果如下所示。下面測量直流電流。此時，先用一 USB 線或者GPIB 線把直流電源分析儀N6705B 跟 PNA-X 連接，如果是 GPIB 連接的話，確保連接的是 PNA-X 后面板的GPIB0。按前面板的【System】按鍵，在屏幕右邊選擇<Configure>，然后選擇<External Device>，出儀表操作步驟 28現如下界面，此處添加 N6705B 的通道 3 作為電流表來測量被測功放的漏極電流，最終設置如下所示（說明：目前 PNA-X 的 Firmware 內置了支持直流電源分析儀 N6700 系列和 SMUB2900 系列的驅動，當

22、然，其他電源和數字萬用表也可支持，但需設置）。點擊 Device Properties，出現如下界面，把 Type 設置為安培，A。點擊Edit Commands，在 Point 選項卡里，輸入如下命令：meas:curr? (3)，其中 3 是要進儀表操作步驟 29行電流測量的N6705B 的通道號，最終界面如下所示。依次點擊 OK，回到如下界面。點擊前面板的【Trace】按鍵，在屏幕右邊選擇<New Trace>，出現如下界面，選擇 N6705B_AM3和 CompN6705B_AM3 兩條跡線。儀表操作步驟 30點擊 Apply，然后 OK，然后按前面板的【Trigger】按

23、鍵，在屏幕右邊選擇<Single>，出現如下界面。圖中顯示了N6705B 通道 3 的線性直流電流和在被測放大器 1 dB 壓縮時的直流電流的頻率掃描結果。儀表操作步驟 31單頻點的 1dB 功率掃描分析。選擇 S21 跡線，按前面板的【Analysis】按鍵，在屏幕右邊選擇<Compression Analysis>，在屏幕右邊選擇<Compression Analysis>，出現如下界面。點擊 OK 后，S21 測量跡線如下所示。儀表操作步驟 32可以看到在S21 跡線上通過功率掃描計算出的 1 dB 壓縮點的輸入功率為 23.651 dBm，與 GCA

24、掃頻測量在 2.65 GHz 的 CompIn21 讀數基本一致，相差只有 0.1 dB。好，被測功放的掃頻增益壓縮測試完成。標準的 S 參數測量。按前面板的【Measure】鍵，在屏幕右邊選擇<Measurement Class>，出現如下界面。儀表操作步驟 33選擇 Standard，然后 New Channel。按前面板的【Freq】鍵，在屏幕右邊選擇<Start>和<Stop>，分別為 2.6GHz 和 2.7GHz； 按前面板的【Sweep】鍵，在屏幕右邊選擇<Number of Points>，設置為 201；按前面板的【Avg】鍵，

25、在屏幕右邊選擇<IF Bandwidth>，設置為 1KHz；按前面板的【Power】鍵，在屏幕右邊選擇<Power and Attenuators>，出現如下界面，具體設置如下所示，其中Power Offsest=36dB，R1 Mixer Switch 為external。儀表操作步驟 34試后，測試結果如下所示。斷開被測放大器做校準。按前面板的【Cal】鍵，在屏幕右邊選擇<Start Cal>，然后<Cal wizard>，出現如下界面。儀表操作步驟 35點擊Next 后，出現如下界面。在 Calibrate Source 和 Receiv

26、er Power 前打勾，點擊 Next，出現如下界面。點擊Next 后，出現如下界面。點擊 Power Meter Settings，確保 USB 功率探頭能被 PNA-X 識別，然后點擊Next，出現如下界面，其中 Thru Cal Method 選擇 Flush Thru，Cal Typpe/Stds選擇 Enhresp 2<=1。儀表操作步驟 36點擊Next 后，出現如下界面。這時，把 USB 功率計探頭和分析儀端口 1 的測量電纜連接起來，連接好之后，點擊Measure 按鈕，進行功率校準。功率校準需要大約 1 分鐘的時間，校準之后的界面如下：儀表操作步驟 37，出現如下界面

27、。把電子校準件和面。分析儀端口 1 的測量電纜連接起來，點擊 Measure，出現如下界此時，把跟 PNA-X 端口 1 相連的電纜和PNA-X 端口 2 相連的電纜（含 30 dB 的衰減器）直連，點擊 Measure，出現如下界面。儀表操作步驟 38點擊 Save User Calset，保存校準數據。連上被測功放，開啟直流電源，測試結果如下所示。對輸入功率進行穩(wěn)幅( Receiver Leveling)。雙擊R1 跡線，如下圖所示：儀表操作步驟 39由于被測功放的 S11 較差（-2dB 左右），輸入端的失配造成 R1測出的輸入功率紋波較大，此時選擇屏幕右邊的<Power and Attenuators>，出現如下界面。點擊 Receiver leveling，設置后，如下所示。儀表操作步驟 40點擊 OK 后，回到如下界面，設置 Port1 leveling mode 為 Receiver-R1。點擊 OK，出現如下界面。儀表操作步驟 41在每格 0.05 dB 的情況下，可以看出此時R1 的功率峰峰值波動才 0.04dB，非常好。最終測試結果如下圖所示。儀表操作步驟 42掃頻 IMD 和 IM 頻譜測量。按前面板的【Measure】鍵，在屏幕右邊選擇<Measu