利用50W實驗設(shè)備測定75W電路的S參數(shù)
經(jīng)常接觸有線、地面或者衛(wèi)星電視應(yīng)用的射頻工程師往往需要對這些應(yīng)用電路做S參數(shù)測試。有經(jīng)驗的工程師在首次測量時,會驗證電視調(diào)諧器是否產(chǎn)生他們預期的回波損耗,如果一致,則問題就簡化為：如何用一個50W矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量75W被測器件的S參數(shù)。如果資金充裕,解決辦法就是購進一種專門用于測試75W電路的實驗儀器(具有75W源和負載阻抗測試端口)。否則使用最小損耗焊盤將輸入和輸出阻抗從50W轉(zhuǎn)換到75W,這種方法簡單易行,并且能夠得到合理的測量結(jié)果。
當IC生產(chǎn)廠商需要測定一個用于有線電視的低噪聲放大器的輸入回波損耗時,所有測量結(jié)果必須以75W為標準。也就是說,如果輸入回波損耗 S11 =-30dB(反射功率是總功率的千分之一,基本上屬于理想匹配),被75W源阻抗驅(qū)動時,理想情況下,被測器件基本上把所有功率傳遞到低噪聲放大器中。
圖1 用于匹配75W被測器件和50W測試端口的最小損耗焊盤。低頻插入損耗5.72dB。頻率響應(yīng)函數(shù)的平坦度上限由網(wǎng)絡(luò)的配置質(zhì)量決定。
當由50W信號源驅(qū)動時,如典型的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號發(fā)生器和噪聲系數(shù)表等,相同的調(diào)諧器輸入將不再提供良好的回波損耗特性。直接將這個完全匹配的電視調(diào)諧器的輸入與一個50W矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連,會產(chǎn)生-14dB的輸入回波損耗,即反射功率將為總功率的1/25。因此,用這個相同的50W矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀驗證電視調(diào)諧器輸入是否正常時,需要采取某些措施。在這種情況下,相應(yīng)的匹配電路是必須的。匹配電路必須具有平坦的頻率響應(yīng)曲線和盡可能低的插入損耗。業(yè)界廣泛認可的方案是：使用最小損耗焊盤(簡稱MLP),圖1是最簡單的純電阻網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)最明顯的特征是能將輸入和輸出阻抗從75W轉(zhuǎn)換到50W,或者從50W轉(zhuǎn)換到75W。這樣可以消除反射,使響應(yīng)特性變得平坦,并且網(wǎng)絡(luò)的損耗能夠非常簡單地從測試儀器標定到被測器件。很多測試設(shè)備生產(chǎn)廠商可以提供此類最小損耗焊盤,并且網(wǎng)絡(luò)易于建立。
從ZLOAD到ZLOAD'' 轉(zhuǎn)換的數(shù)學推導公式參見附錄。所得出的ZLOAD''表達式說明了測試端口(RSOURCE)的等效MLP和DUT的級聯(lián)阻抗。將公式變形,并用ZLOAD''解出ZLOAD,采取這種方法可以反映出MLP的影響,并且能夠從測試數(shù)據(jù)中測定真實的ZLOAD值,其結(jié)果為：
相應(yīng)的驗算過程也是必要的。例如,通過MLP對一個75W電阻做阻抗測量,并假定網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀測定RLOAD''=50W (回波損耗無窮大)。假定RLOAD''=50W,得出R1=43.3W,R2=86.6W,如預期那樣得到 ZLOAD=75W。
圖2 用50W VNA測試MAX3558有線/地面廣播系統(tǒng)的低噪聲放大器(兩個MLP作阻抗轉(zhuǎn)換)
如果將實部和虛部分開并且利用已得出的數(shù)據(jù)表來計算。通常對75W被測器件的測試將不僅局限于阻抗測試,回波損耗、增益、反向隔離、噪聲系數(shù)和IIP3輸入三階截點測試也十分常見。在這種情況下,就有必要對MLP做一些總體的說明。
1. 只要RLOAD 接近75W,那么由于MLP的不匹配而產(chǎn)生的額外的駐波比將是最小的。可以忽略由于不匹配產(chǎn)生的測量誤差。
2. 相反,如果RLOAD 值與75W相差甚遠,那么MLP就不能進行適當?shù)淖杩罐D(zhuǎn)換。這將會在測量端口和MLP以及MLP與被測器件之間產(chǎn)生額外的駐波比,從而導致額外的測量誤差。
3.在指定的頻率范圍之外,MLP可以被看作純電阻。它提供了5.7dB的插入損耗,再加上由于連接器和連接線而產(chǎn)
