如何提高射频测试仪器的射频测量技术?
一、射频信号源的选择
所有的射频信号源都能产生连续(CW)射频正弦波信号。某些信号发生器也能够产生模拟调制射频信号(如AM信号或脉冲射频信号),矢量信号发生器采用IQ调制器产生各种模拟或数字调制信号。
射频信号源进一步可以分成很多种,包括固定频率CW正弦波输出源、扫描输出一个频段非固定频率CW正弦波的扫频源、模拟信号发生器以及增加模拟和数字调制功能的矢量信号发生器。
如果测试需要激励信号,那么就需要射频信号源。射频信号源的关键指标是频率与幅值范围、幅值精度和调制质量(对于产生调制信号的信号源而言)。频率调谐速度和幅值稳定时间对于减少测试时间也是非常关键的。
矢量信号发生器是一种高性能的信号源,通常结合任意波形发生器一起产生某些调制信号。通过任意波形发生器可以使矢量信号发生器产生任意类型的模拟或数字调制信号。这种发生器可以在内部产生多种基带波形,在某些情况下,也可以在外部产生某种基带波形然后载入到仪器中。如果测试规范要求被测的元件、设备或系统按照待测设备最终使用中的处理调制方式进行测试,那么这种情况下通常需要使用矢量信号发生器。
如果测试规范需要进行接收器灵敏度测试、误码率测试、相邻信道抑制、双音互调抑制、或双音互调失真的测试,那么也需要使用射频信号源。双音互调测试和相邻信道抑制测试需要两个信号源,接收器灵敏度测试和/或误码率测试只需要使用一个射频信号源。
如果待测器件是用于移动电话的,那么测试者册凯核可能要根据移动电话标准的需要进行调制信号类型的测试。移动电话功率放大器需要结合调制信号源(例如矢量信号发生器)进行测试。在选择某种矢量信号发生器之前,要评估一下该信号发生器在不同调制信号之间的切换速度,以确保其能够提供最快的测试时间。
二、射频功率计——射频领域的数字万用表
功率是射频领域中最经常被测量的一个量。测量功率最简单的方法就是使用功率计,它实际上是用来测量射频信号功率的。功率计中使用宽带检波器,按瓦特、dBm、或者dBμV显示绝对功率州掘的大小。对于大多数功率计而言,宽带检波器(或传感器)是一个射频肖特基二极管或者二极管网络,实现射频到直流的转换处理。
功率计是所有测量功率的射频仪器中最准确的。高端功率计(通常需要一个外部功率传感器)可以实现0.1dB或更高的测量精度。功率计最低可以测量-70dBm(100pW)的功率。传感器有各种模型,从高功率模型、高频率(40GHz)模型,到峰值功率测量的高带宽模型等。
功率计有单通道和双通道两种。每个通道都需要配置自己的传感器。两个通道的功率计就能够测量出一个器件、电路或系统的输入和输出功率,并计算出增益或损耗。某些功率计能够达到每秒200到1500次读数的测量速度。而有些功率计能够测量多种信号的峰值功率特性,包括通信和某些应用中使用的调制信号和脉冲射频信号。双通道的功率计还能够准确测量出相对功率。功率计还可以针对便携式应用的需要设计成尺寸精巧的外形,使其更适合于现场测试的需要。功率计的主要局限在于其幅值测量范围。频率范围是与测量量程之间进行折衷的。此外,功率计虽然能够非常准确地测量出功率,但是无法表示信号的频率分量。
三、射频频谱或射频信号分析仪——射频工程师的示波器
频谱或矢量信号分析仪利用窄带检测技术在频域内测量射频信号。其主要的输出显示是功率频谱与频率之间的关系,包括绝对功率和相对功率。这种分析仪还可以输出解调信号。
频谱分析仪和矢量信号分析仪没有像功率计那样的精确性,但是,射频分析仪中使用的窄带检测技术使其能够测量低达-150dBm的功率。射频分析仪的精度一般在±0.5dB以上。
频谱和矢量信号分析仪可以测量的信号频率从1kHz到40GHz(甚至以上)。频率范围越宽,分析仪的成本就越大。最常见的分析孙链仪的频率达到3GHz。工作在5.8GHz频率范围的新通信标准就需要带宽为6GHz以上的分析仪。
矢量信号分析仪是增加了信号处理功能的频谱分析仪,它不仅能够测量信号的幅值,而且能够将信号分解成它的同相和正交分量。矢量信号分析仪可以将某些调制信号进行解调,例如一些由移动电话、无线LAN设备和基于其他一些新通信标准的设备所产生的调制信号。矢量信号分析仪可以显示星座图、码域图和调制质量(例如误差矢量幅度)的计算度量。
传统的频谱分析仪是扫描-调谐式设备,因为其中的局部振荡器要扫描一个频率范围,窄带滤波器就可以获取该频率范围内每个单位频率上的功率分量。矢量信号分析仪也扫描一部分频谱,但是它们捕捉一定宽带内的数据进行快速傅立叶变换得到单位频率上的功率分量。因此矢量信号分析仪扫描频谱的速度比频谱分析仪快得多。
评价矢量信号分析仪性能的关键指标在于它的测量带宽。一些新的高带宽通信标准,例如WLAN和WiMax,需要捕捉带宽为20MHz的信号。要想捕捉并分析这些信号,分析仪必须具有足够大的带宽才能捕捉到整个信号。如果测试高带宽、数字调制的信号,那么要确保分析仪的测量带宽能够充分捕捉到所测的信号。
频谱分析仪可以用于检验待测发射机是否产生了正确的功率频谱。如果设计工程要求测试某些失真分量,例如谐波或寄生信号,那么就需要采用频谱分析仪或矢量信号分析仪。类似的,如果设计者关注器件的噪声功率,那么也需要使用这样的射频分析仪。其他一些需要频谱分析仪或矢量信号分析仪的例子包括:测试互调失真、三阶截断、功率放大器或功率晶体管的1dB增益压缩、器件的频率响应等。
测试那些涉及数字调制信号的发射机或放大器就需要使用矢量信号分析仪,对调制信号进行解调。矢量信号分析仪能够测量出某个器件产生了多大的调制失真。解调过程是一个复杂、计算密集的过程。能够快速进行解调和测量计算操作的矢量信号分析仪就可以大大缩短测试时间,降低测试成本。
四、网络分析仪
除了频谱分析仪和矢量信号分析仪,第三类分析仪就是网络分析仪。网络分析仪包含一个内置的射频信号源和一个测试射频器件的宽带(或窄带)探测器。网络分析仪以x-y坐标、极坐标或史密斯圆图的形式输出显式器件的特性。
从本质上来看,网络分析仪测量的是器件的S参数。矢量网络分析仪可以提供幅值和相位信息,可以以很高的精度判断这些器件在某个宽频段上的传输损耗与增益。通过矢量网络分析仪,还可以测量出回波损耗(反射系数)和阻抗匹配,进行相位测量和群延迟测量。
网路分析仪主要用于分析诸如滤波器和放大器之类的元件。值得注意的是,网络分析采用的是未经调制的连续波,分析仪的校准十分重要。利用制造商提供的校准工具包可以实现网络分析仪的校准。由于网络分析仪在一台仪器内集成了信号源和测量功能,而且分析仪具有较宽的频率范围,因此这类仪器的价格比较昂贵。
有时需要同时使用上述四种主要的射频测试仪器,例如功率放大器(PA)的测试。信号源可以提供输入信号,功率计或频谱分析仪可以测量输出功率。如果精度非常重要,比如在测量最大功率时,就需要使用功率计进行输出测量。PA的输入匹配对于从事射频发射器的设计者来说是一个关键参数。放大所有供给PA的功率,不因反射而损耗实际的功率,这是非常重要的。因此,PA制造商一般会使用网络分析仪测量PA的回波损耗(即S11)。
是不是有个仿微波射频的软件大概叫
先进设计系统(AdvancedDesignSys来自tem)
1.ADS简介
先进设计系统(AdvancedDesignSystem),简称ADS,是安捷伦科技有限公司(Agilent)为适应竞争形势,为了高效的进行产品研发宜承织刘生产,而设计开发的一款EDA软件。软件迅速成为工既讨家选样讨计供第业设计领域EDA软件的流占死神蒸袁农八诗完导佼佼者,因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力(尤其在射频微波领域),而得到了广大I象呼渐粮C设计工作者的支持。ADS是高频设计的工业领袖。它支持系统和射频设计师开发所有类型的射频设计,从简单到最复杂,从射频∕微波模块到用于通信和航空航天∕国防的MMIC。 通过从频域和时域电路仿真到电磁场仿真的全套业架阿员务仿真技术,ADS让设计师全面特应线督表征和优化设计。单一的集成设计环境提供系统和电360问答路仿真器,以及电路图捕获、布局和验证能力——因此不需要在设计中停下来更换设计工具。 先进设威绿导茶陆度才殖食某计系统是强大的电子设前该劳叫企教房计自动化软件系统。它为蜂窝和便携电话、寻呼机、无线网络,以及雷达和卫星通信系统这类产品的设计师提供完全的设计集成。 ADS电子设计自动化功能十分强大,包含时域电路仿真(SPICE-likeSimulation)、频域电路仿真(Ha你划任晶效帝简民岩rmonicBalance、LinearAnalysis)、三维电磁仿真(EMSimulation)、通信系统仿真(C采露朝里ommunicationSystemSimulation)、数字信号处理妈明练改价才设越刻皮材仿真设计(DSP);ADS支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计,从简单到复杂,从离散的射频/微波模块到用于酒定诗科类坐器例杨卷场通信和航天/国防的集成MMIC,是当今国内变蛋或好误括二宁各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。 此外Agilent公司和多家半导体厂商合作建立ADSDesignKit及ModelFile供设计人员使用。使用者可以利食必品晚触端用DesignKit及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估,及喜MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计。除速兴上述仿真设计功能外,ADS软件也提供辅助设计功能,如DesignGuide是以范例及指令方式示范电路或系统的设计流程,而SimulationWizard是以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能提供与其他EDA软件,如SPICE、MentorGraphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做协仿真(Co-Simulation),加上丰富的元件应用模型Library及测量/验证仪器间的连接功能,将能增加电路与系统设计的方便性、速度与精确性。 ADS软件版本有ADS2008、ADS2006A、ADS2005A、ADS2004A、ADS2003C、ADS2003A、ADS2002C和ADS2002A以及ADS1.5等。
2.ADS软件的仿真分析法
2.1高频SPICE分析和卷积分析(Convolution) 高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真器般的瞬态分析,可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE仿真器中,无法直接使用的频域分析模型,如微带线带状线等,可于高频SPICE仿真器中直接使用,因为在仿真时可于高频SPICE仿真器会将频域分析模型进行拉式变换后进行瞬态分析,而不需要使用者将该模型转化为等效RLC电路。因此高频SPICE除了可以做低频电路的瞬态分析,也可以分析高频电路的瞬态响应。此外高频SPICE也提供瞬态噪声分析的功能,可以用来仿真电路的瞬态噪声,如振荡器或锁相环的jitter。 卷积分析方法为架构在SPICE高频仿真器上的高级时域分析方法,藉由卷积分析可以更加准确的用时域的方法分析于频率相关的元件,如以S参数定义的元件、传输线、微带线等。 2.2线性分析 线性分析为频域的电路仿真分析方法,可以将线性或非线性的射频与微波电路做线性分析。当进行线性分析时,软件会先针对电路中每个元件计算所需的线性参数,如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等(若为非线性元件则计算其工作点之线性参数),在进行整个电路的分析、仿真。 2.3谐波平衡分析(HarmonicBalance) 谐波平衡分析提供频域、稳态、大信号的电路分析仿真方法,可以用来分析具有多频输入信号的非线性电路,得到非线性的电路响应,如噪声、功率压缩点、谐波失真等。与时域的SPICE仿真分析相比较,谐波平衡对于非线性的电路分析,可以提供一个比较快速有效的分析方法。 谐波平衡分析方法的出现填补了SPICE的瞬态响应分析与线性S参数分析对具有多频输入信号的非线性电路仿真上的不足。尤其在现今的高频通信系统中,大多包含了混频电路结构,使得谐波平衡分析方法的使用更加频繁,也越趋重要。 另外针对高度非线性电路,如锁相环中的分频器,ADS也提供了瞬态辅助谐波平衡(TransientAssistantHB)的仿真方法,在电路分析时先执行瞬态分析,并将此瞬态分析的结果作为谐波平衡分析时的初始条件进行电路仿真,藉由此种方法可以有效地解决在高度非线性的电路分析时会发生的不收敛情况。 2.4电路包络分析(CircuitEnvelope) 电路包络分析包含了时域与频域的分析方法,可以使用于包含调频信号的电路或通信系统中。电路包络分析借鉴了SPICE与谐波平衡两种仿真方法的优点,将较低频的调频信号用时域SPICE仿真方法来分析,而较高频的载波信号则以频域的谐波平衡仿真方法进行分析 2.5射频系统分析 射频系统分析方法提供使用者模拟评估系统特性,其中系统的电路模型除可以使用行为级模型外,也可以使用元件电路模型进行习用响应验证。射频系统仿真分析包含了上述的线性分析、谐波平衡分析和电路包络分析,分别用来验证射频系统的无源元件与线性化系统模型特性、非线性系统模型特性、具有数字调频信号的系统特性。 2.6拖勒密分析(Ptolemy) 拖勒密分析方法具有可以仿真同时具有数字信号与模拟、高频信号的混合模式系统能力。ADS中分别提供了数字元件模型(如FIR滤波器、IIR滤波器,AND逻辑门、OR逻辑门等)、通信系统元件模型(如QAM调频解调器、RaisedCosine滤波器等)及模拟高频元件模型(如IQ编码器、切比雪夫滤波器、混频器等)可供使用。 2.7电磁仿真分析(Momentum) ADS软件提供了一个2.5D的平面电磁仿真分析功能——Momentum(ADS2005A版本Momentum已经升级为3D电磁仿真器),可以用来仿真微带线、带状线、共面波导等的电磁特性,天线的辐射特性,以及电路板上的寄生、耦合效应。所分析的S参数结果可直接使用于谐波平衡和电路包络等电路分析中,进行电路设计与验证。在Momentum电磁分析中提供两种分析模式:Momentum微波模式即Momentum和Momentum射频模式即MomentumRF;使用者可以根据电路的工作频段和尺寸判断、选择使用。
关于射频微波技术方面的学习方法,谢谢!
不知道你是侧重射频还是侧重微波,两者都有经典书籍,但多是国外的,不过有中文版,写的很不错,楼上说的都是本科的教材,不过我还是推荐看那些经典的国外教材,射频的话是《射频系统设计与应用》,微波的话当然是《微波工程》了,他们最大的优点是难度不小,但会从最基本的讲起,而本科的教材的话则需要一些前序课程的积累,当然上面说的矢量分析、数理方程都是最基本的。本人成电电磁场专业 ,祝你好运!