วิธีทดสอบ S-parameters สำหรับเครื่องขยายเสียง RF?

 

การทดสอบ S-parameters ของแอมพลิฟายเออร์ RF เป็นกระบวนการหลักสำหรับการอธิบายประสิทธิภาพของประสิทธิภาพเนื่องจากสามารถสะท้อนตัวบ่งชี้ที่สำคัญเช่นคุณลักษณะการจับคู่อินพุตเอาท์พุทของแอมพลิฟายเออร์การเพิ่มประสิทธิภาพการแยกและความเสถียรภายในช่วงความถี่การทำงาน .

 

ฉัน . core s-parameters ที่จะทดสอบสำหรับแอมพลิฟายเออร์ RF

สำหรับแอมพลิฟายเออร์ RF สองพอร์ต S-parameters ที่ต้องมุ่งเน้นรวมถึง:

S₁₁ (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนอินพุต): ระบุระดับของการจับคู่ระหว่างแอมพลิฟายเออร์และความต้านทานของแหล่งที่มา (โดยทั่วไปคือ50Ω);

S₂₁ (ค่าสัมประสิทธิ์การส่งไปข้างหน้า): แสดงถึงการได้รับของแอมพลิฟายเออร์, I . e ., อัตราส่วนของกำลังเอาต์พุตต่อพลังงานอินพุต;

S₁₂ (ค่าสัมประสิทธิ์การส่งย้อนกลับ): สะท้อนการแยกซึ่งเป็นปริมาณของสัญญาณที่รั่วไหลจากปลายเอาต์พุตไปยังปลายอินพุต;

S₂₂ (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนเอาท์พุท): แสดงระดับการจับคู่ระหว่างแอมพลิฟายเออร์และความต้านทานการโหลด (ปกติ50Ω) .

 

II . อุปกรณ์ที่จำเป็นและอุปกรณ์ทดสอบ

ในการวัด S-parameters อย่างถูกต้องจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ต่อไปนี้:

Vector Network Analyzer (VNA): เครื่องมือหลักที่ใช้ในการสร้างสัญญาณ RF แบบกวาดความถี่วัดแอมพลิจูดและเฟสของสัญญาณสะท้อน/ส่งสัญญาณและคำนวณ S-parameters .}

ชุดการสอบเทียบ: โดยทั่วไปจะเป็น solt (สั้น, เปิด, โหลด, thru), ใช้ในการปรับเทียบ VNA และกำจัดข้อผิดพลาดที่เกิดจากสายเคเบิล, ตัวเชื่อมต่อและการทดสอบติดตั้ง .

สายเคเบิล RF และตัวเชื่อมต่อ: สายเคเบิลโคแอกเซียลที่มีคุณภาพสูงที่มีการสูญเสียต่ำซึ่งมีความต้านทานต้องตรงกับระบบ (มาตรฐานคือ50Ω) เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณและการสะท้อน .

Bias Tee (ไม่บังคับ): ส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่ใช้ในการรวม DC bias (สำหรับการเปิดเครื่องขยายสัญญาณ) กับสัญญาณ RF เพื่อให้แน่ใจว่า DC ไม่ได้ป้อนพอร์ต RF ของ VNA .

Attenuator (ไม่บังคับ): หากกำลังเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์สูงสามารถติดตั้ง attenuator คงที่ที่พอร์ตเอาต์พุตเพื่อป้องกันตัวรับสัญญาณของ VNA จากโอเวอร์โหลด .

โหลด (ไม่บังคับ): โหลดการเลิกจ้าง50Ωที่ใช้สำหรับการทดสอบความเสถียรหรือการตรวจสอบการจับคู่เอาต์พุต .}

 

III . ขั้นตอนการทดสอบแบบขั้นตอนทีละขั้นตอน

1: เตรียมเครื่องขยายเสียงและสภาพแวดล้อมการทดสอบ

ชี้แจงข้อกำหนดของแอมพลิฟายเออร์: ช่วงความถี่ในการทำงาน, ขีด จำกัด พลังงานอินพุต/เอาท์พุท, ข้อกำหนดการอคติ DC (แรงดัน/กระแสไฟฟ้า) และช่วงเชิงเส้น (เพื่อหลีกเลี่ยงการเข้าสู่ความอิ่มตัวระหว่างการทดสอบ) .

เปิดเครื่องแอมพลิฟายเออร์: ใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ที่เสถียรเพื่อให้แรงดันอคติที่ต้องการ/ปัจจุบัน .

2: ปรับเทียบเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA)

การสอบเทียบเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกำจัดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบในระบบทดสอบ .

เชื่อมต่อชุดการสอบเทียบกับ VNA: ใช้สายเคเบิล RF ที่สูญเสียไปต่ำเพื่อเชื่อมต่อมาตรฐานการสอบเทียบ (สั้นเปิด, โหลด, ผ่าน) กับพอร์ตทดสอบของ VNA (พอร์ต 1 และพอร์ต 2) .}

ตั้งค่าโปรแกรมการสอบเทียบ VNA: เลือกประเภทการสอบเทียบ (e . g ., SOLT) และช่วงความถี่ (ตรงกับช่วงการทำงานของแอมพลิฟายเออร์) .}

ตรวจสอบผลการสอบเทียบ: หลังจากการสอบเทียบให้ตรวจสอบว่าการวัดมาตรฐานของ VNA นั้นใกล้เคียงกับค่าอุดมคติ .

3: เชื่อมต่อแอมพลิฟายเออร์ RF เข้ากับระบบทดสอบ

หลังจากการสอบเทียบให้เชื่อมต่อแอมพลิฟายเออร์เข้ากับ VNA ผ่านพอร์ตทดสอบสอบเทียบ:

การเชื่อมต่ออินพุต: เชื่อมต่อพอร์ต VNA 1 กับปลายอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ผ่าน Tee Bias และสายเคเบิล RF ที่สูญเสียต่ำ . Bias Tee Injects Power ลงในปลายอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในขณะที่ส่งสัญญาณ RF จาก VNA .}}}}}

การเชื่อมต่อเอาต์พุต: เชื่อมต่อจุดสิ้นสุดเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เข้ากับพอร์ต VNA 2 ผ่านสายเคเบิล RF อื่น . หากกำลังเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เกินกำลังอินพุตสูงสุดของ VNA ให้แทรกตัวลดทอนคงที่ระหว่างปลายเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์และพอร์ต 2

รักษาความปลอดภัยการเชื่อมต่อ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวเชื่อมต่อทั้งหมดได้รับการกระชับอย่างเหมาะสม (ตัวเชื่อมต่อที่แม่นยำควรแน่นด้วยประแจเฉพาะ) เพื่อหลีกเลี่ยงการติดต่อหรือการสะท้อนที่ไม่ดี .}

4: กำหนดค่า VNA สำหรับการวัด

ตั้งค่า VNA เพื่อกำหนดเป้าหมายพารามิเตอร์คีย์ของแอมพลิฟายเออร์:

ช่วงความถี่: กำหนดความถี่เริ่มต้นและหยุดเพื่อครอบคลุมแถบความถี่ในการทำงานของแอมพลิฟายเออร์ .

ระดับพลังงาน: ตั้งค่ากำลังเอาต์พุตของ VNA ภายในช่วงการทำงานเชิงเส้นของแอมพลิฟายเออร์ (เพื่อหลีกเลี่ยงความอิ่มตัว) . อ้างถึงแผ่นข้อมูลของแอมพลิฟายเออร์สำหรับช่วงพลังงานอินพุตเชิงเส้น .}

แบนด์วิดธ์ความถี่ระดับกลาง (ถ้า BW): เลือกแบนด์วิดท์ความถี่กลางเพื่อสมดุลความเร็วและเสียงรบกวน . แบนด์วิดท์ที่แคบลงส่งผลให้เสียงรบกวนต่ำกว่า แต่ความเร็วในการสแกนช้าลง แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นความเร็วในการทดสอบ แต่อาจแนะนำเสียงรบกวน .

S-Parameters ที่จะวัด: เลือกพารามิเตอร์ที่น่าสนใจ (S₁₁, S₂₁, S₁₂, S₂₂) .

5: ดำเนินการวัดและบันทึกข้อมูล

เริ่มการสแกน: เริ่มการสแกนความถี่ของ VNA .

แสดงภาพผลลัพธ์: VNA จะแสดง S-parameters ในรูปแบบของแอมพลิจูด (db) และเฟส (องศา) ที่แตกต่างกันไปตามความถี่ .

บันทึกและวิเคราะห์ข้อมูล: ส่งออกข้อมูล (e . g . ในรูปแบบ CSV หรือ TouchStone) สำหรับการประมวลผลที่ตามมา (เช่นการวิเคราะห์ความเสถียร

 

IV . การพิจารณาคีย์

ความสามารถในการจัดการพลังงาน: ไม่เกินการจัดอันดับพลังงานอินพุต/เอาต์พุตสูงสุดของแอมพลิฟายเออร์เนื่องจากอาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์หรือ VNA .}

ความมั่นคง: สำหรับแอมพลิฟายเออร์ที่ได้รับสูงตรวจสอบให้แน่ใจว่าการตั้งค่าการทดสอบ (รวมถึงสายเคเบิลและโหลด) ไม่ได้แนะนำการตอบรับเชิงบวกซึ่งอาจทำให้เกิดการแกว่งและทำให้การวัด . เป็นโมฆะ

ความครอบคลุมความถี่ในการสอบเทียบ: ปรับเทียบ VNA ในช่วงความถี่ทั้งหมดไม่เพียง แต่เป็นส่วนหนึ่งของมันเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดความแม่นยำที่จุดความถี่ทั้งหมด .}

 

โดยทำตามขั้นตอนข้างต้น S-parameters ของแอมพลิฟายเออร์ RF สามารถกำหนดลักษณะได้อย่างถูกต้องโดยให้การอ้างอิงประสิทธิภาพที่สำคัญสำหรับแอปพลิเคชันเช่นการสื่อสารไร้สายเรดาร์และระบบดาวเทียม .}