网络分析仪pna功放测试操作指南

1、Agilent Technologies, Inc.PNA-X 测量功放的操作步骤作者：2013 年 6 月仪表操作步骤 2PNA-X 测量功放的操作步骤作者：时间：2013 年 6 月 14 日功率放大器通常需要测试的参数有线性和非线性参数，例如 S 参数，扫频的 1 dB 压缩点， 扫频的 IMD，噪声系数等。其中，线性 S 参数、1dB 压缩点、失真的测试可能需要在被测件输入端加预放，以保证被测功放从线性区到饱和区都能工作，而被测功放的噪声系数测试通常都是性区进试，因此，是不用在被测件输入端口加推动放大器来进试的。有源器件测试例如功放，PNA-X 独有的高度集试工作，提高了测试效率。和灵

2、活性特点，大大简化了我们的测PNA-X 具有以下特点1）PNA-X 测量超凡的线性度2）科技独有的基于失配误差的的功率校准技术3） PNA-X 的独有的低噪声4） PNA-X 超凡的长期稳定性以及独有的噪声系数测量法5） PNA-X 内置 2 个高性能的射频源、合路器和机械开关6） PNA-X 内置 4 路脉冲发生器和 2 个脉冲调制器对测量硬件的要求:1. 测试仪器要求是 PNA-X，PNA-X 的单次连接多项测量（SCMM）感受到极大的方便性和效率的提高，特别是适合于需要使用探针台或借用测量夹具才能完成测量任务的环境。2. 在接下来进行的操作中，对 PNA-X 的硬件配置要求如下：四端口双

3、激励源以及噪声系数测量硬件（选件 400，080，419，029，423）a)b)c)测量应用软件选件增益压缩（086），失真（087）需要一个电子校准件用作噪声系数测量时的阻抗调谐器，另外一个电子（或机械）校准件做矢量校准用。USB 接口的功率探头一个，或者任意一个系列的功率计网上上d)3. 软件版本号 A.09.90.00 及以上的版本（用户可以从这个软件版本，）并自行对 PNA-X 进行升级是此操作指南实际所用硬件：1.N5242A （选件有 080，400，419，423，086，029，087），Firmware版本： A.09.90.002.一个 N4691B 电子校准件用作矢量校

4、准用，在把 PNA-X 开机之前就把电子校准件连到PNA-X 的 USB 接口上。仪表操作步骤 33. U2002A 功率探头，在把 PNA-X 开机之前就把功率探头连到 PNA-X 的 USB 接口上。4. 两根测量电缆。一根电缆的两端都是 3.5mm Female ()的，其中一端用于与 PNA-X的 Port 1 测量端口相连，电缆的另一端用于与被测器件或者是电子校准件或者是功率探头相连；另外一根电缆的一端是3.5 mm female ()，用于与 PNA-X 的 Port 2 测量端口相连，另一端是5.先把两根测量电缆的3.5 mm male ()，用于与被测器件相连。与 PNA-X

5、的 Port 1 和PNA-X 的 Port 2，在操作的过程中，始终不要把电缆与 PNA-X 断开。6.被测件：GaAs 功放，工作频率范围是 2.6 GHz 2.7 GHz ，增益大概是 13dB，输出功率大概是 35dBm，放大器的输入端是 SMA male ()，输出端是 SMA female ()。该被测功放的测试框图如下所示（不含噪声系数，噪声系数不用加预放），需要说明的是对功放来说，如果要做双端口校准，为了保证校准的稳定性，PNA-X 测试端口 2 的衰减器最好别超过 10dB（否则测试端口 2 的方向性太差）；如果 PNA-X 测试端口 2 的衰减器必须超过 10dB，比如说如

6、下图所示的 30 dB，则 S 参数校准应选择增强频响校准 ( 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输入23 dBm输出35 dBmDUT30 dB30 dB正向定向耦合器 反向定向耦合器30 dB衰减预放大约36dB增益被测功放噪声系数

7、测试被测功放的噪声系数测试框图仪表操作步骤 4rear panellTest port 1Test port 3Test port 4Test port 2DUT操作步骤：不加预放，把被测放大器的输入端连到 PNA-X 端口 1 的电缆上，输出端连到 PNA-X 端口 2的电缆上，此时被测放大器暂时不加偏置电压。开机，按【Preset】键按前面板【Meas】键点击仪表屏幕右侧功能选择按键中的<Measurement Class>，出现以下界面：选择 Noise Figure Cold Source点击 OKSource 2LO(standard)Source 1OUT 1OUT 2

8、Pulse generatorsOUT 1OUT 2PulllsemodulllatorTo receivers1Pulllse2modulllator34R1R3R4R2ACDB仪表操作步骤 5按前面板【Freq】键，在仪表屏幕的右边的功能选择键上点击Frequency 选项卡下做以下设置：Figure Setup>，在<Noise在 Power 选项卡下做以下设置：其中 Input port 的 Power level 为-35dBm（被测功放线性区的输入功率），Source Attenuator 为：5dB（不勾 Auto），Output Port 的 Power Level

9、 为 0dBm（一般被测功放的度都比较大，为保证 4 个 S 参数的校准精度，输出端口的功率一般建议在-5dBm 以上），Source Attenuator：0dB，Receiver Attenuator：0dB（保证进入 B的功率不超过-20dBm，此处被测放大器增益为 12dB，那么输出大概是-23dBm）仪表操作步骤 6在 Noise Figure 选项卡下做以下设置，其中需要说明的是：Receiver Gain 选择取决于被测件的增益+噪声系数，如果Gain+NF<30dB,那么Receiver Gain 选择High，30 到35，选择Medium， 35 以上，选择 Low；

10、Average Number 的目的是为了减少噪声功率测试时的抖动，一般是 10 或者更高，取决于 Gain+NF 曲线（即测量项中的 DUTRNPI）的轨迹噪声，一般应保证 DUTRNPI迹线的轨迹噪声波动不大于 0.2 dB。仪表操作步骤 7点击 Apply 后，然后点击 OK。点击 PNA-X 前面板的【Trace】键，然后在仪表屏幕的右边的功能选择键上选择<New Trace>,最终截图如下：仪表操作步骤 8点击 Apply，OK，出现如下界面。仪表操作步骤 9此时，打开与被测功放栅极和漏极相连的电源，屏幕的 3 条测试迹线如下图所示，分别是NF，S21 和 DUTRNPI

11、（被测件相对噪声功率，基本等于 S21+NF）。双击屏幕中的 DUTRNPI 曲线，按前面板的【Scale】按键，在屏幕右边的功能软键中，选择<Scale>，设为 0.2dB，<Reference Level>为 14.8dB，如下图所示，说明：一般来说，Noise Average的次数越多，DUTRNPI 迹线的轨迹噪声越小，一般建议 Noise Average20 次以上，此处为 50，需要在 Noise Figure Setup框里的 Noise Figure 选项卡选择 Average Number 来设置。仪表操作步骤 10在完成试和设置之后，断开被测放大器，

12、开始校准。点击前面板的【Cal】按键，在屏幕右边选择<Start Cal>，然后<Cal wizard>，出现如下界面， CalibrationMethod 为 Scalar Noise，Noise Tuner 为No Selection，Receiver Characterization 为Use Power Meter，最终设置如下。点击Next，出现如下界面。把 DUT Port1 和Port2 的端口类型设置为APC 3.5mm male 和APC 3.5mm female，Power Sensor为 APC 3.5mm male，点击<Source Ca

13、l Settings>,出现以下界面。仪表操作步骤 11选择<Power Meter Config>，出现以下界面，选择连接的 USB功率探头。点击<Sensors>，出现以下界面。点击 OK 后，出现以下界面。仪表操作步骤 12逐次点击 OK，回到如下界面。点击Next，出现如下界面。这时，把 USB 功率计探头和分析仪端口 1 的测量电缆连接起来，连接好之后，点击Measure 按钮，进行功率校准。功率校准需要大约 1 分钟的时间，校准时的界面如下：仪表操作步骤 13功率校准之后，点击 Next，出现如下界面。此时，把跟 PNA-X 端口 1 相连的电缆和 P

14、NA-X 端口 2 相连的电缆直连，点击 Measure,出现如下界面。此时，在 PNA-X 端口 1 相连的电缆和 PNA-X 端口 2 相连的电缆之间，连上电子校准件，点击 Measure，出现如下界面。仪表操作步骤 14点击 Save As User Calset，点击 Finish。取下电子校准件，连上被测功放，测量结果如下图所示。单独观察噪声系数测量结果，每格设为 0.1 dB 如下图所示。仪表操作步骤 15此时噪声系数测试完毕。被测功放的扫频的增益压缩、S 参数、扫频的 IMD 测试连接示意图如下所示。rear panelTest port 1Test port 3Test por

15、t 4Test port 2输入23 dBm输出35 dBmDUT30 dB30 dB正向定向耦合器 反向定向耦合器30 dB衰减预放大约36dB增益连接被测功放，进行试，此时直流电源暂时不开启。Source 2LO(standard)Source 1OUT 1OUT 2Pulse generatorsOUT 1OUT 2PulsemodulatorTo receivers1Pulse2modulator34R1R3R4R2ACDB仪表操作步骤 16按前面板的【Measure】键，在屏幕右边选择<Measurement Class>，出现如下界面。选择Gain Compressio

16、n，然后 New Channel。按前面板的【Power】键，在屏幕右边选择<Power and Attenuators>，出现如下界面。点击<Offsets and Limits>，出现如下界面。仪表操作步骤 17由于 Port1 处的预放增益大概是 36dB（一般取测试频率范围内的增益最大值），把 Port1 处的 Power Offset 设置为 36dB，最终设置如下所示。按前面板的【Freq】键，在屏幕右边选择<Gain Compression Setup>，在 Frequency 选项卡中，设置如下：选择 Power 选项卡，设置如下所示，其中

17、DUTInput 和 Output 区域是线性区的 S 参数和输入输出功率进行设置，而左下部分的 Power Sweep 是率扫描范围。1dB 压缩测试而设置的输入功仪表操作步骤 18点击<Path Configuration>，出来如下界面，确保 Port 1 Reference Mixer Switch 是 External。仪表操作步骤 19点击 OK。选择 Compression 选项卡，设置如下所示，确保 Compression Point Interpolation 前打勾。仪表操作步骤 20点击 Apply，然后 OK。按前面板的【Trace】按键，在屏幕右边选择&l

18、t;New Trace>，出现如下界面，选择 S21、DeltaGain21、CompIn21 和 CompOut21。仪表操作步骤 21此时直流电源开启，测量结果如下图所示。仪表操作步骤 22试完成之后，断开被测放大器，开始校准。点击前面板的【Cal】键，在屏幕右边选择<Start Cal>，然后<Cal Wizard>，出现如下界面。点击 Source Cal Settings，出现如下界面。选择<Power Meter Config>，出现以下界面。仪表操作步骤 23点击<Sensors>，出现以下界面。点击 OK 后，出现以下界面。

19、仪表操作步骤 24逐次点击 OK，回到如下界面。点击Next，出现如下界面，Thru Cal Method 选择 Flush Thru。点击 Cal Type/Stds，出现如下界面，其中 Calibration Type 选择 Enhresp 2<=1。(在输出端加一个 10dB 以上衰减器的情况下，如果采端口校准，会使反向测量 S22 和 S12 时的噪声非常大，变得不可靠，此时应选择增强型频响校准)。仪表操作步骤 25点击 Ok，回到如下界面。点击Next，出现如下界面。由于PNA-X 端口 1 的电缆(3.5 mm female)可与功率探头(3.5 mm male)直连，不需要

20、加适配器， 因此可以直接点击 Next，出现如下界面。仪表操作步骤 26这时，把 USB 功率计探头和分析仪端口 1 的测量电缆连接起来，连接好之后，点击Measure 按钮，进行功率校准。功率校准需要大约 1 分钟的时间，校准之后的界面如下：，出现如下界面。把电子校准件的面。和分析仪端口 1 的测量电缆相连，点击 Measure，出现如下界仪表操作步骤 27此时，把跟 PNA-X 端口 1 相连的电缆和PNA-X 端口 2 相连的电缆（含 30 dB 的衰减器）直连，点击 Measure，出现如下界面。点击 Save As User CalSet，保存校准数据，然后点击 Finish。此时，

21、连上被测功放，测量结果如下所示。下面测量直流电流。此时，先用一 USB 线或者GPIB 线把直流电源分析仪N6705B 跟 PNA-X 连接，如果是 GPIB 连接的话，确保连接的是 PNA-X 后面板的GPIB0。按前面板的【System】按键，在屏幕右边选择<Configure>，然后选择<External Device>，出仪表操作步骤 28现如下界面，此处添加 N6705B 的通道 3 作为电流表来测量被测功放的漏极电流，最终设置如下所示（说明：目前 PNA-X 的 Firmware 内置了支持直流电源分析仪 N6700 系列和 SMUB2900 系列的驱动，当

22、然，其他电源和数字万用表也可支持，但需设置）。点击 Device Properties，出现如下界面，把 Type 设置为安培，A。点击Edit Commands，在 Point 选项卡里，输入如下命令：meas:curr? (3)，其中 3 是要进仪表操作步骤 29行电流测量的N6705B 的通道号，最终界面如下所示。依次点击 OK，回到如下界面。点击前面板的【Trace】按键，在屏幕右边选择<New Trace>，出现如下界面，选择 N6705B_AM3和 CompN6705B_AM3 两条迹线。仪表操作步骤 30点击 Apply，然后 OK，然后按前面板的【Trigger】按

23、键，在屏幕右边选择<Single>，出现如下界面。图中显示了N6705B 通道 3 的线性直流电流和在被测放大器 1 dB 压缩时的直流电流的频率扫描结果。仪表操作步骤 31单频点的 1dB 功率扫描分析。选择 S21 迹线，按前面板的【Analysis】按键，在屏幕右边选择<Compression Analysis>，在屏幕右边选择<Compression Analysis>，出现如下界面。点击 OK 后，S21 测量迹线如下所示。仪表操作步骤 32可以看到在S21 迹线上通过功率扫描计算出的 1 dB 压缩点的输入功率为 23.651 dBm，与 GCA

24、扫频测量在 2.65 GHz 的 CompIn21 读数基本一致，相差只有 0.1 dB。好，被测功放的扫频增益压缩测试完成。标准的 S 参数测量。按前面板的【Measure】键，在屏幕右边选择<Measurement Class>，出现如下界面。仪表操作步骤 33选择 Standard，然后 New Channel。按前面板的【Freq】键，在屏幕右边选择<Start>和<Stop>，分别为 2.6GHz 和 2.7GHz； 按前面板的【Sweep】键，在屏幕右边选择<Number of Points>，设置为 201；按前面板的【Avg】键，

25、在屏幕右边选择<IF Bandwidth>，设置为 1KHz；按前面板的【Power】键，在屏幕右边选择<Power and Attenuators>，出现如下界面，具体设置如下所示，其中Power Offsest=36dB，R1 Mixer Switch 为external。仪表操作步骤 34试后，测试结果如下所示。断开被测放大器做校准。按前面板的【Cal】键，在屏幕右边选择<Start Cal>，然后<Cal wizard>，出现如下界面。仪表操作步骤 35点击Next 后，出现如下界面。在 Calibrate Source 和 Receiv

26、er Power 前打勾，点击 Next，出现如下界面。点击Next 后，出现如下界面。点击 Power Meter Settings，确保 USB 功率探头能被 PNA-X 识别，然后点击Next，出现如下界面，其中 Thru Cal Method 选择 Flush Thru，Cal Typpe/Stds选择 Enhresp 2<=1。仪表操作步骤 36点击Next 后，出现如下界面。这时，把 USB 功率计探头和分析仪端口 1 的测量电缆连接起来，连接好之后，点击Measure 按钮，进行功率校准。功率校准需要大约 1 分钟的时间，校准之后的界面如下：仪表操作步骤 37，出现如下界面

27、。把电子校准件和面。分析仪端口 1 的测量电缆连接起来，点击 Measure，出现如下界此时，把跟 PNA-X 端口 1 相连的电缆和PNA-X 端口 2 相连的电缆（含 30 dB 的衰减器）直连，点击 Measure，出现如下界面。仪表操作步骤 38点击 Save User Calset，保存校准数据。连上被测功放，开启直流电源，测试结果如下所示。对输入功率进行稳幅( Receiver Leveling)。双击R1 迹线，如下图所示：仪表操作步骤 39由于被测功放的 S11 较差（-2dB 左右），输入端的失配造成 R1测出的输入功率纹波较大，此时选择屏幕右边的<Power and Attenuators>，出现如下界面。点击 Receiver leveling，设置后，如下所示。仪表操作步骤 40点击 OK 后，回到如下界面，设置 Port1 leveling mode 为 Receiver-R1。点击 OK，出现如下界面。仪表操作步骤 41在每格 0.05 dB 的情况下，可以看出此时R1 的功率峰峰值波动才 0.04dB，非常好。最终测试结果如下图所示。仪表操作步骤 42扫频 IMD 和 IM 频谱测量。按前面板的【Measure】键，在屏幕右边选择<Measu