信号发生器在放大器失配测量中扮演着关键角色，通过提供精确的测试信号并配合其他仪器（如网络分析仪、功率计、示波器等），可量化放大器的输入/输出阻抗失配、反射系数、驻波比（VSWR）等参数。以下是详细步骤及方法：
一、失配测量的核心原理
放大器失配的本质是阻抗不匹配，导致信号在输入/输出端发生反射，影响功率传输效率、信号完整性甚至设备稳定性。失配测量需关注以下参数：
- 反射系数（Γ）：反射信号与入射信号的比值，Γ = (Z - Z₀)/(Z + Z₀)，其中Z为放大器阻抗，Z₀为系统特性阻抗（通常为50Ω）。
- 驻波比（VSWR）：VSWR = (1 + |Γ|)/(1 - |Γ|)，反映阻抗匹配程度（VSWR=1为完全匹配）。
- 回波损耗（RL）：RL = -20log₁₀|Γ|（dB），值越大表示匹配越好。
二、信号发生器在失配测量中的关键作用
- 提供稳定测试信号
- 生成连续波（CW）或扫频信号，覆盖放大器工作频段（如1MHz~6GHz）。
- 控制信号幅度和功率，避免放大器饱和或损坏。
- 配合其他仪器完成测量
- 网络分析仪：信号发生器作为其内部源或外部源，提供激励信号，网络分析仪测量S参数（S₁₁、S₂₂分别反映输入/输出反射）。
- 功率计+定向耦合器：信号发生器输出信号通过定向耦合器分为入射波和反射波，功率计分别测量两者功率，计算反射系数。
- 示波器+频谱分析仪：通过观察反射信号的幅度和相位，间接评估失配程度。
三、具体测量方法与步骤
方法1：使用网络分析仪（推荐）
步骤：
- 校准网络分析仪
- 使用校准件（Open/Short/Load）对网络分析仪进行单端口或双端口校准，消除线缆和接头误差。
- 设置频率范围覆盖放大器工作频段，中频带宽（IF BW）适当降低以提高动态范围。
- 连接测试系统
- 输入失配测量：信号发生器→网络分析仪源输出→放大器输入端→网络分析仪端口1（测量S₁₁）。
- 输出失配测量：信号发生器→放大器输入端→放大器输出端→网络分析仪端口2（测量S₂₂）。
- 确保所有连接使用50Ω阻抗线缆和接头，避免额外失配。
- 测量与数据分析
- 启动扫描，网络分析仪显示S₁₁/S₂₂的幅度（dB）和相位（度）。
- 转换为VSWR或回波损耗：
- VSWR = (1 + 10(-RL/20))/(1 - 10(-RL/20))
- RL = -20log₁₀|S₁₁| 或 -20log₁₀|S₂₂|
优点：直接测量S参数，精度高，适合高频和宽带放大器。
方法2：使用功率计+定向耦合器
步骤：
- 搭建测试系统
- 输入失配测量：
- 信号发生器→定向耦合器（耦合端接功率计，测量入射波Pᵢ）→放大器输入端→定向耦合器反射端接功率计（测量反射波Pᵣ）。
- 输出失配测量：
- 信号发生器→放大器输入端→放大器输出端→定向耦合器（耦合端接功率计，测量入射波Pᵢ）→负载，反射端接功率计（测量反射波Pᵣ）。
- 计算反射系数
- Γ = √(Pᵣ/Pᵢ)（需考虑耦合器耦合系数和方向性）。
- 转换为VSWR或回波损耗
优点：成本低，适合低频或窄带放大器；缺点：需手动计算，动态范围受限。
方法3：使用示波器+频谱分析仪（间接测量）
步骤：
- 生成脉冲信号
- 信号发生器输出窄脉冲信号（如1μs宽度），激发放大器瞬态响应。
- 观察反射信号
- 通过示波器或频谱分析仪观察输入/输出端的反射脉冲幅度和相位延迟。
- 反射脉冲幅度与入射脉冲的比值反映反射系数。
优点：适合快速定性评估；缺点：精度低，需复杂信号处理。
四、关键注意事项
- 阻抗匹配
- 确保信号发生器、线缆、放大器和测试仪器的阻抗均为50Ω（或按设计要求匹配），避免引入额外失配。
- 功率控制
- 信号发生器输出功率需低于放大器1dB压缩点（P₁dB），避免非线性失真影响测量结果。
- 频率范围
- 信号发生器频率范围需覆盖放大器工作频段，且步进足够小（如1MHz）以捕捉细节。
- 校准与验证
- 定期校准信号发生器和测试系统，使用已知阻抗标准（如50Ω负载）验证测量准确性。
- 安全操作
- 避免信号发生器输出直接短路或开路，防止损坏设备；高功率测量时使用衰减器保护仪器。
五、典型应用场景
- 射频放大器设计验证
- 测量输入/输出VSWR，优化匹配网络（如π型或T型网络）。
- 功率放大器效率评估
- 通过失配测量计算功率附加效率（PAE），指导偏置和负载牵引设计。
- 低噪声放大器（LNA）噪声匹配
- 宽带放大器平坦度优化
- 分析频段内失配变化，调整匹配网络以实现增益平坦度。
