3. 射频测试基础与信号链

射频测试与低频模拟测试最大的区别在于：电压和电流不再是描述信号的主要量，功率、频率、阻抗与传输线特性成为贯穿整个信号链的核心参数。在 PXI 射频测试系统中，从矢量信号发生器（VSG）输出、经电缆与开关矩阵、到达被测件（DUT），再返回矢量信号分析仪（VSA），每一段都遵循同一套射频基础规律。理解这些规律，才能判断"信号为什么变小了""为什么频响不平""为什么驻波比超标"。

功率与增益/衰减：用 dB 描述信号链

射频功率的绝对单位常用 dBm，定义为相对于 1 mW 的分贝值：P(dBm) = 10·log10(P(mW)/1mW)。例如 0 dBm = 1 mW，+20 dBm = 100 mW，−30 dBm = 1 μW。信号链中的增益和衰减都是相对量，用 dB 表示，级联时直接相加，这正是射频工程师偏爱 dB 的原因。

假设一条 PXI 发射链路：VSG 输出 −10 dBm，经 3 dB 衰减器、6 dB 电缆损耗、20 dB 功率放大器、再经 1 dB 连接器损耗到达 DUT。总增益为 −3 −6 +20 −1 = +10 dB，因此 DUT 端口功率约为 0 dBm。若 DUT 输入 1 dB 压缩点要求不超过 −5 dBm，则需把 VSG 降到 −15 dBm。这类"逐级累加"的预算表是射频测试中最常用的计算方式。

频率、带宽与调制

频率决定信号在传输线中的波长，也决定器件的适用性。波长 λ = c / (f·√εr)，在空气中 1 GHz 对应约 30 cm，在 FR4 板材（εr≈4.3）中约 14.5 cm。当互连长度超过 λ/10 时，就必须按传输线处理，否则反射和相位误差会显著影响测量。

调制把信息搬到载波上。常见方式包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM），以及数字调制如 QPSK、16QAM、OFDM。衡量调制质量的指标有误差矢量幅度（EVM）、邻道功率比（ACPR）等。在 PXI 中，VSG 通过基带 I/Q 数据驱动上变频器产生调制信号，VSA 则下变频后解调 I/Q 并计算 EVM。例如 5G NR 100 MHz 带宽信号，若 EVM 要求 ≤3.5%，则整个链路的相位噪声、非线性与 IQ 不平衡都必须控制在该预算内。

阻抗匹配与传输线

射频系统普遍采用 50 Ω 特征阻抗。当源、传输线、负载三者阻抗一致时，功率传输最大且无反射。失配会产生驻波，用电压驻波比（VSWR）或回波损耗（Return Loss）衡量。VSWR=1 表示完全匹配，VSWR=2 对应回波损耗约 9.5 dB，意味着约 11% 的功率被反射。

反射系数 Γ = (ZL − Z0)/(ZL + Z0)，回波损耗 RL = −20·log10|Γ|。若 DUT 输入阻抗为 75 Ω，则 Γ = (75−50)/(75+50) = 0.2，RL ≈ 14 dB，VSWR ≈ 1.5。在 PXI 测试中，开关矩阵、电缆、衰减器每一处失配都会叠加，因此需要控制连接器扭矩、使用相位稳定的电缆，并在关键节点用校准件（Open/Short/Load）做端口校准。

衰减与增益在 PXI 中的实际体现

PXI 模块的端口功率范围有限。以典型 VSA 为例，最佳线性输入约 −10 dBm 至 −20 dBm，超过 +5 dBm 可能压缩甚至损坏前端。因此测试大功率 DUT（如 +30 dBm 功放输出）时，必须外接衰减器。选择衰减器时需同时考虑：衰减量、功率容量、频率范围、VSWR 和相位稳定性。例如测试 2.4 GHz、+30 dBm 信号，可选用 30 dB/10 W 衰减器，使 VSA 端口收到约 0 dBm，再配合内部 10 dB 衰减，最终落在 −10 dBm 最佳区间。

增益则出现在接收链路中。微弱信号（如 −80 dBm）经低噪声放大器（LNA）提升 20 dB 后，噪声系数和增益共同决定系统灵敏度。级联噪声系数可用 Friis 公式估算：F_total = F1 + (F2−1)/G1 + (F3−1)/(G1·G2) + …。这说明第一级 LNA 的噪声系数和增益对整体影响最大，因此 PXI 接收前端通常把 LNA 尽量靠近 DUT。

校准与验证：让测量可信

射频链路的损耗和失配会随频率变化，因此不能只靠理论计算。PXI 系统通常使用矢量网络分析仪（VNA）或功率计做端口校准。常见做法是：在 DUT 参考面接入校准件，测量 Open、Short、Load 三种状态，求解系统误差项，再对后续测量做修正。校准后应验证：在目标频段内回波损耗是否优于 15 dB，功率准确度是否在 ±0.5 dB 以内。

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