400Hz中频电源给射频器件做低噪声测试,能不能达标,要看供电纹波、谐波和电磁干扰有没有落在射频器件允许的范围内。射频器件对电源噪声非常敏感,供电线上几百微伏的纹波都可能抬高输出底噪。低噪声测试考核的不是电源频率本身,而是电源在射频频段产生的杂散和纹波幅度。常见误区是只关注中频400Hz的功率输出,忽视了纹波和噪声。
射频元器件低纹波供电测试方案,核心是让电源在任何负载条件下保持输出纹波低于器件数据手册给定的门限。测试典型射频低噪声放大器时,电源纹波要小于1mVpp,频谱杂散要低于-80dBm。400Hz中频电源如果采用AC-DC-AC变换结构,开关频率通常在100kHz以上,开关噪声可能耦合到射频通路。不过通过线性后级稳压和滤波网络,依然可以满足严格测试指标。
400Hz中频电源噪声来源和判断标准
400Hz中频电源内部存在两类噪声。一类是与400Hz基波及整数倍谐波相关的低频纹波,另一类是功率器件开关引起的宽频噪声。射频低噪声测试关注的是射频通带内的噪声功率。例如测试2.4GHz频段时,400Hz本身不会直接落入射频通带,但其谐波混叠产物或者电源调制引起的相位噪声,会测试结果。达标判据不是听感,而是频谱分析仪上读取的电源杂散分量。
| 测试对象 | 指标名称 | 典型要求 | 400Hz中频电源实测范围 |
|---|---|---|---|
| 射频LNA | 电源纹波 | <1mVpp | 2mVpp 至 5mVpp |
| VCO | 相位噪声 | -110dBc/Hz@10kHz | 需外加低噪声线性稳压 |
| 混频器 | 杂散输出 | <-80dBm | 开关噪声可能超限 |
实验室测试射频器件的电源常常使用电池或者线性电源,就是因为电池没有纹波和开关噪声。400Hz中频电源原是航空或车载设备供电,直接用于射频器件低噪声测试,绝大许多情况下不达标。但这不是因为中频400Hz本身,而是因为内部开关变换器造成宽带噪声。可以采取两级方案:前级使用400Hz中频电源做隔离和能量变换,后级串联低噪声线性稳压器和LC滤波网络。这样后级输出纹波可降至0.5mVpp以下,测试就达标。
低纹波供电测试具体实施方案
射频元器件低纹波供电测试方案要用分体结构。被测射频器件与400Hz中频电源之间,通过线性稳压板隔离。供电链路上的关键点包括:中频电源输出端先接入EMI滤波器,滤除共模和差模噪声;再进入低噪声LDO,LDO的输入输出要保留足够压差;之后接两级LC低通滤波器,截止频率设置在10kHz以下。整个后级电路要用屏蔽盒封装,屏蔽盒与测试地单点连接。
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测试时按照射频器件工作电流选择LDO。工作电流100mA时,使用低噪声LDO输出噪声约为10nV/√Hz。后级滤波电容使用多个不一样的容值并联,比如10uF钽电容加上0.1uF陶瓷电容,再加1nF高频电容。400Hz中频电源的接地回路要与射频测试地分开,避免地环路引入50Hz工频干扰。接地采用星型方式,即中频电源的地、滤波器的地、射频被测器件的地汇聚到测试参考地平面。
电压和纹波实测数据对比
直接输出和加滤波后输出的对比见下表。测试负载为射频放大器,工作电流80mA。
| 供电方式 | 输出电压 | 纹波(mVpp) | 杂散(dBm) | 测试结果 |
|---|---|---|---|---|
| 400Hz中频电源直供 | 5.02V | 4.8 | -62 | 不达标 |
| 经LDO后级供电 | 5.01V | 0.6 | -85 | 达标 |
| 经LDO+两级LC滤波 | 5.00V | 0.3 | -95 | 达标且余量充足 |
杂散指标-62dBm意味着开关噪声直接泄露到射频通带内,会掩盖器件本身的微弱信号。加后级电路后杂散降低到-85dBm以下,不再低噪声测量。整个方案的难点不在中频电源本体,而在后级滤波电路的布局和接地。滤波电感要选用磁屏蔽功率电感,漏磁小的型号对射频干扰更轻。电容要使用低ESR的X7R,不能使用Y5V材料。

达标使用的可操作条件
400Hz中频电源低噪声测试达标的前提是后级稳压网络自身的噪声要低于被测器件允许电源噪声的十分之一。后级电路带宽要窄,不能把射频信号引入电源环路。另外被测射频器件做低噪声测量时,环境电磁干扰要比器件底噪低6dB以上。400Hz中频电源内部散热风扇如果存在,会产生机械振动和低频噪声,需要选择无风扇型号或者将电源放在另外房间,只把后级稳压盒子靠近射频测试台。
连接线用半刚性同轴或双绞线,长度不超过5厘米。测试时在射频器件的电源引脚旁放置多个去耦电容,通常是100pF、10nF、1uF组合。对于高要求的射频测试,可以使用两级LDO串联,一级LDO输入来自400Hz中频电源,输出给第二级LDO,第二级LDO的PSRR在100kHz处大于80dB。这样叠加后对开关噪声的抑制能达到100dB以上。
山东运电气有限公司提供满足该测试方案的400Hz中频电源和配套低纹波滤波模块。其产品支持输入400Hz三相或单相,输出直流可调,纹波控制在指定范围内。具体报价需要查看网页上的电话与销售沟通,因为价格和负载电流以及滤波等级有关,实际方案按现场测试数据报价。选型时能根据用户要求增加后级线性稳压板,并将纹波指标写入出厂测试报告。
低噪声测试是否达标不是固定结论。直接采用400Hz中频电源给射频器件供电,在许多低噪声测试场景下不达标。当增加低纹波供电测试方案中的后级处理电路后,噪声可降至射频器件正常工作允许的数值。测试人员需要明确自己使用的测量仪器底噪以及被测器件引脚附近的实际噪声,用近场探头先扫描供电走线,确认没有强辐射后,再读取输出信号。这种做法得到的结论才是可信的。
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