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高频年代 网路分析仪的时代新任务
快速验证射频组件和装置效能

【作者: 王岫晨】2019年03月11日 星期一

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网路分析是指设计工程师和制造商,对复杂系统所用的元件和电路的电气效能进行量测的过程。当这些系统传送具有资讯内容的信号时,工程师最关心的是,如何以最高效率和最小失真,将信号从一处传递到另一处。向量网路分析藉由量测元件对频率扫描和功率扫描测试信号的振幅与相位的影响,来精确分析元件特性。


向量网路分析仪(VNA)是一种重要的测试仪器,已协助开发了无数的现代无线技术。今天,VNA则用於广泛的射频和高频应用。在设计应用中,设计人员会使用模拟来减少实体原型迭代以加速上市时间。VNA即是用来验证这些设计模拟的仪器。在制造应用中,射频组件或装置会根据一组规格进行组装和测试。VNA可以用来快速准确地验证这些射频组件和装置的效能。


向量网路分析仪的历史

在今日,「网路分析仪」一词可用於描述各种网路的工具。举例来说,在今日大多数的人都拥有能在4G网路上运作的手机。此外,我们的大部分住家、办公室与商业场所等,都有Wi-Fi或无线连结的网路。而许多电脑和伺服器也都设定在能与云端连接在一起的网路中。对於这些所谓的「网路」,均存在一个可验证效能、识别覆盖区域和问题区域的网路分析仪工具。第一个网路分析仪在1950年左右被发明出来,其被定义为量测电子网路叁数的仪器。可以说,多年来网路分析仪已用於协助开发上述所有的网路技术。从手机网路到Wi-Fi网路,再到电脑网路和云端,今天所有最常用的技术网路,基本上皆可使用60年前首次发明的网路分析仪来进行量测。


测试组件规格并验证模拟

所有无线解决方案都包含了发射器和接收器,且每个方案也都包含许多射频和微波组件。这不仅广泛见於智慧型手机和WiFi网路,既使连网汽车和物联网装置也都是如此。此外,现今的电脑网路还能以高频运作,并且同时在射频和微波频率上传递讯号。


在这样的状况下,网路分析仪就可用於测试组件规格并验证设计模拟,以确保系统及其组件可正常运作。研发工程师和制造测试工程师通常都会在产品开发的各个阶段使用网路分析仪。组件设计人员需要验证其组件的效能,例如放大器、滤波器、天线、电缆、混波器等,而系统设计人员则需要验证其组件规格,以确保系统的效能可达到其子系统和系统规格。生产线则使用网路分析仪来确保所有产品在出货之後,以及供客户使用之前,均能符合要求。在某些情况下,网路分析仪甚至可用於现场操作,以验证部署的射频和微波系统,并进行相关的疑难排解。


网路分析仪与频谱分析仪

有些设计工程师可能拥有网路分析仪或频谱分析仪的使用经验;有些则可能是射频测试的新手,也不熟悉这些仪器。一般来说,网路分析仪和频谱分析仪是两种最常用的射频测试仪器。但是网路分析仪和频谱分析仪究竟有什麽区别,什麽时候会需要其中一种仪器,或两种仪器都需要?基本上,在测试的一开始,首先就要考虑需要量测什麽类型的讯号。当量测数位调变讯号时,频谱分析仪将会是首选仪器。例如,若目标是量测Wi-Fi和LTE讯号的效能,则只有频谱分析仪可以执行这些量测。


网路分析仪包含了发射源和接收器。这使其能够使用已知的刺激来激发DUT,以及多个接收器来量测其回应。网路分析仪可具有多个通道和连接埠,允许其接收器同时量测DUT的输入和输出。而频谱分析仪则通常用於量测可能是透过天线或组件输出在空中传输的未知讯号。此类仪器也倾向於单通道仪器,一次只能量测DUT的一个输出。另一方面,网路分析仪不会量测讯号,而是量测被动或主动装置的固有射频特性。


使用已知的激发和多个接收器,网路分析仪就可以精确地量测DUT的振幅和相位特性。此向量资讯可让使用者进行完整的装置特性分析。使用向量误差校正也可以达到更大的准确度和动态范围。此独特的使用者校准能力使网路分析仪能够排除电缆、转接器和夹具的影响。有些频谱分析仪还提供了内建的追踪产生器(SA w/TG),从而使其具有与网路分析仪相同的功能。从根本上说,网路分析仪的工作方式与SA w/TG的工作方式相同。


综观来看,两种仪器解决方案的关键区别在於网路分析仪可使用多个接收器来量测比例的量测。SA w/TG非常适合单连接埠反射量测,也可执行校正程序。然而,对於使用SA w/TG进行的传输量测,虽可进行量测,但其准确度无法与网路分析仪相提并论。主要的原因,是因为完整的双连接埠误差校正程序只能在网路分析仪上进行。除此之外,大多数SA w/TG也不会显示相位资料,这在许多射频测试应用中却是至关重要的资讯。


结语

网路分析仪可以用来协助开发许多现代技术。向DUT待测装置及多个接收器提供已知的刺激讯号来量测回应,网路分析仪会形成闭合??路,使其能够非常准确地量测组件的电气量级和相位回应。由於其独特的使用者校准,网路分析仪是可用的最准确射频测试仪器之一,可减少电缆、转接器和其他测试辅助装置的影响,来仔细隔离待测物效能。网路分析仪会测试组件规格并验证设计模拟。利用这种准确的特性分析层级,系统工程师可以研究电路或系统级设计,并放心地确信其设计将按预期运作,不论是设计阶段或制造阶段。


(叁考资料:太克科技VNA入门手册)


解决方案

太克科技TTR500系列向量网路分析仪


图1 : 太克科技TTR500系列向量网路分析仪
图1 : 太克科技TTR500系列向量网路分析仪source:tektronix.com

太克科技:「这款仪器拥有卓越的功能支援和品质,兼具易用性和经济性!」


Tektronix TTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪是新推出的突破性产品,拥有绝隹的量测效能和便利性!凭藉Tektronix一贯的准确性和可信度,在获得日常量测能力的同时兼顾您的预算。TTR500提供领先业界的价格和效能,从100kHz至6GHz的频率范围。由於超过122分贝动态范围和低於0.008分贝RMS轨迹杂讯,TTR500的效能类似於昂贵的传统工作台VNA。TTR500A系列VNA包括一系列技术和专利进展,可让我们在射频效能、尺寸、可靠与成本之间扭转许多传统的衡量标准。


是德科技PNA网路分析仪


图2 : 是德科技PNA网路分析仪
图2 : 是德科技PNA网路分析仪source:keysight.com

是德科技:「无论是在工作台、机架中,或是野外,我们可全面增强您的量测自信度!」


世界各地超过70%的工程团队全都选择使用是德科技分析仪,因为我们可协助您:使用PNA-X/PNA/PNA-L获得卓越性能(高达120GHz,使用展频器可扩展至1.5 THz)。使用展频器,PNA和PNA-X频率可扩展到1.5THz。共有3个PNA系列可供选择,以获得速度、效能和价格的完美组合。在研发阶段提供一流的量测完整性,以协助您将深入的洞察力转变成出色的设计;在生产线上提供您需要的测试速率和可重复性,以便将卓越设计转变成具竞争力的产品;每一款机型都是是德科技线性和非线性元件特性分析专业知识的结晶。


R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪


图3 : R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪
图3 : R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪source:R&S.com

罗德史瓦兹:「这款仪器具有出色的射频性能和独特的硬体设计概念!」


罗德史瓦兹(R&S)推出R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪,可简化量测设置。其出色的量测稳定性和低量测曲线杂讯让使用者能够对主动和被动元件和模组进行严格的量测。凭藉以待测物为中心的操作方式、全球第一款完全采用触控操作的创新设计,R&S ZNA 向量网路分析仪可将量测的设置时间缩到最短。


R&S ZNA高阶向量网路分析仪是一款功能强大的通用测试平台,用於量测主、被动待测物之特性。R&S ZNA目前共有两种型号R&S ZNA26 (10 MHz至26.5 GHz) 及R&S ZNA43 (10 MHz至43.5 GHz) ,提供146 dB (一般值)的量测动态范围,在1 kHz中频(IF)频宽下的曲线杂讯低至0.001 dB。这两个优异的特点对於高抗拒滤波器的量测至关重要。


NI向量网路分析仪(VNA)


图4 : NI向量网路分析仪(VNA)
图4 : NI向量网路分析仪(VNA)source:ni.com

国家仪器:「PXI向量网路分析仪可提供高准确度且迅速的RF量测效能。」


NI向量网路分析仪(VNA)为10MHz~6GHz的完整向量网路分析系统。PXI向量网路分析器配备2个连接埠,因此可以择一选用T/R测试模组或是完整的S叁数功能。PXI向量网路分析器支援自动化精确校准、完整向量分析与叁考平面扩充,因此适合做为检验与生产作业的向量网路分析解决方案,并省下传统桌上型VNA的高价位与庞大体积。这些模组可顺畅整合至测试系统中,以提供高准确度且迅速的RF量测效能。预先设定的NI向量网路分析仪(VNA)入门组合,包含NI PXIe-5630向量网路分析仪(VNA)与所有必备的硬体元件,可为向量网路分析作业建立完整的解决方案。


安立知2埠E-band向量网路分析仪


图5 : 安立知2埠E-band向量网路分析仪
图5 : 安立知2埠E-band向量网路分析仪图片来源:anritsu.com

安立知:「这是最经济的高频测试解决方案!」


安立知的ShockLine系列拥有2埠的E-bandVNA机种,这是透过安立知的VNA技术,整出两个升频的模组。安立知透过自身的技术,让双埠VNA可以直接拥有E-band功能,并可从原本支援的60~70GHZ,延伸到55~92GHZ,这也是目前市面上2埠到4埠VNA机型中,最经济的量测解决方案。特别是在60GHZ这个频段,现在常用的高解析影像,就是使用60GHZ这个频段。如果频率再往上的话,就可以看到无线通讯应用的新趋势,也就是点对点的微波系统,这将会从Ka-Band升频到大概80GHZ附近的频率。而这款E-BAND专用的VNA可以直接提供客户量测该频段设备的能力。


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