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新一代通訊挑戰 網路分析儀輕鬆解決
常用的網路量測都有他的身影

【作者: 王岫晨】   2017年08月30日 星期三

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放眼今天的網路分析儀,已經廣泛用於描述各種「網路」的工具。例如,今天的大多數人都擁有在 3G 或 4G「網路」上運作的手機。此外,一般人生活中的大部分住家、辦公室和商業場所,都有 Wi-Fi 或無線網路。此外,許多電腦和伺服器都設定在與雲端連接在一起的網路中。對於這些網路,均存在一個可驗證效能、地圖覆蓋區域和識別問題區域的網路分析儀工具。


回顧過去,第一個網路分析儀在1950年左右發明,被定義為量測電子網路的網路參數的儀器。事實上,多年來網路分析儀已用來協助開發上述相關的所有網路技術。從手機網路到Wi-Fi網路,到電腦網路和雲端,今天所有最常用的網路技術,皆可使用60年前首次發明的網路分析儀進行量測。


網路分析儀應用場合

目前所有無線解決方案均具有發射器和接收器,且通常都會包含許多射頻和微波組件。這不僅包括智慧手機和無線網路,還包括連線的汽車和物聯網等裝置。此外,現今的網路還能以更高的頻率運作,而且在射頻和微波頻率上傳遞訊號。


基本上,網路分析儀可用於測試組件規格並驗證設計模擬,以確保系統及其組件可正常運作。研發工程師和製造測試工程師,通常在產品開發的各個階段使用網路分析儀。組件設計人員需要驗證其組件的效能,例如放大器、濾波器、天線、電纜、混波器等,而系統設計人員則需要驗證其組件規格,以確保系統的效能可達到其子系統和系統規格。生產線則使用網路分析儀來確保所有產品在出貨以供客戶使用之前均符合要求。在某些情況下,網路分析儀甚至可用於現場操作,以驗證部署的射頻和微波系統,並進行相關的疑難排解。


向量網路分析儀

網路分析儀有四個主要的規格是必須考量的,這包括:頻率範圍、動態範圍、軌跡雜訊和量測速度。

網路分析儀(network analyzer)是一種廣泛應用在微波工業上的儀器,主要用以量測線性微波網路的特性。一般而言,網路分析儀可分為純量型(scalar network analyzer)和向量型(vector network analyzer;VNA)兩類。純量型網路分析儀只能量測信號的大小,所以它僅能量測如反射係數的絕對值、VSWR等只具有大小的物理量。至於向量型網路分析儀則可以同時量測信號的大小(magnitude)及相位(phase),所以它不僅可以量測具有大小的物理量,還可以量測如輸入阻抗、反射係數、頻率響應等具有大小及相位的物理量。


向量網路分析儀(VNA)是一種重要的測試儀器,主要用於協助開發了許多新型的現代無線技術與設備。今天的VNA已經廣泛用於射頻和高頻應用。在設計應用中,設計人員會透過模擬來,減少實體原型的迭代,目的在於加速上市時間,VNA主要用途就是用於驗證這些設計模擬。在製造應用中,射頻組件或裝置則會根據一組規格進行組裝和測試,VNA可以快速且準確地驗證這些射頻組件和裝置的效能。



圖一 :  網路分析儀可用於驗證組件、子系統和系統級效能。(source:Tektronix.com)
圖一 : 網路分析儀可用於驗證組件、子系統和系統級效能。(source:Tektronix.com)

以圖一為例,圖中右側的上混波器擷取IF訊號,並將其與振盪器(VCO)混合以產生射頻訊號,其訊號轉換成新頻率的效果如何?是否會產生不需要的訊號?驅動混波器最有效的功率位準又是多少?而如果從系統設計的角度來看,有多少訊號通過射頻板和離開天線?在接收端,雙工器在發送和接收訊號之間提供的隔離多有效?所有這些問題,其實都可以使用網路分析儀來得到答案。


網路分析儀基本需求

工程師在確定對網路分析儀的需求時,需要考慮幾個關鍵規格。雖然網路分析儀有許多不同的功能規格,但是有四個主要的規格是必須考量的,這包括:頻率範圍、動態範圍、軌跡雜訊和量測速度。


頻率範圍是第一個也是最關鍵的規格考量。所以,在決定頻率範圍時,最好不僅要考慮即時需求,還要考慮潛在的未來需求。此外,當所有待測物均具有指定的操作頻率時,對於某些待測物來說,可能還需要考慮諧波頻率。主動式組件(例如放大器、轉換器和混波器等)可能需要在其操作頻率的2至5倍的諧波頻率下進行測試。濾波器和雙工器也可能需要在其通帶諧波下進行測試。雖然可能需要較高的頻率範圍,但最大頻率範圍卻可以作為網路分析儀的主要成本因素來加以考量。


結語

網路分析儀可以用來協助開發許多現代的通訊技術。向待測裝置(或DUT)及多個接收器提供已知的刺激訊號來量測回應,網路分析儀會形成閉合迴路,使其能夠非常準確地量測組件的電氣量級和相位回應。由於其獨特的使用者校準功能,使得網路分析儀成為可用的最準確射頻測試儀器之一,可減少電纜、轉接器和其他測試設備的影響,來仔細隔離待測物效能。


網路分析儀也可測試組件規格並驗證設計模擬。利用這種準確的特性分析層級,系統工程師可以研究電路或系統級設計,並放心地確定其設計將按預期運作,不論是設計階段或製造階段,都可以得到更相符的測試結果。


(本文參考資料:太克科技VNA基礎介紹)


解決方案

羅德史瓦茲全新多埠向量網路分析儀ZNBT20

羅德史瓦茲:「這是第一台具備多測試埠的向量網路分析儀!」


羅德史瓦茲(R&S)新推出的ZNBT20 是第一台具備多個測試埠的向量網路分析儀,在微波範圍內提供多達16個測試埠。ZNBT20承襲R&S ZNBT8的硬體架構設計,並將頻率範圍擴展至20 GHz;使用者能定義並同時進行多組設備測試,使生產速度大幅提升。R&S ZNBT網路分析儀每埠皆為獨立的測試埠且具量測效能。


R&S 擴大了ZNBT向量網路分析儀之頻率範圍達20 GHz。R&S ZNBT20具備100 kHz的起始頻率並內建多達16個測試埠,提供快速的掃描時間和優異的RF測試效能。R&S ZNBT20是一款真正的多埠向量網路分析儀,可同時驅動所有測試埠,毋須透過內部切換的方式就能進行平行測量控制,如此就能大幅地增加產能,這點在生產測試應用中尤其重要。



圖二 : 羅德史瓦茲多埠向量網路分析儀ZNBT20
圖二 : 羅德史瓦茲多埠向量網路分析儀ZNBT20圖片來源:rohde-schwarz.com

是德科技PNA網路分析儀

是德科技台灣區總經理張志銘:「PNA系列是速度、效能和價格的完美組合!」


PNA 系列是是德科技 45 年來深耕網路分析領域的精湛成果,樹立了微波元件測試之效能、速度、精確度、通用性的新標竿。PNA 系列包括下列產品:


‧ PNA-L 系列—專為測試被動元件、放大器和變頻器而設計,可執行 S 參數和簡單的非線性測試;


‧ PNA 系列—業界效能最佳的網路分析儀,為被動與主動元件測試提供許多先進量測應用;


‧ PNA-X 系列—是德最高階、最靈活的網路分析儀,單機與單一連接就能進行完整的線性與非線性元件特性分析。



圖三 : 是德科技PNA網路分析儀
圖三 : 是德科技PNA網路分析儀圖片來源:keysight.com

Anritsu高階向量網路分析儀VectorStar系列

安立知:「VectorStar可幫助工程師研發最先進的設計!」


VectorStar系列是 Anritsu 的高階向量網路分析儀系列,在現代化工作平台上提供最出色的整體效能。MS4640B VectorStar 向量網路分析儀在單一儀器中提供 70 kHz ~ 70 GHz 的最寬頻率範圍,不僅支援高達 70 GHz 的頻率覆蓋範圍,低頻端更可提供加倍的效能。


IMDView提供靈活的選單欄,可於修改關鍵 IMD 參數時,同時顯示實時量測。其內部組合選項提供在單一連接中 S 參數及 IMD 量測之間變換的能力,無需重新連接 DUT。


PulseView(脈衝檢視)組合創新式中頻 (IF) 數位化選項,能夠提供業界領先的 2.5 ns 脈衝解析度和 100 dB 動態範圍,具可變的占空比 (duty cycle),可維持相同的動態範圍。PulseView 能夠提供脈衝度量的即時顯示,且能夠同時為即時的設計驗證動態變更脈衝參數。


DifferentialView(差動檢視)組合內部雙源選項,能夠提供差動設備、驅動程式和元件的即時顯示分析,且同時能夠主動修改內部雙源的相位和幅度關係。



圖四 : Anritsu高階向量網路分析儀VectorStar系列
圖四 : Anritsu高階向量網路分析儀VectorStar系列圖片來源:anritsu.com

NI PXIe-5632向量網路分析器 (VNA)

國家儀器技術行銷經理潘建安:「NI向量網路分析儀可提供精準的RF效能!」


NI 針對精巧的模組化 PXI 平台提供了向量網路分析儀 (VNA) 功能。NI 向量網路分析儀搭載精巧的 PXI 機型,可提供極為精準的 RF 效能,還能縮短測試時間;有助於使用不同的 RF 與混合訊號 I/O 儀器,並且順利整合至測試系統。


雙埠式 NI PXIe-5632 的頻率範圍高達 8.5 GHz,來源功率則是 -30 dBm ~ +15 dBm,並且配備雙源架構、來源存取迴路與低延遲觸發功能。全功能的 NI VNA 軟人機介面、NI LabVIEW 或 NI LabWindows/CVI API 可用來執行精確的自動/手動校準,並且快速進行量測作業。


有了 NI PXIe-5632 即可於設計檢驗與生產線上分析網路,不需要昂貴又龐大的傳統網路分析器。NI PXIe-5632 之類的向量網路分析器 (VNA) 可量測裝置的強度、相位、阻抗。由於網路分析器屬於封閉式的激發響應系統,因此可透過絕佳的精確度測得 RF 的特性參數。



圖五 : NI PXI平台
圖五 : NI PXI平台圖片來源:ni.com

Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀

太克科技:「我們以一貫的準確性和可信度,在獲得量測能力的同時也兼顧預算!」


除了擁有更好的功能支援和品質,也兼具易用性和經濟性。Tektronix TTR500系列雙連接埠、雙路徑向量網路分析儀是新推出的產品,不僅比業界其他的桌上型產品價格低於40%,同時還擁有量測效能和便利性!憑藉 Tektronix 一貫的準確性和可信度,在獲得日常量測能力的同時,還能兼顧到預算。


TTR500系列比起其他競爭對手產品,擁有低於40%價格的優勢。其對動態範圍等主要參數提供更佳的射頻效能,並包括過去需要支付額外費用才能獲得的內建T型偏壓器。全新的TTR500系列VNA以經濟實惠的價格,為工程師提供6GHz的2埠VNA所有功能和效能。



圖六 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀
圖六 : Tektronix TTR500系列向量網路分析儀圖片來源:tektronix.com
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