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高頻年代 網路分析儀的時代新任務
快速驗證射頻組件和裝置效能

【作者: 王岫晨】   2019年03月11日 星期一

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網路分析是指設計工程師和製造商,對複雜系統所用的元件和電路的電氣效能進行量測的過程。當這些系統傳送具有資訊內容的信號時,工程師最關心的是,如何以最高效率和最小失真,將信號從一處傳遞到另一處。向量網路分析藉由量測元件對頻率掃描和功率掃描測試信號的振幅與相位的影響,來精確分析元件特性。


向量網路分析儀(VNA)是一種重要的測試儀器,已協助開發了無數的現代無線技術。今天,VNA則用於廣泛的射頻和高頻應用。在設計應用中,設計人員會使用模擬來減少實體原型迭代以加速上市時間。VNA即是用來驗證這些設計模擬的儀器。在製造應用中,射頻組件或裝置會根據一組規格進行組裝和測試。VNA可以用來快速準確地驗證這些射頻組件和裝置的效能。


向量網路分析儀的歷史

在今日,「網路分析儀」一詞可用於描述各種網路的工具。舉例來說,在今日大多數的人都擁有能在4G網路上運作的手機。此外,我們的大部分住家、辦公室與商業場所等,都有Wi-Fi或無線連結的網路。而許多電腦和伺服器也都設定在能與雲端連接在一起的網路中。對於這些所謂的「網路」,均存在一個可驗證效能、識別覆蓋區域和問題區域的網路分析儀工具。第一個網路分析儀在1950年左右被發明出來,其被定義為量測電子網路參數的儀器。可以說,多年來網路分析儀已用於協助開發上述所有的網路技術。從手機網路到Wi-Fi網路,再到電腦網路和雲端,今天所有最常用的技術網路,基本上皆可使用60年前首次發明的網路分析儀來進行量測。


測試組件規格並驗證模擬

所有無線解決方案都包含了發射器和接收器,且每個方案也都包含許多射頻和微波組件。這不僅廣泛見於智慧型手機和WiFi網路,既使連網汽車和物聯網裝置也都是如此。此外,現今的電腦網路還能以高頻運作,並且同時在射頻和微波頻率上傳遞訊號。


在這樣的狀況下,網路分析儀就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都會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之後,以及供客戶使用之前,均能符合要求。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。


網路分析儀與頻譜分析儀

有些設計工程師可能擁有網路分析儀或頻譜分析儀的使用經驗;有些則可能是射頻測試的新手,也不熟悉這些儀器。一般來說,網路分析儀和頻譜分析儀是兩種最常用的射頻測試儀器。但是網路分析儀和頻譜分析儀究竟有什麼區別,什麼時候會需要其中一種儀器,或兩種儀器都需要?基本上,在測試的一開始,首先就要考慮需要量測什麼類型的訊號。當量測數位調變訊號時,頻譜分析儀將會是首選儀器。例如,若目標是量測Wi-Fi和LTE訊號的效能,則只有頻譜分析儀可以執行這些量測。


網路分析儀包含了發射源和接收器。這使其能夠使用已知的刺激來激發DUT,以及多個接收器來量測其回應。網路分析儀可具有多個通道和連接埠,允許其接收器同時量測DUT的輸入和輸出。而頻譜分析儀則通常用於量測可能是透過天線或組件輸出在空中傳輸的未知訊號。此類儀器也傾向於單通道儀器,一次只能量測DUT的一個輸出。另一方面,網路分析儀不會量測訊號,而是量測被動或主動裝置的固有射頻特性。


使用已知的激發和多個接收器,網路分析儀就可以精確地量測DUT的振幅和相位特性。此向量資訊可讓使用者進行完整的裝置特性分析。使用向量誤差校正也可以達到更大的準確度和動態範圍。此獨特的使用者校準能力使網路分析儀能夠排除電纜、轉接器和夾具的影響。有些頻譜分析儀還提供了內建的追蹤產生器(SA w/TG),從而使其具有與網路分析儀相同的功能。從根本上說,網路分析儀的工作方式與SA w/TG的工作方式相同。


綜觀來看,兩種儀器解決方案的關鍵區別在於網路分析儀可使用多個接收器來量測比例的量測。SA w/TG非常適合單連接埠反射量測,也可執行校正程序。然而,對於使用SA w/TG進行的傳輸量測,雖可進行量測,但其準確度無法與網路分析儀相提並論。主要的原因,是因為完整的雙連接埠誤差校正程序只能在網路分析儀上進行。除此之外,大多數SA w/TG也不會顯示相位資料,這在許多射頻測試應用中卻是至關重要的資訊。


結語

網路分析儀可以用來協助開發許多現代技術。向DUT待測裝置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,網路分析儀是可用的最準確射頻測試儀器之一,可減少電纜、轉接器和其他測試輔助裝置的影響,來仔細隔離待測物效能。網路分析儀會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,並放心地確信其設計將按預期運作,不論是設計階段或製造階段。


(參考資料:太克科技VNA入門手冊)


解決方案

太克科技TTR500系列向量網路分析儀


圖1 : 太克科技TTR500系列向量網路分析儀
圖1 : 太克科技TTR500系列向量網路分析儀source:tektronix.com

太克科技:「這款儀器擁有卓越的功能支援和品質,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突破性產品,擁有絕佳的量測效能和便利性!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兼顧您的預算。TTR500提供領先業界的價格和效能,從100kHz至6GHz的頻率範圍。由於超過122分貝動態範圍和低於0.008分貝RMS軌跡雜訊,TTR500的效能類似於昂貴的傳統工作台VNA。TTR500A系列VNA包括一系列技術和專利進展,可讓我們在射頻效能、尺寸、可靠與成本之間扭轉許多傳統的衡量標準。


是德科技PNA網路分析儀


圖2 : 是德科技PNA網路分析儀
圖2 : 是德科技PNA網路分析儀source:keysight.com

是德科技:「無論是在工作台、機架中,或是野外,我們可全面增強您的量測自信度!」


世界各地超過70%的工程團隊全都選擇使用是德科技分析儀,因為我們可協助您:使用PNA-X/PNA/PNA-L獲得卓越性能(高達120GHz,使用展頻器可擴展至1.5 THz)。使用展頻器,PNA和PNA-X頻率可擴展到1.5THz。共有3個PNA系列可供選擇,以獲得速度、效能和價格的完美組合。在研發階段提供一流的量測完整性,以協助您將深入的洞察力轉變成出色的設計;在生產線上提供您需要的測試速率和可重複性,以便將卓越設計轉變成具競爭力的產品;每一款機型都是是德科技線性和非線性元件特性分析專業知識的結晶。


R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀


圖3 : R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀
圖3 : R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀source:R&S.com

羅德史瓦茲:「這款儀器具有出色的射頻性能和獨特的硬體設計概念!」


羅德史瓦茲(R&S)推出R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀,可簡化量測設置。其出色的量測穩定性和低量測曲線雜訊讓使用者能夠對主動和被動元件和模組進行嚴格的量測。憑藉以待測物為中心的操作方式、全球第一款完全採用觸控操作的創新設計,R&S ZNA 向量網路分析儀可將量測的設置時間縮到最短。


R&S ZNA高階向量網路分析儀是一款功能強大的通用測試平台,用於量測主、被動待測物之特性。R&S ZNA目前共有兩種型號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)的量測動態範圍,在1 kHz中頻(IF)頻寬下的曲線雜訊低至0.001 dB。這兩個優異的特點對於高抗拒濾波器的量測至關重要。


NI向量網路分析儀(VNA)


圖4 : NI向量網路分析儀(VNA)
圖4 : NI向量網路分析儀(VNA)source:ni.com

國家儀器:「PXI向量網路分析儀可提供高準確度且迅速的RF量測效能。」


NI向量網路分析儀(VNA)為10MHz~6GHz的完整向量網路分析系統。PXI向量網路分析器配備2個連接埠,因此可以擇一選用T/R測試模組或是完整的S參數功能。PXI向量網路分析器支援自動化精確校準、完整向量分析與參考平面擴充,因此適合做為檢驗與生產作業的向量網路分析解決方案,並省下傳統桌上型VNA的高價位與龐大體積。這些模組可順暢整合至測試系統中,以提供高準確度且迅速的RF量測效能。預先設定的NI向量網路分析儀(VNA)入門組合,包含NI PXIe-5630向量網路分析儀(VNA)與所有必備的硬體元件,可為向量網路分析作業建立完整的解決方案。


安立知2埠E-band向量網路分析儀


圖5 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀
圖5 : 安立知2埠E-band向量網路分析儀圖片來源:anritsu.com

安立知:「這是最經濟的高頻測試解決方案!」


安立知的ShockLine系列擁有2埠的E-bandVNA機種,這是透過安立知的VNA技術,整出兩個升頻的模組。安立知透過自身的技術,讓雙埠VNA可以直接擁有E-band功能,並可從原本支援的60~70GHZ,延伸到55~92GHZ,這也是目前市面上2埠到4埠VNA機型中,最經濟的量測解決方案。特別是在60GHZ這個頻段,現在常用的高解析影像,就是使用60GHZ這個頻段。如果頻率再往上的話,就可以看到無線通訊應用的新趨勢,也就是點對點的微波系統,這將會從Ka-Band升頻到大概80GHZ附近的頻率。而這款E-BAND專用的VNA可以直接提供客戶量測該頻段設備的能力。


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