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高速测试挑战遽增 向量网路分析仪不可或缺
解决不同测试挑战

【作者: 王岫晨】2020年02月20日 星期四

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要满足现代化无线技术的测试,VNA是不可或缺的仪器。


VNA可用於验证设计模拟,来加速产品上市的时间。


在今天,VNA已经广泛应用於射频和高频的测试领域。



向量网路分析仪(VNA)是一种重要的测试仪器,目前用於协助开发无数的现代化无线技术与设备。在今天,VNA已经广泛应用於射频和高频的测试领域。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的时间。VNA就是用於验证这些设计模拟。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,而VNA可以快速准确地验证这些射频组件和装置的效能。然而,针对各种不同的测试目的,都存在着各种不同的挑战。


主动元件量测挑战

根据是德科技的网路分析仪应用白皮书指出,VNA能够用来进行特性分析和测试主动元件,例如放大器、混频器和频率转换器等。它们可以进行放大器的常规叁数量测,例如增益、相位压缩、隔离度、回波损耗和延迟等。谐波失真常用於了解放大器的非线性行为,接收器有时需要运作在与激发源不同的频率上。由於频率转换元件的输入频率和输出频率不同,例如混频器和频率转换器,因此想精确地对频率变换元件进行量测便具有很大的挑战性。


用於量测这些元件的网路分析仪必须具有频偏模式(FOM),才能够胜任量测这种输入频率和输出频率不相同的元件任务。有时,可能还需要使用其他仪器和信号调节元件来进行双音量测、大功率元件量测、杂讯系数量测、ACPR和EVM等其他类型的量测。因此,量测系统变得越来越复杂,经常完成一个放大器的量测需要进行多个不同的量测程序。


被动元件量测挑战

在高品质的通信系统中,高效能被动元件(例如滤波器、合成器、切换器和传输线)通常要求具备低涟波和低??入损耗,以及具有高抑制比。这些元件有时用於平衡电路,多个输入和输出埠会增加量测系统组态的复杂程度。高效能被动元件主要的量测挑战是尽快得到精确的资料。此外,多频带操作的特性分析也需要更宽广的量测频率范围。


高速串列互连分析量测挑战

随着数位系统的资料速率不断提高,互连的信号完整性对系统效能的影响也日渐扩大。实体层元件例如印刷电路板轨迹、连接器、电缆和IC封装的影响不能再被忽视。因此,快速精确的时域和频域互连效能分析,成为确保系统效能可靠性的关键。由於对多个测试系统进行管理并非一件容易的事情事,所以能够全面进行特性分析各种高速数位元件的单一测试系统,就成为测试人员的首选工具。


通用量测挑战

通用向量网路分析仪是教育机构和许多射频实验室必不可少的工具。使用者要求仪器在单端和差动输入与输出上,对各种被动式和主动元件的S叁数、功率或是材料叁数进行量测。元件通常具有2、3和4埠,必须在同轴、夹具或晶圆环境中进行量测主动元件,包括放大器、混频器和频率转换器等,这往往需要使用相当长的时间来完成所有必要叁数的量测。而且在通用环境与教育环境中,使用者不会每天使用测试设备,经常需要与其它小组一起共用。


制造量测挑战

降低测试成本是制造业正面临的首要挑战,测试成本受到多方面因素的影响。其中一个关键因素就是量测速率。VNA的量测时间由许多不同环节来决定,例如扫描速度、资料分析、显示处理和资料传输等。在多数情况下,分析仪必须将合格或不合格的测试结果发送至自动化系统中。扫描速度和资料分析速度对於大批量制造非常重要。此外,尽可能地缩短操作人员介入的时间、元件连接和校验时间,也都会影响量测的速率。测试站的初期采购成本、系统运行时间、维护成本以及效能升级成本等,也会影响整体的拥有成本。


安装与维护量测挑战

在户外使用网路分析仪的方式,基本上跟在实验室中的操作方式差不多。使用者需对缆线、滤波器等元件进行S叁数量测,以确定元件的特性与效能。两种量测的主要不同之处,在於对网路分析仪硬体的需求。对於现场量测而言,仪器的便携性是个很大的难题。使用测试车装载桌上型仪器,或是设法把桌上型仪器放置在狭小的空间内(例如航空器上)都非常困难,而电源的放置同样也很不容易。因此,现场量测需要采用以电池供电的可携式分析仪。


此外,相对於室内稳定的温度,户外的天气状况复杂多变,所用的设备必须要能够应对这些气候的变化。VNA在户外应用时经常被搬来搬去,因而必须坚固耐用。最後需注意的是,现场量测结果必须与实验室中所得到的结果相匹配,并具备相近的准确度。


结语

无论是测试主动元件还是被动元件,速度和效能的适当组合,都可以为测试过程增添竞争优势。目前许多量测大厂都推出了向量网路分析仪相关解决方案,包括是德科技、罗德史瓦兹、安立知、太克科技与国家仪器等。向量网路分析仪的量测完整性,能够把深层次的理念转换为出众的设计。随着各家量测厂商陆续推出经济高效的VNA仪器,提供测试人员所需的量测速率和可重复性,能将所有的设计转变为具有竞争力的产品。VNA针对线性和非线性元件特性进行深层的分析,不论是在工作台、机架上或在现场测试,都能够帮助工程师获得更高的信心。


解决方案

是德科技PNA网路分析仪


图一 : 是德科技PNA网路分析仪
图一 : 是德科技PNA网路分析仪图片来源:keysight.com

是德科技:「协助工程师将洞察力转变成出色的设计!」


是德科技(Keysight)PNA 网路分析仪使用展频器,让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、效能和价格的组合。在研发阶段提供量测完整性,以协助工程师将深入的洞察力转变成出色的设计。在生产线上提供需要的测试速率和可重复性,以便将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的专业知识累积。


安立知模组化光电网路分析仪


图二 : 安立知模组化光电网路分析仪
图二 : 安立知模组化光电网路分析仪图片来源:anritsu.com

安立知:「让工程师设计出最隹的光电解决方案!」


ME7848A模组化系统能够让工程师设计出最隹光电解决方案,并透过提高首次生产量加快产品上市速度。除了工作频率高达40GHz及70Ghz的VectorStar VNA之外,该解决方案还包括MN4765B O/E校准模组检测器与MN4775A E/O调制器。由於该系统为模组化系统,因此可在必要时增加E/O调制器,以提高成本效率。透过增加适当的O/E校准模组或E/O转换器,该系统可在不同波长下使用。藉由使用MN4765B进行校准,VNA便可针对不同波长进行重新配置,无需额外的VNA来适应各种波长。


罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪


图三 : 罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪
图三 : 罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪图片来源:rohde-schwarz.com

罗德史瓦兹:「这部仪器可以让量测变得更容易与简单!」


新一代的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及R&S ZNA43,提供146 dB的量测动态范围,在1 kHz中频频宽下的曲线杂讯低至0.001 dB。这些特点对於高抗拒滤波器的量测至关重要。R&S ZNA可以同步执行RF和IF混频器量测,量测速度是传统方式的两倍快。透过高达100 dB之功率扫描范围、每个测试端囗的脉冲产生器和调变器、多种交互调变量测功能和频谱分析仪等功能,让量测变得更容易与简单。


NI PXIe-5632向量网路分析器


图四 : NI PXIe-5632向量网路分析器
图四 : NI PXIe-5632向量网路分析器图片来源:ni.com

国家仪器:「可为向量网路分析作业建立完整解决方案!」


国家仪器向量网路分析仪,包含NI PXIe-5630向量网路分析仪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。透过弹性的LabVIEW图形化开发环境,与LabWindows/CVI的ANSI C程式设计介面,即可建立自动化的测试作业,将网路分析功能整合至设计、检验,与生产作业中。而透过人机介面,即可互动控制NI PXIe-5630以执行既有的校准与量测。在专属的软体定义架构之下,只要下载现成的LabVIEW程式码,即可新增NI PXI-2598切换器以进行反向S-parameter量测。


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