使用Agilent矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀解決射頻和微波測(cè)量領(lǐng)域的難題

多端口測(cè)試系統(tǒng)提供更高測(cè)試速度和更高精度

多端口測(cè)試系統(tǒng)與多端口被測(cè)件間只需進(jìn)行一組連接即可完成多個(gè)測(cè)量，它的測(cè)試時(shí)間與傳統(tǒng)的雙端口VNA相比具有顯著的降低。最初的多端口VNA測(cè)試系統(tǒng)只是一個(gè)位于VNA測(cè)試端口上的開關(guān)矩陣。該方法雖然操作簡(jiǎn)單，而且經(jīng)濟(jì)高效，但無法在高頻率條件下提供現(xiàn)代化設(shè)備需要的高性能。使用基于耦合器的測(cè)試儀是一個(gè)更好的辦法，該測(cè)試儀的每個(gè)測(cè)試端口上都帶有定向耦合器。將信號(hào)發(fā)送回VNA所需的開關(guān)位于耦合器和VNA接收機(jī)之間。這些測(cè)試儀具有更佳的靈敏度和更高的穩(wěn)定性，這對(duì)于微波頻率上的測(cè)量尤其重要。

測(cè)試儀中的開關(guān)可以是電子開關(guān)也可以是機(jī)械開關(guān)。電子開關(guān)具有更高的開關(guān)速度和無限的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，但損耗較大、功率處理能力有限，而且價(jià)格昂貴，在測(cè)試端口達(dá)到12個(gè)或更多時(shí)操作更加復(fù)雜。機(jī)械端口具有最佳的射頻特性：損耗低、功率處理能力高,而且價(jià)格比電子開關(guān)低。其主要缺點(diǎn)在于開關(guān)觸點(diǎn)的使用壽命有限。高可靠性開關(guān)通常能夠使用5百萬次或更多，在大批量生產(chǎn)的應(yīng)用中開關(guān)的使用壽命會(huì)縮短至1年以內(nèi)。安捷倫可以提供基于電子和機(jī)械開關(guān)的測(cè)試儀。開關(guān)的選擇依頻率范圍、端口數(shù)量和應(yīng)用需求而異。許多測(cè)試儀擁有額外的開關(guān)，能夠?qū)ζ渌�元器件，例如信�?hào)合成器或噪聲系數(shù)分析儀類的測(cè)試設(shè)備，進(jìn)行開關(guān)操作。這些額外的開關(guān)有助于提高整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈活性。

多端口測(cè)試系統(tǒng)的誤差校正是整個(gè)解決方案的關(guān)鍵部分�；�本的VNA校準(zhǔn)程序校正被測(cè)路徑中的所有系統(tǒng)誤差。在多端口設(shè)備中，如果測(cè)試端口的負(fù)載匹配不在被測(cè)路徑上，將導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量誤差。測(cè)試端口越多，潛在的誤差就越大。出現(xiàn)的誤差總數(shù)與被測(cè)件各端口間的隔離程度有關(guān)。不管測(cè)量路徑中使用哪些端口，現(xiàn)代VNA都能夠校正所有由測(cè)試端口引起的性能下降。這種校正稱作N端口誤差校正，其中N是被測(cè)件和測(cè)試系統(tǒng)的端口數(shù)量。N端口誤差校正能提供最佳的精度，代價(jià)是掃描次數(shù)較多，測(cè)試時(shí)間較長。對(duì)于端口間隔離程度較低的設(shè)備或端口間隔離程度較高但需測(cè)量驗(yàn)證的設(shè)備，需要進(jìn)行N端口校正。例如功率分離器、混合器、開關(guān)和隔離器/多路復(fù)用器的組合。

新興的進(jìn)行N端口誤差校正的應(yīng)用是物理層結(jié)構(gòu)或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)后面板中連接器串?dāng)_的測(cè)量，以及多芯網(wǎng)絡(luò)互連電纜間串?dāng)_的測(cè)量。例如，一對(duì)差分傳輸線就是一個(gè)基本的8端口設(shè)備。測(cè)量遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）時(shí)，在差分線路的一端發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，在另一端測(cè)量激勵(lì)的響應(yīng)。如果在FEXT測(cè)量中沒有執(zhí)行N端口誤差校正，則FEXT測(cè)試中沒有用到的4個(gè)端口的負(fù)載匹配就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。用戶還可以對(duì)兩個(gè)相鄰的"進(jìn)攻"差分線路之間的"受攻擊"差分線路進(jìn)行類似的串?dāng)_測(cè)量。這些測(cè)量需要12端口系統(tǒng)和12端口誤差校正。最先進(jìn)的物理層測(cè)試通常達(dá)50 GHz，有時(shí)可達(dá)67 GHz。

要縮短測(cè)量時(shí)間，多端口設(shè)備通常需要經(jīng)過若干組M端口測(cè)量的測(cè)試，其中M < N。例如，盡管移動(dòng)電話的前端模塊擁有8個(gè)或更多端口，測(cè)試時(shí)通常一次只測(cè)量3個(gè)或4個(gè)端口。這是因?yàn)橐粋�(gè)頻帶內(nèi)的元器件和另一個(gè)頻帶的元器件之間擁有充分的隔離。這時(shí)，只需執(zhí)行3端口或4端口誤差校正即可。在多端口測(cè)試系統(tǒng)中需要足夠的靈活性才能為被測(cè)件選擇合適的誤差校正水平。

總結(jié)

基于VNA的測(cè)試系統(tǒng)提供的核心測(cè)量引擎，可以測(cè)量現(xiàn)代無線通信和A/D系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)物理層中的射頻和微波元器件。兩個(gè)內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器在保持VNA高精度的同時(shí)，還能簡(jiǎn)化并提高放大器、混頻器和轉(zhuǎn)換器的測(cè)量速度。測(cè)試放大器時(shí)，該信號(hào)源可以測(cè)量S參數(shù)、增益壓縮和諧波，也可以生成測(cè)量IMD所需的信號(hào)。測(cè)試混頻器和轉(zhuǎn)換器時(shí)，一個(gè)信號(hào)發(fā)生器用于生成混頻器或轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)發(fā)生器用于提供LO信號(hào)。只需一套連接組件即可同時(shí)完成固定LO和掃描LO測(cè)量。

目前普遍使用的是4端口VNA，更高的集成水平提高了對(duì)擁有8個(gè)或更多測(cè)試端口的測(cè)試系統(tǒng)的需求。將VNA和由開關(guān)、耦合器和額外測(cè)試端口組成的外部測(cè)試儀進(jìn)行組合就可以滿足這種需求。采用N端口誤差校正，能使多端口測(cè)試系統(tǒng)的精度提高到VNA用戶所期望的雙端口誤差校正的精度水平。選擇誤差校正水平可以優(yōu)化測(cè)試任意特定設(shè)備所需的總體測(cè)量精度和測(cè)試時(shí)間。

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