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使用Agilent矢量网络分析仪解决射频和微波测量领域的难题


多端口测试系统提供更高测试速度和更高精度

多端口测试系统与多端口被测件间只需进行一组连接即可完成多个测量,它的测试时间与传统的双端口VNA相比具有显著的降低。最初的多端口VNA测试系统只是一个位于VNA测试端口上的开关矩阵。该方法虽然操作简单,而且经济高效,但无法在高频率条件下提供现代化设备需要的高性能。使用基于耦合器的测试仪是一个更好的办法,该测试仪的每个测试端口上都带有定向耦合器。将信号发送回VNA所需的开关位于耦合器和VNA接收机之间。这些测试仪具有更佳的灵敏度和更高的稳定性,这对于微波频率上的测量尤其重要。

测试仪中的开关可以是电子开关也可以是机械开关。电子开关具有更高的开关速度和无限的使用寿命等优点,但损耗较大、功率处理能力有限,而且价格昂贵,在测试端口达到12个或更多时操作更加复杂。机械端口具有最佳的射频特性:损耗低、功率处理能力高,而且价格比电子开关低。其主要缺点在于开关触点的使用寿命有限。高可靠性开关通常能够使用5百万次或更多,在大批量生产的应用中开关的使用寿命会缩短至1年以内。安捷伦可以提供基于电子和机械开关的测试仪。开关的选择依频率范围、端口数量和应用需求而异。许多测试仪拥有额外的开关,能够对其它元器件,例如信号合成器或噪声系数分析仪类的测试设备,进行开关操作。这些额外的开关有助于提高整个测试系统的灵活性。

多端口测试系统的误差校正是整个解决方案的关键部分。基本的VNA校准程序校正被测路径中的所有系统误差。在多端口设备中,如果测试端口的负载匹配不在被测路径上,将导致严重的测量误差。测试端口越多,潜在的误差就越大。出现的误差总数与被测件各端口间的隔离程度有关。不管测量路径中使用哪些端口,现代VNA都能够校正所有由测试端口引起的性能下降。这种校正称作N端口误差校正,其中N是被测件和测试系统的端口数量。N端口误差校正能提供最佳的精度,代价是扫描次数较多,测试时间较长。对于端口间隔离程度较低的设备或端口间隔离程度较高但需测量验证的设备,需要进行N端口校正。例如功率分离器、混合器、开关和隔离器/多路复用器的组合。

新兴的进行N端口误差校正的应用是物理层结构或数字网络后面板中连接器串扰的测量,以及多芯网络互连电缆间串扰的测量。例如,一对差分传输线就是一个基本的8端口设备。测量远端串扰(FEXT)时,在差分线路的一端发出激励信号,在另一端测量激励的响应。如果在FEXT测量中没有执行N端口误差校正,则FEXT测试中没有用到的4个端口的负载匹配就会导致较大的误差。用户还可以对两个相邻的"进攻"差分线路之间的"受攻击"差分线路进行类似的串扰测量。这些测量需要12端口系统和12端口误差校正。最先进的物理层测试通常达50 GHz,有时可达67 GHz。

要缩短测量时间,多端口设备通常需要经过若干组M端口测量的测试,其中M < N。例如,尽管移动电话的前端模块拥有8个或更多端口,测试时通常一次只测量3个或4个端口。这是因为一个频带内的元器件和另一个频带的元器件之间拥有充分的隔离。这时,只需执行3端口或4端口误差校正即可。在多端口测试系统中需要足够的灵活性才能为被测件选择合适的误差校正水平。

总结

基于VNA的测试系统提供的核心测量引擎,可以测量现代无线通信和A/D系统,以及网络物理层中的射频和微波元器件。两个内置信号发生器在保持VNA高精度的同时,还能简化并提高放大器、混频器和转换器的测量速度。测试放大器时,该信号源可以测量S参数、增益压缩和谐波,也可以生成测量IMD所需的信号。测试混频器和转换器时,一个信号发生器用于生成混频器或转换器的输入信号,另一个信号发生器用于提供LO信号。只需一套连接组件即可同时完成固定LO和扫描LO测量。


目前普遍使用的是4端口VNA,更高的集成水平提高了对拥有8个或更多测试端口的测试系统的需求。将VNA和由开关、耦合器和额外测试端口组成的外部测试仪进行组合就可以满足这种需求。采用N端口误差校正,能使多端口测试系统的精度提高到VNA用户所期望的双端口误差校正的精度水平。选择误差校正水平可以优化测试任意特定设备所需的总体测量精度和测试时间。

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