PNA-X系列微波网络分析仪

PNA-X系列微波网络分析仪 单台仪表即可完成 器件全部的线性和 非线性特性表征的 最新解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 使用了PNA-X即意味着您已经选择了在网络分析仪领域内真 正的领导者 PNA-X系列微波矢量网络分析仪是安捷伦科技在射频和微波网络分析领 域内长达40余年的技术领先地位和产品创新精神的巅峰之作。它们不仅仅是 一款矢量网络分析仪，在测量诸如放大器、混频器、变频器等有源器件方 面，PNA-X 是世界上集成度最高并且应用最灵活的测量引擎。 PNA-X内部组合了两个高性能的激励信号源、宽带信号合路器、S参数和 噪声系数测量接收机、脉冲调制器和脉冲源、一整套可以让用户灵活加以使 用的微波开关以及测量路径接入点，这些强大的核心硬件为全面测量各种器 件的线性和非线性特性奠定了坚实的基础，并且完成所有的测量任务只需要 把被测器件 (DUT) 与PNA-X进行一次连接即可! 在当今世界上只有PNA-X能够提供最多的测量功能 在射频和微波器件测量领域内，无论是在对同轴器件直接进行测量、 还是需要使用测量夹具进行测量、甚至是在对晶片上的器件进行测量的环境 中， PNA-X无一例外地能够做到把最快的测量速度、最精确的测量结果、最 容易使用的测量操作界面完美地结合在一起。这些测量功能包括: 业内最先进的射频 和微波器件测量 解决方案 单台仪表即可完成 器件全部的线性和 非线性特性表征的 最新解决方案 PNA-X的所有强大的测量功能都可以应用在 对晶片进行测量的环境中 PNA-X的网络测量技术一直可以应用到纳米测量领域 PNA-X还是安捷伦科技下述测量解决方案中可与安捷伦其它网络分析仪 相兼容的组成部分: ● 物理层测量系统 (PLTS) — 对高速数字电缆、连接器、背板、印刷电路板 等线性无源互连部件进行校准、测量和分析的信号完整性测量解决 方案。 ● 材料测量设备和附件 — 通过测量材料的介电常数和导磁率来帮助您确定 你所使用的材料与电磁场互相产生影响的方式。 ● 扫描微波显微镜系统 — 这个获奖的纳米材料系统在纳米尺度非常有效而 独到地把经过校准的电容和掺杂密度测量结果与半导体材料的形貌测量结 果结合了起来。 不同测量频率范围的PNA-X为您提供最佳的选择 您可以从PNA-X上述不同测量频率的范围中选择最能满足您测量特定器 件的测量系统所需要的产品型号，不必为超出您需要的部分额外花费宝贵的 科研经费。 *X参数是安捷伦科技的注册商标。X参数的格式和它们的基础公式是开放的, 并且有相关的文件予以表 述。请登录以下网站获取详细信息: http://www.agilent.com/find/eesof-x-parameters-info N5241A 10 MHz到13.5 GHz N5242A 10 MHz到26.5 GHz N5244A 10 MHz到43.5 GHz N5245A 10 MHz到50 GHz PNA-X与毫米波扩展模块组合 10 MHz到1 THz ● S参数 (连续波激励和脉冲激励) ● 噪声系数 ● 交条失真和谐波失真 ● 变频增益/损耗 ● 真正的差分激励测量 ● 非线性时域波形和表征X参数 ● 天线测量 2 完成同样的测量任务, 用PNA-X可以同时替代众多的测试仪表 凭借超高的集成度和灵活的硬件结构、以及多条可根据需要重新进行配 置的测量路径，PNA-X完全可以替代用一到两个测量机柜才能装下的测量仪 表来完成同样的测量任务，在测量有源器件的时候，一台配置完整的PNA-X 可以替代以下仪表: ● 矢量网络分析仪 ● 频谱分析仪 ● 两个信号源 ● 噪声系数测量/分析仪 ● 功率计 ● 开关矩阵 ● 数字电压表 使用基于PNA-X构建的测量解决方案的好处 ● 非常简洁的测量体统, 可以让用户: ... 花费较低的硬件和软件成本 ... 以更快的速度完成测量开发任务，迅速把研发产品推向生产线 ... 遭受更少的测量系统停机时间从而降低系统的维护成本 ... 大大减小测量设备所占用的空间和系统的耗电量 ● 更快的测量速度 ... 显著提高生产效率 ● 更高的测量精度 ... 可以生产出质量更高、规格更好的产品 ● 非常灵活的硬件结构 ... 可以更加灵活地适应未来的测试需求 把被测器件与PNA-X 连接一次即可完成众 多测量任务 您只需要把被测放大器或 变频器件与PNA-X进行一次连接, 你就可以用它测量得到连续波激励和脉冲信号激 励条件下的S参数、交条失真、增益压缩和相位失 真随频率变化的关系、噪声系数、以及其它更多 的参数。 3 投资收益结果 — PNA-X应用实例 “我们选择使用安捷伦的 PNA-X是因为它彻底免除那些完 全没有必要的在不同测量任务之 间频繁更换测量连接的操作，相 比那些其它的网络分析仪，它能 更加有效地完成测量任务。在过 去，我们经常为了测量S参数、 矢量信号和噪声系数等参数而需 要使用各种独立的测量设备。现 在，有了PNA-X，我们用一台设备 就可以完成所有有源器件参数的 测量任务!” — 测试部经理 航空航天/防务电子设备的器件供应商把测量时间减少了95% 过去的挑战 这个用户生产的射频器件超过4600种，通常要求生产流程能够在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的 时间内生产出1000个器件，它们包括滤波器、倍频器、放大器和各种开关， 工作频率从10 MHz到60 GHz。在对一个特殊的多端口器件进行测量时，他们 要求简化测试系统，于是他们开始开发一种不依赖于操作工的自动测试系统 (ATS)，他们面临的主要挑战是: ● 需要使用好几个机柜才能装得下的复杂而且昂贵的测量系统，长达数英 里的各种测量电缆 ● 频繁需要操作工更换测量电缆并且对测量系统重新进行校准，在做这些繁 琐的工作时，往往还需要把测量系统关闭 ● 大量对器件进行不必要的重复测试，系统总的停机不用的时间也很长 现在的结果 PNA-X比市场上任何测试设备都能把更多的有源器件测量功能集成在一 台仪表中的能力，使用户能够: ● 有更快的测量速度 — 与之前所用的自动测试系统相比，在每个测量温度 下的测试时间从4个小时降低为24分钟，达到测试时间减少90%的结果 ● 降低了使用仪表的数量 — 用3台12端口的PNA-X替代了原来总共用9个机柜 装载的测试系统 ● 大大提高了操作员工的工作效率 — 让每个操作员工可以同时监视4个测 量工位，不再需要在每个测试工位上安置一位操作工 ● 减少了对器件重新进行测试和频繁更换测量连接的次数 应 用 实 例 之 一 设计和生产卫星的公司把测量时间从3个小时降低到3分钟 过去的挑战 这家航空航天设备公司过去一直在进行一种系统测试，他们希望能够让 他们的测试系统更加现代化，提高测试的效率，增加产量。他们过去一直使 用的卫星载荷测试系统使用大量的装在机架和机柜中的测试系统，测试的开销 很大，该公司需要投入大量的时间和精力对测试系统进行编程和日常维护。 现在的结果 起初，这家公司购买了4套PNA-X (26.5 GHz和50 GHz)，由此带来的在产 量和测试效率上的提高给他们留下了极为深刻的印象，因此他们又多买了 8套PNA-X。在一个测试应用中，测量结果的改善大大超过了他们预想的 程度 — 原来需要20分钟才能完成的增益传输测试结果不用1分钟就完成 了。用PNA-X替代原来的测试系统使得新测试系统更加简化而且现代化程度 大大提高，使用户能够: ● 有更快的测量速度 — 把整个测量过程所需要的时间从3个小时缩短到3分钟! ● 降低了使用仪表的数量 — 使用1台4端口的PNA-X替代了原来用2个机架装 载的测试系统 ● 更小的测试系统 — 由于使用的测试设备数量减少了，测试系统占用的空 间和耗电量也显著减小了 应 用 实 例 之 二 4 无线网络系统生产商把完成测量的时间从30分钟降低 到10分钟 过去的挑战 这个生产厂家在开发一种新型的宽带无线网络系统，需要使用更快的测 试系统。当时他们使用的测试系统是由2台信号源、1台频谱仪和几个功率计 组成的，使用这个测试系统完成系统测试需要30分钟的时间，但是他们的目 标是在10分钟内完成测试。除了需要测试系统更快之外，该公司还要求对噪 声系数和失真的测量结果的精度有明显的提高，同时还希望对上、下变频器 件都能够做到一次连接就完成全部相关的测试。 现在的结果 在用一台50GHz的PNA-X替代了由多台仪表组成的测试系统之后，该公司 很快就意识到他们实现了: ● 更快的测量速度 — 把完成整个测量所需要的30分钟压缩到不到10分钟 ● 系统停机的时间减少了，而且维护成本降低了 — 由于减少了所需要测试 设备的数量，对测试系统进行设置的时间也减少了，而且也减少了由于仪 表多而潜在故障多引起的麻烦，降低了每年在各种仪表校准上的花费 ● 花在测试设备上的费用降低了 — 购买4端口PNA-X的费用要明显地少于购 买传统上由多台仪表组成的测试系统的费用 “我们选择使用PNA-X是因 为看上了它独特的单次连接多种 测试的能力。同时，我们也注意 到PNA-X的测试功能因为其NVNA 应用软件而得到很大的扩展，它 是目前能实际精确测量非线性参 数的唯一解决方案，它甚至能够 在极高的信号功率下把器件的非 线性特性快速而且精确地表征出 来，这为我们省下了惊人的设计 时间。” — 测试工程部经理 应 用 实 例 之 三 安全防御系统跨国公司提高了测量速度与精度 过去的挑战 这家公司需要把他们的由大量的开关矩阵和网络分析仪组成的已经老化 了的测试系统进行升级。在使用旧的测试系统时，为了完成大量不同的测试 任务他们的技术人员需要不停地把被测器件与各种测试仪表反复地连接与拆 除连接。这种老式的测试方式速度慢、成本高、容易产生测量误差、同时还 需要大量的人工干预，使用很多辅助硬件。他们一直在寻找一种容易设置和 使用、能够降低测量时间和成本、把测量的误差降到最低的程度、同时也能 减少测试系统所占用的空间。 现在的结果 这家公司最终决定购买PNA-X而不是简单地通过从老系统中各种仪表的 供应商那里购买代码兼容的可以直接替代旧仪表的新型仪表来对老化的系统 进行升级。虽然这个购买决定意味着要重新编写大量的测试代码去替代老系 统的测试功能，但是最终的结果他们还是明显地节省了测试时间，并且能够: ● 很容易地对新系统进行设置和使用 — 测试人员不在需要额外的辅助测试 硬件，把被测器件与测试系统进行一次连接就能很容易地测量出所有各种 不同的参数 ● 更快而且更精确地得到测量结果 — 只需要使用一台测试仪表，测试人员 能够在比以往短得多时间内完成所需要的测试，而且测量精度有明显提高 ● 使用更小的测试系统 — 购买一台4端口PNA-X降低了他们的初始投资、减 少了所使用测试仪表的数量、减少了仪表占用的空间和耗电量，所有这些 都等于是降低了总体的测试成本 应 用 实 例 之 四 5 直观并且完全为了提高测试速度而设计的各种特性 非常灵活的操作界面: 仪表面板按键、 功能选择按键、 下拉式菜单和触摸屏 组合应用带给你最 便利的操作方式 在每条测量轨迹上 最多可以放置10个游标 支持所有最先进的 校准功能 32个测量通道, 能显示的测量轨迹 的数量不受限制 仪表内部装有 即时帮助文件 所有的型号都配有这种 可灵活配置的测量装置, 扩展测量功能 线性扫描、对数扫描、 功率扫描、连续波测量、 分段扫描 对测量结果进行高级 计算的等式编辑器和 时域分析功能 用USB接口连接 电子校准件以及其它 辅助测量和存贮部件 6 专为获得极为灵活的应用而设计的硬件 可以用第二个GPIB 接口控制信号源、 功率计和其它仪表 射频跳线接口 可以用来从外部 增加用于调整 信号状态的硬件 或其它测试仪表 中频直接接入口 可以在天线测量中 应用外混频技术 LAN接口以及设备端 USB接口可以替代GPIB 完成远程编程工作 可以拆卸的 硬盘防止敏感 的测试数据 被窃用 脉冲I/O接口可以用来 控制外接的调制器 或同步内置的 脉冲发生器 测试装置I/O接口 可以控制外接的多端口 扩展底座或毫米波 测试底座 各种灵活的触发接口 可以控制测量过程或 使PNA-X与外部信号源 或仪表同步起来 功率测量I/O接口 为功率效率(PAE)测量和 其它测量提供模拟信号 的输入和输出 7 非常灵活的硬件结构 每一个测试端口都包括测试信号通路和参考信号通路的耦合器、测试 信号接收机和参考信号接收机、信号源衰减器和测量接收机衰减器、 以及一个直流偏置部件，把测量的灵活性和精确度提高到了前所未有 的高度。 内置的信号合路器极大地简化了交条失真测试和X参数测试中对仪表进 行设置的复杂度。 内置的脉冲信号调制器使得仪表在其整个测量频率范围内都能完成一 体化的射频脉冲测量任务，省去了笨重而价格昂贵外部调制器。 1 2 3 后面板 激励源1 激励源2 输出1 输出2 脉冲 调制器 信号 合路器 测试端口1 测试端口3 输出2输出1 脉冲 调制器 8 在后面板上的跳线接口应用起来非常灵活，您完全不需要移动和被测 器件连接的电缆就可以通过后面的跳线接口为测试环境增加用于调整 测试信号状态的硬件，或把其它测试设备接入到测试被测器件的路径 中去。 使用内置的脉冲发生器可以很容易地设置内置脉冲调制器的时间参数 和内置中频选通电路的参数。 使用内置低噪声测量接收机和非常先进的校准和测量算法，PNA-X对噪 声系数的测量精度达到了业内前所未有的高度。 4 5 6 后面板 脉冲 发生器 连接到各个 测量接收机 噪声测试接收机 测试端口2测试端口4 9 3到13.5/26.5 GHz10 MHz到 3 GHz 脉冲射频测试的挑战 ● 进行脉冲射频测试所需要的脉冲发生器和脉冲调制器会大大增加测试设置 过程的复杂程度 ● 对于窄脉冲测试来说: - 在宽带测试模式下，即便是使用网络分析仪最宽的中频带宽也还是 太窄，满足不了测试要求 - 用窄带测试模式，测试速度会很慢，而且在占空比很窄的脉冲测试中， 测量结果的噪声会较大 PNA-X脉冲射频的测量方法有以下优势: ● 用一个简单的操作界面就可以完全控制内置的两个脉冲调制器 (需要配置 选件021和022) 和4个内置的独立的脉冲发生器 (需要配置选件025)。 ● 脉冲内取点测试可以测试的最小脉冲宽度可以达到33纳秒，脉冲包络测试 的最小分辨率可以达到16.7纳秒 (需要配置选件008)。 ● 在窄带测量模式中通过使用硬件滤波技术、Spectral-nulling专利技术 (只保 留射频脉冲频谱中心谱线的信息)、软件中频选通技术，极大地提高了测量 速度和测量结果的精确度。 ● 使用宽带测量模式可以测量的最小脉冲宽度为267纳秒 ● 在仪表的后面板上有一个脉冲输入输出接口，可以很方便地把其它外部 设备和被测器件同步起来。 ● 使用各种专门设计的独特 的测量应用程序 — 例如在扫频状态下测量 增益压缩、在扫频和扫功 率的状态下测量交条 失真、测量噪声 系数等，精确地 对有源器件的 特性进行表征。 创新的应用 简单、快速、 精确地对脉冲射频 参数进行测量 (PNA-X需要配置选件008, 021, 022, 025) 截止到1990年代, HP8510系统已经 成为脉冲射频矢量 网络分析仪的业内 标准。 PNA系列 矢量网络 分析仪用 台式解决 方案替代了 8510脉冲 射频系统。 PNA-X系列矢量网络分析仪是业内 第一个用一台仪表实现的脉冲射频 测量系统，在简单易用、快速测量 以及测试精度方面它已经成为新的 行业标准。 PNA-X内置的脉冲射频测量应用程序根据具体的脉冲测量的要求, 在 内部自动地把所需要的硬件做最优化的设置, 极大地简化了测量的 设置过程。另外, 对于极为独特的测量要求, 用户也可以对测量硬件 进行手动设置。 在采用窄带检测技术完成的脉冲包络的测量结果中，在300纳秒的 脉冲持续时间内可以测量18个数据点，时间分辨率可达16.7纳秒。 10 上图比较了使用与不使用ReceiverLeveling技术得到的几个增益压缩 的测量结果。从所得到的当产生压缩时信号的输入和输出功率随频 率变化的曲线上, 我们可以看到不精确的激励功率会导致在依赖功 率精度的参数的测量结果中出现较大的误差。 频带宽可测的最小脉冲宽度为467纳秒; 1 MHz的中频 带宽可测的最小脉冲宽度为1.43微秒。在某一中频 带宽下，精确地对测量的延时进行设定 (时间分辨率 为16.7纳秒) — 保证脉冲调制和数据采集周期对应 起来，是非常重要的。 ● 在脉冲测量模式下，有些参数的测量精度特别依赖 于功率的精度，例如输出功率、压缩、交调失真等， 在这种情况下，使用PNA-X的ReceiverLeveling的 功能来保证端口的输出功率的精度是极为重要的。 ReceiverLeveling是用PNA-X线性度极好的接收机代替 控制激励源功率精度的ALC电路，是PNA-X独有的 精确控制端口功率精度的技术，在高达60 dB的 范围内，由功率引起的测量误差不会超过0.1 dB。 专家提示 ● 在用宽带模式进行测量时，如果需要对多次测量进 行平均来降低测量结果中的噪声并提高测量的精度 的话，采用“点”平均方法比采用常规扫描平均方 法会使测量速度更快。 ● 在对PNA-X的激励源进行功率校准的过程中，功率计 读取的是平均功率，而PNA-X所设定的是脉冲激励的 峰值功率，为了补偿这种峰值功率和平均功率的 差，在校准界面上要使用功率补偿(PowerOffset)这一 特性，把补偿值设为10log(占空比)。 ● 使用宽带模式测量脉冲参数时，最小脉冲宽度是由 测量接收机的采样点数决定的 (接收机的采样点数由 中频带宽 — IFBW决定)。例如，如果中频带宽选择 为5 MHz，最小脉冲宽度可以测到267纳秒; 3 MHz的中 和基于PNA的脉冲射频测试系统相比, 在用占空比很小的激励信号 进行脉冲参数测量的时候, PNA-X测量窄脉冲 (脉冲宽度小于267纳 秒) 使用窄带测量方法, 使用特别的硬件和获得专利保护的软件选通 技术, 把测量系统的动态范围提高了40 dB。 只需要把被测器件和PNA-X连接一次, 您就可以在脉冲工作条件下精 确地对有源器件的特性进行表征, 上面这个测量结果显示了您可以 同时测量脉冲S参数, 脉冲包络 (在时域内测量输入和输出功率), 增 益压缩随测量频率变化的曲线, 扫频状态下的IMD参数。 使用ReceiverLeveling技术可以把脉冲射频信号的功率精度从+/-1dB 提高到小于0.05 dB。 动态范围提高 40 dB PNA脉冲测试 PNA-X脉冲测试 (不用软件选通功能) PNA-X脉冲测试 PNA-X连续波测试 PRF= 200 Hz PRI= 5 ms PW= 1 µs IF选通= 50 ns PNA IF= 44 Hz PNA-X IF= 50 Hz 压缩点的 输出功率 线性输入功率下的增益 压缩点的增益 开环 压缩点的输入功率 用R1接收机控制功率精度 11 使用传统的Y因子法测量噪声系数时存在的困难 ● 如果要对被测器件的特性进行充分的表征，需要使用多台仪表，而且要对 被测器件进行多次连接。 ● 如果测量的环境中使用测量夹具， 或者是对硅片上的器件进行测量， 或者是用自动测试系统进行测试 — 这些情况都导致噪声源无法 与被测器件进行 直接连接，噪声系数的 测量精度会降低。 ● 测量速度太慢。用户经常采用折衷的办法来解决测量速度的问题 — 测量 比较少的数据点，这会使测量结果因为采样率不够而出现误导性的结果。 用PNA-X测量噪声系数的明显优势: ● 使用最先进的误差校准技术，无论是测量放大器的噪声系数还是变频器的 噪声系数，测量结果的精度都是业内最高的。 ● 比起安捷伦科技的NFA系列噪声系数分析仪，测量速度平均要快4到10倍。 ● 如果使用Maury公司的自动阻抗调谐器，在测量噪声参数时可以超级快速 地得到测量结果，比传统的方法快200到300倍! 创新的应用 快速、精确地 对噪声系数进行测量 (PNA-X选件028, 029, H29) “在我的仪表室里有好几种仪表都可以测量噪声系数，例如8970，NFA和频谱分 析仪。我所面临的最大的问题是在这些测量结果之间缺乏相关性——用不同的测量 仪表得到的测量结果不一样。现在，PNA-X 极高的测量精度能够保证我每次得到的 测量结果都是一样正确的，不管我使用哪一台PNA-X 结果都一样。” 测试工程部经理 以这个未匹配晶体管在401个频点上进行的噪声系数的测量结果为 例, 与 Ｙ因子法相比, PNA-X测量结果的文波要小得多。NFA在默认 状态下只测量11个数据点, 给出的测量轨迹明显是取样率不足, 因而 这个放大器的噪声系数的测量结果是一个误导性的结果。 在用Y因子方法进行测量时, 任何居于被测器件和噪声源之间的电路 网络, 例如测量电缆、开关矩阵、测量裸片的探头等, 都会导致测量 结果的精度大幅度地降低。 PNA-X使用源校准技术测量噪声系数 噪 声 系 数 (d B) 取样不足的测量结果 传统的Y因子法的测量结果 频率 (GHz) 对裸片进行 自动测试的环境 噪声源 裸片 测量探针 AUT 12 噪声参数的测量只需几分钟而不是好几天 使用PNA-X和Maury公司的自动阻抗调谐器测量噪声参数, 无论是系统的设置还是实际测试 都简单快速, Maury最新版本的软件明显地提高了噪声系数的测试速度和精度, 使之成为射频 领域内众多工程师的实用选择。 噪声系数的测量方法 Y因子法: 测量噪声系数最流行的方法是Y因子法，它使用一个与被测放 大器 (AUT) 的输入端口连接在一起的噪声源 — 当噪声源关闭时，它表现为 室温 (冷) 源负载; 当噪声源打开时，它就产生了一个等效为热源负载的超级噪 声。在这两个条件下，在AUT的输出端测量噪声功率，计算出放大器的标量 增益和噪声系数。安捷伦NFA系列噪声系数分析仪和装有预放大器以及噪声 系数测量程序的频谱分析仪都使用Y因子法测量噪声系数。 冷源法: 测量噪声系数的另外一种替代的方法是冷源法，或称之为直接 噪声测量技术。使用这种方法，在AUT的输出端只需要进行一种噪声功率的 测试，放大器的输入端连接的是一个室温的源阻抗器件。冷源法需要对放大 器的增益进行一次独立的测量。这种技术很适用于矢量网络分析仪 (VNA)， 这是因为VNA通过使用矢量误差校准技术可以极为精确地测量增益 (S21)，使 用冷源法进行测量的另外的优势在于只需要对AUT做一次连接，就可以同时 完成噪声系数和S参数的测量。 噪声参数与频率的关系 带同轴夹具的场效应管8-29-2008 源 频率: 0.80到8.00 GHz 噪声测量 接收机 噪声测量 接收机 13 频点游标=0.80 GHz 对巴伦或混合电路进行去嵌入完成对 差分器件的测量。 在每一个测量的频点上, 都会使用已知的非50欧姆源阻 抗进行4次或更多次数的噪声测量, 从这些测量结果中, 50欧姆的噪声系数可以精确地计算出来。 PNA-X独特的源校准噪声系数测量解决方案 ● 使用改良的冷源测量方法，在测量DUT的噪声系数时不需要把噪声源与之 相连。 ● 通过使用矢量误差校准去除失配误差来对非理想的系统源的失配进行校准， 再加上使用一个电子校准件作为阻抗调谐器来使用，去除由噪声参数引入 的误差。 ● 即便是在需要使用测试夹具、对IC裸片进行测量、自动测量的应用环境中 也能保持非常高的测量精度。 ● 使用巴伦或混合电路的矢量去嵌入 技术精确地对差分器件进行测试。 创新的应用 快速而精确的噪声 系数的测量 (选件028, 029, 41) 续 配置了选件200, 219, 224和噪声系数测量选件029的2端口 PNA-X的框图, 在这里使用了一个标准的电子校准件作 为阻抗调谐器, 有助于去除由非理想的系统源匹配给测 量结果带来的影响。 频率 噪声源只在校准 时使用 阻抗调谐器 用于测量 噪声系数 脉冲 调制器 脉冲 调制器 测量端口2 噪声接收机 激励源1 激励源2 输出1 输出2输出1 激励源2 输出1 输出2 激励源2 输出2测量端口1 脉冲发生器 连接到各个 测量接收机 仪表的后面板 14 10 MHz到 3 GHz 3到26.5 GHz 专家提示 ● 在一间屏蔽室里测量噪声系数的效果最好，这样可以防止手机、 无线局域网、便携式收发信机等带来的杂散影响。 ● 有时需要使用电池而不是用市电给放大器供电，这样可以防止传导 干扰对非常敏感的低噪放 (LNA) 测量的影响。 ● 您可以使用安捷伦科技Monte-Carlo噪声系数测量结果的不确定性 计算器来估计测量结果总体的精确度。 安捷伦科技的噪声系数测量结 果不确定性计算器 (下载网址: www.agilent.com/find/nfcalc) 把失配影响和因为非理想的系 统源匹配而导致的由噪声参数 引入的误差因素都考虑在内。 这里举例显示的是一 个自动测量环境中噪 声系数测量结果的不 确定性 , 可以看到用 PNA-X的源校准技术比 起Y因子法测量噪声系 数要精确得多。 Y因子法, 噪声源通过开关矩阵与DUT相连 噪声源: 346C (14 dB ENR) 被测放大器参数如下: 15 放大器压缩测量面临的挑战 ● 在放大器的整个工作频率范围内表征其压缩特性需要在很多的测量频点和 功率值上做大量的测试，对测量系统进行设置和校准，对测量结果进行处 理都会花大量的时间和精力。 ● 各种误差都会降低测量的精度，例如在进行绝对功率测量时测量端口和功 率计探头、DUT之间的失配、把线性的S参数误差校准结果应用到非线性的 压缩测量当中等都会降低测量精度。 PNA-X增益压缩测量 (GCA) 应用程序提供: ● SMART扫描测量，方便快速地完成测量任务。 ● 引导性功率和失配误差校准操作界面，获得极为精确的测量结果。 ● 二维扫描功能 — 用户可以选择在每个频点上扫功率或在每个功率值上扫 频率，彻底表征器件的压缩特性。 ● 各种灵活表征器件压缩特性的方法 — 偏离线性增益的压缩点、 最大增益、X/Y压缩、偏离功率回退的压缩点、偏离饱和区的压缩点等。 创新的应用 快速而精确地测量 放大器增益压缩的 频率响应特性 (选件086) 通过在多个测量频点上进行功率扫描, 网络分析仪可常用于测量放 大器的压缩特性。PNA-X的GCA应用程序使得在放大器整个工作频 率范围内对其压缩特性进行表征的测量变得极为容易, 不但测试的 设置很简单、测量速度极快, 测量的精度也非常高。 GCA的SMART Sweep功能不对很多测量点进行线性功率扫描, 而是 采用一种自适应的算法, 只需要进行少数几次功率的测量就可以找 到有效的压缩点, 因此而显著地减少了测量所需要的时间。 用户可以提取出这个完整的二维扫描器件响应特性 — 增益随着信 号的频率和功率的变化而变化的特性, 把它用在器件的建模中。 增益 增益压缩点 迭代数据点 压缩点 输入功率输入功率 频率频率 如果只做功率校准, DUT失配会使 输入信号的功率呈现出较大的纹波 使用GCA的功率和失配误差校准功能 可以把测量结果中的纹波显著地减小 16 PNA-X上可以使用的增益压缩测量方法 这里显示了用S M A R T Sweep测量放大器在关 闭安全模式(上图)和打 开安全模式(下图)时的 增益压缩的数据 , 当打 开安全模式时, 在靠近1 dB压缩点的地方对数据 进行了更为细密的迭代, 这样会避免给放大器输 入过高的信号的功率 , 保护其不被损坏。 偏离线性增益的压缩点 在一个给定的线性 (输入信号的) 功率 值上测量出线性增益，用线性增益 减去所定义的压缩电平得到所要的 增益压缩点。 偏离最大增益的压缩点 在每个测量频率上测量到的增益的 最大值作为器件的最大增益， 用最大增益减去所定义的压缩电平 得到所要的增益压缩点。 功率回退 (Backoff) 压缩点 在横坐标代表输入功率、纵坐标代 表增益的增益压缩曲线上会有若干 成对出现的两个点，这两个点增益 的差值为所定义的增益压缩，这两 个点输入功率的差值就是所定义的 功率回退值 (Backoff)，从满足条件的 这些点中找出线性输入功率最大 的点。 X/Y压缩点 在横坐标代表输入功率、纵坐标代 表输出功率的增益压缩曲线上会有 若干成对出现的两个点，这两个点 的输入和输出功率的差异根据测量 要求分别设为∆X和∆Y，从满足条件 的这些点中找出线性输入功率最大 的点。 偏离饱和点的压缩点 在横坐标代表输入功率、纵坐标代 表输出功率的增益压缩曲线上用被 测器件的最大输出功率减去所规定 的“偏离最大输出功率的值”， 得到增益压缩点。 线性增益 压缩点所定义的压缩值 输入功率增 益 回退功率值 最高输出功率 偏离最大输出功率的值 ∆X ∆Y 增 益 增 益 输入功率 输入功率 压缩点 压缩点 所定义的压缩值 所定义的压缩值 压缩点 输入功率 输 出 功 率 输入功率 输 出 功 率 最大增益 专家提示 ● 在SMART Sweep测量中用安全模式来提高给放大 器的输入功率，先粗略提高输入功率，然后再细 微增加输入功率，这样可以避免对DUT过量驱动。 ● 当怀疑放大器出现滞后效应或热效应的时候，建 议您在每个功率点上进行频率扫描而不是在每个 频率点上进行功率扫描，或者在测量中增加一些 驻留时间以缓解上一次测量中的滞后影响。 ● 压缩分析能够提取出被测器件在某个频率上任何 压缩轨迹在一定的功率范围内放大器的响应特性。 ● 使用PNA-X内置的电压电流表CompAl1和CompAl2 的测量结果 — 它们是与增益压缩点的测量结果 同步的，来计算放大器在任意测量频率下发生压 缩时的功率附加效率(PAE)。 增 益 压 缩 输入功率 输入功率 频率 频率 17 创新的应用 快速而又设置简单的 双音交条失真 (IMD) 测试 (选件087) 在VNA中通常都会有频率偏置测量模式, 不 过常用的IF滤波器的响应特性会表现出比较 大的边带波瓣。PNA-X的IM频谱测量模式应 用了性能经过优化的数字中频滤波器, 其测 量结果和使用真正的频谱分析仪的测量结 果是一样的。 IMD测量面临的挑战 ● 通常都需要两个信号源、一台频谱仪、 外接的信号合路器，需要人为设置 所有的仪表和测量附件。 ● 当需要进行频率扫描或功率扫描的 IMD测试时，测量时间非常慢。 ● 在这些仪表和测量的设置中， 由于信号源的谐波、交条、 相位噪声、测量接收机的压缩、 底噪声等因素的存在， 会在测量结果中引起很多 的误差。 PNA-X IMD测量方法的优点: ● 使用内置的两个高质量信号源和 信号合路器，快速完成对放大器和 变频器的扫描IMD测量。 ● 测量硬件的设置非常简单，操作界面很直观，保证测量非常快速，也非常 容易。 ● 操作界面引导用户进行测量前的校准，保证测量的精度非常高。 ● 使用频谱分析仪测量模式可以进行问题排查或杂散信号的测试，省去再使 用一台独立的频谱分析仪进行测量的麻烦。 ● 内置的两个激励源极为纯净，测量接收机的动态范围也很大，把使用其它 测量仪表做同样测量的误差抑制到最小的程度。 扫频IMD测量 扫功率IMD测量 频率偏置 模式 交条频谱 使用PNA-X测量IMD可以替代以往装在测试 系统机架上的两个信号源和一个频谱仪, 简 化了系统的设置, 也提高了测试效率。 与使用信号源和频谱仪的测量方法相比, 用 PNA-X在201个频率点或功率点上测量IMD 和IP3, 只需要几秒钟的时间, 前者则需要几 分钟的时间。 PNA-X内置的两个激励源都有很高的功率输出、ALC的范围很大、谐波指标达到了-60 dBc,再 加上内置的高隔离度合路器, 使它能够成为驱动DUT进行测量双音IMD测量的理想激励源。 PNA-X的测量接收机动态范围宽、产生压缩的输入电平高, 这保证了存在大功率主音激励信 号的条件下, 能够精确地测量出小功率IMD信号。 后面板 脉冲 调制器 脉冲 调制器 激励源2 激励源1 测量端口2测量端口1 18 连接到各个 测量接收机 输出1 输出1 输出2 输出2 激励源2 输出1 激励源2 输出2 从IMD和IP3随本振信号功率变化关系可以得出当本振信号的功率最 小时IP3的最大值。这个结果可以帮助您知道怎样对混频器进行设 置才能在消耗的功率为最小时得到最大的混频效率。 扫描IMD测量的类型 扫锚fc 扫描频率间隔 功率扫描 连续波 本振功率扫描 分段扫描 中心频率 扫锚 固定 固定 固定 固定 扫描 (按照分段 扫描表的定义) 双音间隔 固定 扫锚 固定 固定 固定 固定 双音功率 固定 固定 扫描 (耦合或 固定 固定 固定 非耦合) 示意图 专家提示 ● 根据您对测量速度和测量精度的权衡取舍，您可以选择对所有的 频点进行校准或只对各个中心频点进行校准。 ● 如果您用PNA-X对外接的信号源进行控制，可以大大简化对混频器或 变频器进行扫描IMD的测试。 ● 可以使用”Marker to IM Spectrum”这个功能显示扫描IMD测量轨迹上 某个点的频谱。 ● 在IM频率测量中要使用点平均的功能，尤其是分辨率带宽设得很宽的 情况下，在给测量速度带来的影响最小的情况下，来降低本底噪声的 噪声偏差。 当双音信号的间隔比较大时, 应该对所有的频点都进行校准, 虽然对“所有的频点”进行校 准要费时长一些, 但是校准过后对测量速度并没有影响。 校准所有频点 只校准中心频点 屏幕下半部分所显示的是上半部分显示的扫描IMD测量轨迹上游标 所指的点的IM频谱。在IM频谱测量中使用了点平均的功能来降低 噪声偏差。 主音功率 单音信号 增益 19 ∆ F ∆ F ∆ F′ ∆ F ∆ F ∆ F ∆ F ∆ F 参考 混频器 校准混频器/ 滤波器 功率计 探头 混频器和变频器测量所面临的挑战 ● 最传统的使用频谱分析仪和信号源的 测量方法很麻烦，测量速度慢，而且 无法得到相位或群时延的信息。 ● 使用一般的矢量网络分析仪进行测试， 需要使用外接的信号源，这会显著 降低扫描测量的速度。 ● 使用一般的矢量网络分析测量所得到 的相位或群时延的结果是相对于“标准” 器件的结果。 ● 为了处理由输入和输出失配引起的纹波 现象，经常需要在测试结构中使用 衰减器，这会降低测量系统的动态范围， 校准的稳定性也会受到影响。 创新的应用 精确地表征混频器和 变频器的特性 (选件082, 083, 084) 矢量混频器/变频器测量方法是安捷伦 科技的专利技术, 使用开路、短路、负 载校准件来生成一个特性经过表征的混 频器作为直通校准件。 标量混频器/变频器 (SMC) 测量方法 的设置简单, 能够保证非常精确的输 入和输出匹配. 变频损耗/增益的测量 结果非常准确。在使用选件083时, 还 可以得到经过校准的绝对群时延的精 确测量结果。 矢量混频器/变频器测量技术能够保证 精确的输入和输出匹配, 能得到很精确 的变频损耗/增益测量结果, 相位和绝对 群时延测量结果中的噪声非常小。 PNA-X测量变频器件的优点: ● PNA-X内置的第二个激励源可以用作本振信号的激励，简化测量的设置。 ● 比起使用基于频谱分析仪的测量方法来，测量速度至少提高100倍。 ● 使用安捷伦的两种专利方法精确地对被测器件进行测试: - 标量混频器/变频器 (SMC) 测量法 — 通过同时采用2端口校准和功率计 校准，得到极为精确的匹配和变频损耗/增益测量结果。如果配置了 选件083, 那么不需要参考混频器也能精确地得到经过校准的绝对群时延 测量结果。 - 矢量混频器/变频器 (VMC) 测量法 — 通过使用 经过矢量校准的直通混频器 (需要配置 选件083)，可以得到精确的匹配结果以及 变频损耗/增益的测量结果,相位和绝对群 时延测量结果中的噪声极小。 ● 输入和输出的失配校准可以减小 纹波现象，并且在测试配置结构 中省去了使用衰减器的麻烦。 ● 嵌入式本振的测量功能 (需要配置选件084) 把SMC和VMC 的测量方法扩展到了对在测量中 没有本振信号端口可以利用的 嵌入式本振的器件的测试上。 校准混频器/滤波器 20 SMC和VMC两种方法都可以用来测量嵌入 式本振的变频器件, 而无需接入被测器件内 置的时基信号。 PNA-X内置的两个激励源可以保证无论是测量固定中频的变频特性还是测量 扫描中频的变频特性, 都有很快的测量速度。 SMC的匹配误差校准技术可以显著地减小变频损耗/增益测量结果 中的失配误差, 并且可以省去在测量电缆的末端连接衰减器的麻烦。 VMC的匹配误差校准技术可以显著地减小群时延测量结果中的失配 误差, 并且可以省去在测量电缆的末端连接衰减器的麻烦。 时域选通处理可以去除由杂散信号引起的不需要的时间延迟响应, 去除测量轨 迹中的纹波。 专家提示 ● 在测量中把中频带宽设的窄一些有助于 去除测量轨迹上的毛刺信号，这些很窄 的毛刺是因为本振信号的馈通和DUT的 其它杂散信号生成的。 ● 在测量有较大杂散输出的器件 (例如没有 滤波功能的混频器) 时，为避免激励源 功率不稳定造成的误差，增加源端的 衰减量会有所帮助，这会使PNA-X和DUT 之间的隔离度更好。 ● 当使用VMC方法测量多级变频器件时， 最好建立一个单一的“总本振”信号来 驱动参考和校准混频器。 ● 当测量没有滤波的混频器时，时域选通 功能是去除纹波现象的很有用的工具， 它可以把杂散信号引起的不需要的信号 和时间延迟响应去除掉。 扫描本振 固定中频 固定本振 扫描中频 用PNA的VMC的测量结果(不使用衰减器) 群 时 延 (n s) RF频率(Hz) 用非安捷伦的 网络仪的 测量结果, 需要使用衰减器 8720不使用衰减器的测量结果 8720使用衰减器的测量结果 PNA使用SMC不使用衰减器的测量结果 延迟 选通功能关闭 选通功能打开 时域 选通功能关闭 选通功能打开 21 创新的应用 在真正的差分激励 条件下测量差分 放大器 (选件460) iTMSA通过测量矢量网络分析仪和DUT的匹配来补偿失配误差, 在测 量的基准面上准确地对两个信号的相位和幅度进行调整, 生成非常 理想的真正差分模式的激励信号。 使用PNA-X内置的两个激励源, iTMSA功能给 差分放大器提供真实的差分激励, 在任何工 作条件下都能给出精确的混合模式S参数。 如果不进行失配校准的话, 从DUT的输入端反射回来的信号回到激励 源之后再被反射回来, 被反射的信号叠加在原来的信号上, 导致信号 相位和幅度的不平衡, 这样就无法给DUT提供真正的差分激励信号。 这种失配的影响可以通过失配误差的校准来解决。 源失配 DUT失配 幅度误差 相位误差 相 位 误 差 (D eg ) 频率(Hz) 经过失配校准之后得到的相位 没有经过失配校准得到的相位 混合模式S参数 测量差分放大器面临的挑战 ● 传统上的两端口矢量网络分析仪使用巴仑测量 差分器件，不能够给出器件的 共模特性、差模到共模的变换特性 和共模到差模的变换特性。 ● 巴仑在特性上是带宽有限的器件， 如果测量所涉及的频率范围很宽 的话，需要通过多次使用不同的 巴仑才能完成测试。 ● 巴仑的相位误差会导致差分响应 测量结果不准确。 ● 现代化的四端口矢量网络分析仪 在单端激励的条件下也能给出 混合模式的S参数，不过差分 放大器在实际压缩工作条件下 的真实差分响应特性会与 传统模式的混合S参数不同。 PNA-X一体化真正差分 激励模式(iTMAS)的优点: ● 用真正的差分和共模激励信号测量 差分放大器的混合模式S参数。 ● 在被测器件的输入端口进行失配误差校准，可以把两路激励源之间的相位 误差降低到最小的程度。 ● 只在输入端口提供激励的模式可以防止不小心在放大器的输出端口进行 激励而对放大器造成的损坏。 ● 通过PNA-X内部的虚拟夹具对两路激励信号的相位进行偏移设置和相位偏 置扫描来优化放大器输入端口的匹配网络，找到不理想差分放大器的最大 增益点。 22 共模激励 (同相) 差分激励 (180°相位差) 通过虚拟夹具实现相位偏移扫描, 找出能够使放大器的增益达到最大的最优化的相位偏差 点, 对于设计输入匹配电路来说, 这是最基本的工作。 相位偏移扫描功能可以改变相位偏移的值, 就好像是由测量夹具引入了相位偏差一样, 这个功能让工程师能够对输入匹配电路进 行验证。 N5242A 26.5 GHz PNA-X激励信号相位误差的典型值: 在DUT的输入端口进行失配校准的 功能使得PNA-X能够产生精确的差分激励信号, 在10 GHz的测量频率以下, 差分信号的相位 误差不到 ± 1度; 在15 GHz测试频率, 相位误差不超过 ± 2度; 到26.5 GHz的测试频率, 相位误差 不超过 ± 4度。 专家提示 ● 当“a1/a3,1”轨迹的显示格式为相位时，它显示的是DUT输入端两个 激励源的相位差。为了看得清楚起见，需要给所显示的轨迹施加一个 180度的相位偏移，把显示的轨迹稳定在0度左右，这时轨迹显示的 就是差分输入激励信号的残留相位差。 ● 在只在输入端口提供真正差分输入的模式中假设DUT和矢量网络分析仪 的测量端口之间的匹配是非常理想的，这种假设只有当DUT的反向隔离 度很好时才成立。如果反向隔离度比较小，则在输出端口增加衰减器 会改善系统的匹配性能并能降低失配误差。 ● 如果要在相同的有效差分激励条件下，比较单端激励的测量结果和 真差分激励模式的测量结果，真差分激励源的每个端口上的信号的 功率应该比单端激励源的每个端口上信号的功率低6 dB。 单端激励 0 dBm端口功率 = -3 dBm差分功率 + -3 dBm共模功率 真差分激励 -3 dBm端口功率 = -6 dBm (端口1上的单端口激励功率) + -6 dBm (端口3上的单端口激励功率) 真正的Sdd21: 在相位偏移为-5度时达到峰值 理想化的Sdd21: 在相位偏移为0度时达到峰值 功 率 或 增 益 差分输入 信号的功率 相位偏移(偏离理想差分信号的度数) 23 PNA-X独特的硬件结构在毫米波应用上的优势: ● 即可以有2端口的配置，也可以有4端口的配置，测量各种各样的单端结构 或差分结构的毫米波器件。 ● 内置的两个激励源在毫米波频段也能在真差分激励模式下工作。 ● 内置的脉冲源、脉冲调制器和接收机选通测量能力构成了一体化的毫米波 脉冲参数的测量解决方案。 ● 使用先进的激励源功率校准方法保证在毫米波频段信号源功率的精度也 很高。 ● 可以直接与50 GHz PNA-X驱动的太赫兹模块相连接 创新的应用 把PNA-X的应用扩展 到毫米波的频率范围 把VDI公司的模块直接与50 GHz PNA-X连 接起来 , 使得S参数的测量频率可以达到 950 GHz。 2端口和4端口的配置 在110 GHz以上进行源功率校准 4端口的系统结构 太赫兹测量方案 使用N5262A毫米波测量装置控制器, 基于相 参源控制的OML模块组成的4端口毫米波测 量系统的框图。 24 激励源1 输出1 测试端口1 输出2 输出1 激励源2 输出2 测试端口3 测试端口4 测试端口2 N5262A毫米波测试装置控制器把四个毫米 波测量模块与PNA-X连接起来。如果要配置 成2端口的情况, 可以使用N5261A毫米波测 试装置控制器。 当使用毫米波测量模块的时候, 使用一个激 励源功率列表在很宽的频率范围和功率值 范围内提供经过校准的源激励功率。 一体化的脉冲参数测试 PNA-X内置的脉冲调制器可以 为毫米波测量模块提供脉冲射频信 号，使得在毫米波频段上进行脉冲 参数的测量和设置都很容易。 PNA-X在毫米波测试上 的应用 增益压缩测量 应用经过校准的激励源功率扫 描测量方法， PNA-X对毫米波器件进 行增益压缩测量所得到的结果是业 内最精确的。 标量混频器测量 由两个模块组成的测量系统可 以给毫米波混频器提供基波激励信号 和本振的驱动信号，测量变频损耗。 使用PNA-X内置的脉冲激励和中频选通功能 测量得到的77 GHz的脉冲包络 对已经封装好的PHEMT 75 GHz到110 GHz晶体 管放大器进行增益压缩测量得到的结果。 在毫米波测量频段上提供真 差分激励模式的测量功能 ● 使用最先进的误差校准方法，测量 精度在业内最高; ● 一体化实现相位扫描和功率控制 由两个模块组成的测试系统 使用PNA-X, N5262A毫米波测量装置控制器 和4个毫米波测量模块对差分LNA进行真正 差分激励的测试。 专家提示 ● 使用一个4端口的N5262A测量装置控制器来配置两个不同的2端口波导 波段的设置。 ● 即便是您自己没有毫米波频端的功率计探头，您仍可以用PNA-X内部的 参考接收机建立一个功率校准列表，这样可以保证毫米波测量模块 激励源功率变化的相对精度。 ● 对于不需要使用测试装置控制器的应用情况，用户可以下载安捷伦科技 编写的宏指令程序，这样可以很容易地对直接连接的毫米波测量设置 进行配置。 输入信号 77 GHz到81 GHz 本振输入信号 78 GHz到82 GHz 中频输出 1 GHz DUT基波混频器 25 大功率器件设计所面临的挑战 ● 有源器件经常被推动到非线性工作区域，这样设计是为了提高功率效率、 器件对信息的处理容量和输出功率。 ● 在大信号激励的工作条件下，有源器件的时域波形会产生失真，产生谐波 信号、形成交条失真和频谱的再生。 ● 当前使用的电路仿真软件依靠S参数