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新一代通讯挑战 网路分析仪轻松解决
常用的网路量测都有他的身影

【作者: 王岫晨】2017年08月30日 星期三

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放眼今天的网路分析仪,已经广泛用於描述各种「网路」的工具。例如,今天的大多数人都拥有在 3G 或 4G「网路」上运作的手机。此外,一般人生活中的大部分住家、办公室和商业场所,都有 Wi-Fi 或无线网路。此外,许多电脑和伺服器都设定在与云端连接在一起的网路中。对於这些网路,均存在一个可验证效能、地图覆盖区域和识别问题区域的网路分析仪工具。


回顾过去,第一个网路分析仪在1950年左右发明,被定义为量测电子网路的网路叁数的仪器。事实上,多年来网路分析仪已用来协助开发上述相关的所有网路技术。从手机网路到Wi-Fi网路,到电脑网路和云端,今天所有最常用的网路技术,皆可使用60年前首次发明的网路分析仪进行量测。


网路分析仪应用场合

目前所有无线解决方案均具有发射器和接收器,且通常都会包含许多射频和微波组件。这不仅包括智慧手机和无线网路,还包括连线的汽车和物联网等装置。此外,现今的网路还能以更高的频率运作,而且在射频和微波频率上传递讯号。


基本上,网路分析仪可用於测试组件规格并验证设计模拟,以确保系统及其组件可正常运作。研发工程师和制造测试工程师,通常在产品开发的各个阶段使用网路分析仪。组件设计人员需要验证其组件的效能,例如放大器、滤波器、天线、电缆、混波器等,而系统设计人员则需要验证其组件规格,以确保系统的效能可达到其子系统和系统规格。生产线则使用网路分析仪来确保所有产品在出货以供客户使用之前均符合要求。在某些情况下,网路分析仪甚至可用於现场操作,以验证部署的射频和微波系统,并进行相关的疑难排解。


向量网路分析仪

网路分析仪有四个主要的规格是必须考量的,这包括:频率范围、动态范围、轨迹杂讯和量测速度。

网路分析仪(network analyzer)是一种广泛应用在微波工业上的仪器,主要用以量测线性微波网路的特性。一般而言,网路分析仪可分为纯量型(scalar network analyzer)和向量型(vector network analyzer;VNA)两类。纯量型网路分析仪只能量测信号的大小,所以它仅能量测如反射系数的绝对值、VSWR等只具有大小的物理量。至於向量型网路分析仪则可以同时量测信号的大小(magnitude)及相位(phase),所以它不仅可以量测具有大小的物理量,还可以量测如输入阻抗、反射系数、频率响应等具有大小及相位的物理量。


向量网路分析仪(VNA)是一种重要的测试仪器,主要用於协助开发了许多新型的现代无线技术与设备。今天的VNA已经广泛用於射频和高频应用。在设计应用中,设计人员会透过模拟来,减少实体原型的迭代,目的在於加速上市时间,VNA主要用途就是用於验证这些设计模拟。在制造应用中,射频组件或装置则会根据一组规格进行组装和测试,VNA可以快速且准确地验证这些射频组件和装置的效能。



图一 :  网路分析仪可用於验证组件、子系统和系统级效能。(source:Tektronix.com)
图一 : 网路分析仪可用於验证组件、子系统和系统级效能。(source:Tektronix.com)

以图一为例,图中右侧的上混波器撷取IF讯号,并将其与振荡器(VCO)混合以产生射频讯号,其讯号转换成新频率的效果如何?是否会产生不需要的讯号?驱动混波器最有效的功率位准又是多少?而如果从系统设计的角度来看,有多少讯号通过射频板和离开天线?在接收端,双工器在发送和接收讯号之间提供的隔离多有效?所有这些问题,其实都可以使用网路分析仪来得到答案。


网路分析仪基本需求

工程师在确定对网路分析仪的需求时,需要考虑几个关键规格。虽然网路分析仪有许多不同的功能规格,但是有四个主要的规格是必须考量的,这包括:频率范围、动态范围、轨迹杂讯和量测速度。


频率范围是第一个也是最关键的规格考量。所以,在决定频率范围时,最好不仅要考虑即时需求,还要考虑潜在的未来需求。此外,当所有待测物均具有指定的操作频率时,对於某些待测物来说,可能还需要考虑谐波频率。主动式组件(例如放大器、转换器和混波器等)可能需要在其操作频率的2至5倍的谐波频率下进行测试。滤波器和双工器也可能需要在其通带谐波下进行测试。虽然可能需要较高的频率范围,但最大频率范围却可以作为网路分析仪的主要成本因素来加以考量。


结语

网路分析仪可以用来协助开发许多现代的通讯技术。向待测装置(或DUT)及多个接收器提供已知的刺激讯号来量测回应,网路分析仪会形成闭合??路,使其能够非常准确地量测组件的电气量级和相位回应。由於其独特的使用者校准功能,使得网路分析仪成为可用的最准确射频测试仪器之一,可减少电缆、转接器和其他测试设备的影响,来仔细隔离待测物效能。


网路分析仪也可测试组件规格并验证设计模拟。利用这种准确的特性分析层级,系统工程师可以研究电路或系统级设计,并放心地确定其设计将按预期运作,不论是设计阶段或制造阶段,都可以得到更相符的测试结果。


(本文叁考资料:太克科技VNA基础介绍)


解决方案

罗德史瓦兹全新多埠向量网路分析仪ZNBT20

罗德史瓦兹:「这是第一台具备多测试埠的向量网路分析仪!」


罗德史瓦兹(R&S)新推出的ZNBT20 是第一台具备多个测试埠的向量网路分析仪,在微波范围内提供多达16个测试埠。ZNBT20承袭R&S ZNBT8的硬体架构设计,并将频率范围扩展至20 GHz;使用者能定义并同时进行多组设备测试,使生产速度大幅提升。R&S ZNBT网路分析仪每埠皆为独立的测试埠且具量测效能。


R&S 扩大了ZNBT向量网路分析仪之频率范围达20 GHz。R&S ZNBT20具备100 kHz的起始频率并内建多达16个测试埠,提供快速的扫描时间和优异的RF测试效能。R&S ZNBT20是一款真正的多埠向量网路分析仪,可同时驱动所有测试埠,毋须透过内部切换的方式就能进行平行测量控制,如此就能大幅地增加产能,这点在生产测试应用中尤其重要。



图二 : 罗德史瓦兹多埠向量网路分析仪ZNBT20
图二 : 罗德史瓦兹多埠向量网路分析仪ZNBT20图片来源:rohde-schwarz.com

是德科技PNA网路分析仪

是德科技台湾区总经理张志铭:「PNA系列是速度、效能和价格的完美组合!」


PNA 系列是是德科技 45 年来深耕网路分析领域的精湛成果,树立了微波元件测试之效能、速度、精确度、通用性的新标竿。PNA 系列包括下列产品:


· PNA-L 系列专为测试被动元件、放大器和变频器而设计,可执行 S 叁数和简单的非线性测试;


· PNA 系列业界效能最隹的网路分析仪,为被动与主动元件测试提供许多先进量测应用;


· PNA-X 系列是德最高阶、最灵活的网路分析仪,单机与单一连接就能进行完整的线性与非线性元件特性分析。



图三 : 是德科技PNA网路分析仪
图三 : 是德科技PNA网路分析仪图片来源:keysight.com

Anritsu高阶向量网路分析仪VectorStar系列

安立知:「VectorStar可帮助工程师研发最先进的设计!」


VectorStar系列是 Anritsu 的高阶向量网路分析仪系列,在现代化工作平台上提供最出色的整体效能。MS4640B VectorStar 向量网路分析仪在单一仪器中提供 70 kHz ~ 70 GHz 的最宽频率范围,不仅支援高达 70 GHz 的频率覆盖范围,低频端更可提供加倍的效能。


IMDView提供灵活的选单栏,可於修改关键 IMD 叁数时,同时显示实时量测。其内部组合选项提供在单一连接中 S 叁数及 IMD 量测之间变换的能力,无需重新连接 DUT。


PulseView(脉冲检视)组合创新式中频 (IF) 数位化选项,能够提供业界领先的 2.5 ns 脉冲解析度和 100 dB 动态范围,具可变的占空比 (duty cycle),可维持相同的动态范围。PulseView 能够提供脉冲度量的即时显示,且能够同时为即时的设计验证动态变更脉冲叁数。


DifferentialView(差动检视)组合内部双源选项,能够提供差动设备、驱动程式和元件的即时显示分析,且同时能够主动修改内部双源的相位和幅度关系。



图四 : Anritsu高阶向量网路分析仪VectorStar系列
图四 : Anritsu高阶向量网路分析仪VectorStar系列图片来源:anritsu.com

NI PXIe-5632向量网路分析器 (VNA)

国家仪器技术行销经理潘建安:「NI向量网路分析仪可提供精准的RF效能!」


NI 针对精巧的模组化 PXI 平台提供了向量网路分析仪 (VNA) 功能。NI 向量网路分析仪搭载精巧的 PXI 机型,可提供极为精准的 RF 效能,还能缩短测试时间;有助於使用不同的 RF 与混合讯号 I/O 仪器,并且顺利整合至测试系统。


双埠式 NI PXIe-5632 的频率范围高达 8.5 GHz,来源功率则是 -30 dBm ~ +15 dBm,并且配备双源架构、来源存取??路与低延迟触发功能。全功能的 NI VNA 软人机介面、NI LabVIEW 或 NI LabWindows/CVI API 可用来执行精确的自动/手动校准,并且快速进行量测作业。


有了 NI PXIe-5632 即可於设计检验与生产线上分析网路,不需要昂贵又庞大的传统网路分析器。NI PXIe-5632 之类的向量网路分析器 (VNA) 可量测装置的强度、相位、阻抗。由於网路分析器属於封闭式的激发响应系统,因此可透过绝隹的精确度测得 RF 的特性叁数。



图五 : NI PXI平台
图五 : NI PXI平台图片来源:ni.com

Tektronix TTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪

太克科技:「我们以一贯的准确性和可信度,在获得量测能力的同时也兼顾预算!」


除了拥有更好的功能支援和品质,也兼具易用性和经济性。Tektronix TTR500系列双连接埠、双路径向量网路分析仪是新推出的产品,不仅比业界其他的桌上型产品价格低於40%,同时还拥有量测效能和便利性!凭藉 Tektronix 一贯的准确性和可信度,在获得日常量测能力的同时,还能兼顾到预算。


TTR500系列比起其他竞争对手产品,拥有低於40%价格的优势。其对动态范围等主要叁数提供更隹的射频效能,并包括过去需要支付额外费用才能获得的内建T型偏压器。全新的TTR500系列VNA以经济实惠的价格,为工程师提供6GHz的2埠VNA所有功能和效能。



图六 : Tektronix TTR500系列向量网路分析仪
图六 : Tektronix TTR500系列向量网路分析仪图片来源:tektronix.com
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