是德E5071C射頻網絡分析儀多端口網絡分析解決方案

一、簡介

       目前，市場對元器件和模塊的要求正變得越來越高，迫使廠商不斷改進這些產品。在無線通信行業(yè)中，蜂窩手機的設計者和制造商都期望能有一些體積更小、價格更便宜且支持多頻段的元器件，以滿足終端用戶不斷增長的需求。在一個器件中集成的功能越來越多，誕生了具有組.合功能的多端口器件，因此也使得全面的多端口表征變得越來越重要。盡管多端口設備的測量參數(shù)不斷增多,但許多制造商都在想方設法縮短總體測試時間。在網絡分析方面，提高生產吞吐量的-種方法就是縮短連接被測件(DUT)所用的時間，而專]設計與網絡分析儀配合工作的多端口測試儀可以有效地實現(xiàn)這一點。當測試那些與蜂窩手機內部功率放大器相連的器件時,不僅需要進行非線性表征(例如測量向被測件輸入高功率信號時的諧波失真),還需要進行S參數(shù)測量(通常是在小信號條件下執(zhí)行)。出于功率處理能方面的考慮，我們建議將多端口測試儀和外部機電(EM)開關結合使用，從而更經濟高效和更快地進行測試。本應用指南將簡要介紹如何擴展E5071C網絡分析儀進行多端口測量的能力,而后詳細說明如何通過單-連接來進行高功率和低功率信號測量。

二、多端口網絡分析解決方案

       圖1顯示了一個多端口網絡分析解決方案的示例，另外還顯示了Agilent E5091A測試儀的內部結構圖。Agilent E5091A開關多端口測試儀專為與ENA網絡分析儀協(xié)同工作而設計。4端口ENA發(fā)送的信號通過測試儀的內部開關變換路徑,用于表征多端口設備。ENA上的固化軟件可控制Agilent E5091A測試儀，并通過兩者之間的USB連接進行通信，實現(xiàn)高速測量。E5091A 有兩種不同的選件:選件009 (左側的9端口配置)和選件016 (右側的13或16端口配置)。

圖1. E5091A多端口測試儀的結構圖(左側為選件009,右側為選件016)

       E5091A的體系結構由多個SPDT (單刀雙擲;一個輸入，兩個輸出)開關構成。使用ENA的功能鍵可以接通和斷開這些內部SPDT開關，將ENA發(fā)送的射頻信號傳送到多端口被測件(DUT) 的每個端口上。由于固態(tài)開關內置在測試儀中，因此與采用其他技術的開關相比，SPDT開關的切換時間可降至短，從而實現(xiàn)快速測量。考慮到ENA執(zhí)行頻率掃描的等待時間，這還可以高度優(yōu)化測試儀中的開關切換時間，從而顯著縮短總體測量序列中的額外時間。這對使用自動測試系統(tǒng)(ATE)進行批量生產的制造商顯然非常重要,因為測量速度是一個重要的參數(shù)，而測量的高吞吐量對總體測試成本有極大的影響。

       盡管采用E5091A可以顯著提高測量速度,但是測試儀的某些應用還是會受到影響。例如，由于固化開關解決方案在損壞電平技術指標上有限制，它不能進行高功率測量。內部固態(tài)開關將測試儀的大損壞電平限制為大約+20 dBm,但如果是表征GSM手機中的元器件，這個值是不夠用的。為了提高效率，該應用中所使用的放大器通常是在非線性區(qū)域內工作;在某些情況下，該應用還需要進行+30 dBm (=1 W)以上的高功率測量。

       為了避免外部條件產生電應以及測試儀內部元器件出現(xiàn)硬件故障,工程師現(xiàn)在可以使用外部EM開關擴展E5091A的功能。以下部分將會詳細討論其應用示例，并重點說明這種靈活配置的主要優(yōu)勢，并詳細介紹如何選擇測試標準。EM開關可擴展E5091A的功能，因為它們的失真特性比固態(tài)開關更高。安捷倫為各種必要的應用提供高性能同軸開關，這些開關使用壽命更長，且具有保證0.03 dB插入損耗的可重復性和可靠性，能夠讓大多數(shù)開關應用實現(xiàn)更高性能。

       通過使用各種專用開關，可以優(yōu)化測量系統(tǒng)的性能。在下面的測量應用示例中，我們推薦了一種SPDT和單刀四擲(SP4T) 多端口EM開關的組合。安捷倫提供了大量可供選擇的開關，您可以靈活地進行配置,以便用于不同應用和滿足各種需求。我們推薦使用Agilent N1810TL作為SPDT開關,它可以把來自一個輸入路徑的信號傳送給兩個輸出路徑，此外還可以提供出色的插入損耗(0.03 dB)和隔離度(>60 dB)。至于具有一個輸入路徑和四個輸出路徑的SP4T，用戶可以選擇Agilent87104A或L7104A。由于87104A能夠保證0.03 dB的可重復性，確保在500萬次切換的整個使用壽命中(典型值為1000萬次)都保持高精度并減少校準次數(shù)，所以更適合大規(guī)模制造領域。出于經濟上的考慮，安捷倫還提供了L7104A。它是一款價格較為經濟的高性能SP4T,能夠保證0.03dB的可重復性，因而可在200萬次切換的整個使用壽命中(典型值為500萬次)保持高精度并減少校準次數(shù)。下節(jié)將討論測量的設置步驟，然后對設置中的每個元器件進行詳細說明，以使您更好地了解如何發(fā)揮AgilentE5071CENA射頻網絡分析儀的潛力。

三、驅動機電開關：Agilent 11713系列衰減器/開關驅動器

       要驅動機電開關，必須有-個開關驅動器提供必需的直流電壓。在網絡分析儀進行測量掃描之前，必須對開關進行設置,以獲得準確和穩(wěn)定的測量結果。

       Agilent 11713C衰減器/開關驅動器能夠驅動多達20個SPDT開關，支持的開關類型從SPDT- .直到單刀六擲(SP6T)多端口開關。它有5 V.15 V和24 V三種電壓可供選擇，而且還支持用戶定義的電壓。

       圖2顯示了ENA和11713B/C的配置。兩臺儀器之間通過USB/GPIB接口(即Agilent 82357B)相連，以便從ENA進行遠程控制操作。連接時，ENA-端使用USB連接器，另-端的11713B/C使用GPIB連接器。在這個設置中，可以將ENA用作系統(tǒng)控制器，通過11713B/C控制外部開關。11713B/C提供了9種能夠輕松連接儀器和開關的電纜選件，因此可以非常容易地建立從驅動器到開關的點對點連接。對于本解決方案中推薦的Agilent N1810TL SPDT,可以使用電纜選件201 (Viking 連接器，12針裸線導體電纜)和選件501 (Viking 連接器，4個9針DSUB連接器)。另一方面，可以使用電纜選件201和選件601 (Viking 連接器，16 針DIP連接器)將87104A或L7104A與驅動器連接。更多信息請參見11713B/C配置指南，5989-7277EN。

圖2. ENA和11713B/C的連接

         注意，E5091A多端口測試儀自帶內部驅動電路，可以通過前面板上的D-sub 15針連接器提供直流電壓(見圖3)。這個電路原本用于控制被測件，例如蜂窩手機中的天線開關模塊，但它也能驅動符合測試儀硬件技術規(guī)范的其他器件。正信號時的輸出直流電壓范圍為0至+5 V;反信號時為-5V至0 V。大電源電流限制在50 mA以下。

圖3.用于控制E5091A .上的電壓的D-sub 15針連接器

四、軟件連通性

       進行多端口測量時，需要將許多測量參數(shù)輸入到測試儀器中。這可能要耗費大量時間，有時測試的準備過程和校準過程比實際測量所用的時間還要長。因此，設置軟件對于縮短多端口測量的時間至關重要。

       ENA 帶有一個測量向導助手(MWA)軟件選件(E5071C-790)， 能夠為所有進行多端口測量的操作人員提供重要幫助。圖4顯示了MWA的總體概念。軟件由兩個主要應用程序組成一前 端程序和后端程序。前端應用程序在Microsoft Excel.上運行，能夠生成-一個設置文件，其中包括網絡分析的所有參數(shù)(例如功率電平、頻率范圍、IFBW 或點數(shù))。

       一旦通過Excel形式的用戶界面輸入了前端應用程序所必需的參數(shù)，就不用再通過ENA.上的功能鍵進行輸入。這樣將會大限度地減少累人的操作，極大地提高測試效率。

       ENA上的Microsoft VBA軟件的后端應用程序會調用已生成的設置文件(.mwa),并在ENA中自動設置所包含的全部參數(shù)。該后端應用程序也有校準向導功能，可在使用多端口測試儀時提供校準程序。這個向導功能還可將校準過程中需要的連接數(shù)減少,消除校準過程中可能出現(xiàn)的連接錯誤。

圖4. MWA概念

        圖5顯示了前端應用程序中的一個“GPIB”工作表示例，用戶進行多端口測量時可使用這個工作表在ENA和外部儀器之間進行遠程控制。

圖5. MWA的“GPIB” 工作表，用于通過驅動器控制開關

       如前所述，當ENA通過USB/GPIB接口與外圍設備連接時，它可以作為測試系統(tǒng)中的系統(tǒng)控制器，使用選定的GPIB地址向外圍設備發(fā)送GPIB命令。在測試程序中，通過發(fā)送命令來打開和關閉開關，可以讓11713C開關驅動器選中MWA前端應用程序所定義的開關端口。