E5071C ENA射频网络分析仪多端口网络分析解决方案

一、简介

目前，市场对元器件和模块的要求正变得越来越高，迫使厂商不断改进这些产品。在无线通信行业中，蜂窝手机的设计者和制造商都期望能有一些体积更小、价格更便宜且支持多频段的元器件，以满足终端用户不断增长的需求。在一个器件中集成的功能越来越多，诞生了具有组.合功能的多端口器件，因此也使得全面的多端口表征变得越来越重要。尽管多端口设备的测量参数不断增多,但许多制造商都在想方设法缩短总体测试时间。在网络分析方面，提高生产吞吐量的-种方法就是缩短连接被测件(DUT)所用的时间，而专]设计与网络分析仪配合工作的多端口测试仪可以有效地实现这一点。当测试那些与蜂窝手机内部功率放大器相连的器件时,不仅需要进行非线性表征(例如测量向被测件输入高功率信号时的谐波失真),还需要进行S参数测量(通常是在小信号条件下执行)。出于功率处理能方面的考虑，我们建议将多端口测试仪和外部机电(EM)开关结合使用，从而更经济高效和更快地进行测试。本应用指南将简要介绍如何扩展E5071C网络分析仪进行多端口测量的能力,而后详细说明如何通过单-连接来进行高功率和低功率信号测量。

二、多端口网络分析解决方案

图1显示了一个多端口网络分析解决方案的示例，另外还显示了Agilent E5091A测试仪的内部结构图。Agilent E5091A开关多端口测试仪专为与ENA网络分析仪协同工作而设计。4端口ENA发送的信号通过测试仪的内部开关变换路径,用于表征多端口设备。ENA上的固化软件可控制Agilent E5091A测试仪，并通过两者之间的USB连接进行通信，实现高速测量。E5091A 有两种不同的选件:选件009 (左侧的9端口配置)和选件016 (右侧的13或16端口配置)。

图1. E5091A多端口测试仪的结构图(左侧为选件009,右侧为选件016)

E5091A的体系结构由多个SPDT (单刀双掷;一个输入，两个输出)开关构成。使用ENA的功能键可以接通和断开这些内部SPDT开关，将ENA发送的射频信号传送到多端口被测件(DUT) 的每个端口上。由于固态开关内置在测试仪中，因此与采用其他技术的开关相比，SPDT开关的切换时间可降至短，从而实现快速测量。考虑到ENA执行频率扫描的等待时间，这还可以高度优化测试仪中的开关切换时间，从而显著缩短总体测量序列中的额外时间。这对使用自动测试系统(ATE)进行批量生产的制造商显然非常重要,因为测量速度是一个重要的参数，而测量的高吞吐量对总体测试成本有极大的影响。

尽管采用E5091A可以显著提高测量速度,但是测试仪的某些应用还是会受到影响。例如，由于固化开关解决方案在损坏电平技术指标上有限制，它不能进行高功率测量。内部固态开关将测试仪的大损坏电平限制为大约+20 dBm,但如果是表征GSM手机中的元器件，这个值是不够用的。为了提高效率，该应用中所使用的放大器通常是在非线性区域内工作;在某些情况下，该应用还需要进行+30 dBm (=1 W)以上的高功率测量。

为了避免外部条件产生电应以及测试仪内部元器件出现硬件故障,工程师现在可以使用外部EM开关扩展E5091A的功能。以下部分将会详细讨论其应用示例，并重点说明这种灵活配置的主要优势，并详细介绍如何选择测试标准。EM开关可扩展E5091A的功能，因为它们的失真特性比固态开关更高。安捷伦为各种必要的应用提供高性能同轴开关，这些开关使用寿命更长，且具有保证0.03 dB插入损耗的可重复性和可靠性，能够让大多数开关应用实现更高性能。

通过使用各种专用开关，可以优化测量系统的性能。在下面的测量应用示例中，我们推荐了一种SPDT和单刀四掷(SP4T) 多端口EM开关的组合。安捷伦提供了大量可供选择的开关，您可以灵活地进行配置,以便用于不同应用和满足各种需求。我们推荐使用Agilent N1810TL作为SPDT开关,它可以把来自一个输入路径的信号传送给两个输出路径，此外还可以提供出色的插入损耗(0.03 dB)和隔离度(>60 dB)。至于具有一个输入路径和四个输出路径的SP4T，用户可以选择Agilent87104A或L7104A。由于87104A能够保证0.03 dB的可重复性，确保在500万次切换的整个使用寿命中(典型值为1000万次)都保持高精度并减少校准次数，所以更适合大规模制造领域。出于经济上的考虑，安捷伦还提供了L7104A。它是一款价格较为经济的高性能SP4T,能够保证0.03dB的可重复性，因而可在200万次切换的整个使用寿命中(典型值为500万次)保持高精度并减少校准次数。下节将讨论测量的设置步骤，然后对设置中的每个元器件进行详细说明，以使您更好地了解如何发挥AgilentE5071CENA射频网络分析仪的潜力。

三、驱动机电开关：Agilent 11713系列衰减器/开关驱动器

要驱动机电开关，必须有-个开关驱动器提供必需的直流电压。在网络分析仪进行测量扫描之前，必须对开关进行设置,以获得准确和稳定的测量结果。

Agilent 11713C衰减器/开关驱动器能够驱动多达20个SPDT开关，支持的开关类型从SPDT- .直到单刀六掷(SP6T)多端口开关。它有5 V.15 V和24 V三种电压可供选择，而且还支持用户定义的电压。

图2显示了ENA和11713B/C的配置。两台仪器之间通过USB/GPIB接口(即Agilent 82357B)相连，以便从ENA进行远程控制操作。连接时，ENA-端使用USB连接器，另-端的11713B/C使用GPIB连接器。在这个设置中，可以将ENA用作系统控制器，通过11713B/C控制外部开关。11713B/C提供了9种能够轻松连接仪器和开关的电缆选件，因此可以非常容易地建立从驱动器到开关的点对点连接。对于本解决方案中推荐的Agilent N1810TL SPDT,可以使用电缆选件201 (Viking 连接器，12针裸线导体电缆)和选件501 (Viking 连接器，4个9针DSUB连接器)。另一方面，可以使用电缆选件201和选件601 (Viking 连接器，16 针DIP连接器)将87104A或L7104A与驱动器连接。更多信息请参见11713B/C配置指南，5989-7277EN。

图2. ENA和11713B/C的连接

注意，E5091A多端口测试仪自带内部驱动电路，可以通过前面板上的D-sub 15针连接器提供直流电压(见图3)。这个电路原本用于控制被测件，例如蜂窝手机中的天线开关模块，但它也能驱动符合测试仪硬件技术规范的其他器件。正信号时的输出直流电压范围为0至+5 V;反信号时为-5V至0 V。大电源电流限制在50 mA以下。

图3.用于控制E5091A .上的电压的D-sub 15针连接器

四、软件连通性

进行多端口测量时，需要将许多测量参数输入到测试仪器中。这可能要耗费大量时间，有时测试的准备过程和校准过程比实际测量所用的时间还要长。因此，设置软件对于缩短多端口测量的时间至关重要。

ENA 带有一个测量向导助手(MWA)软件选件(E5071C-790)， 能够为所有进行多端口测量的操作人员提供重要帮助。图4显示了MWA的总体概念。软件由两个主要应用程序组成一前 端程序和后端程序。前端应用程序在Microsoft Excel.上运行，能够生成-一个设置文件，其中包括网络分析的所有参数(例如功率电平、频率范围、IFBW 或点数)。

一旦通过Excel形式的用户界面输入了前端应用程序所必需的参数，就不用再通过ENA.上的功能键进行输入。这样将会大限度地减少累人的操作，极大地提高测试效率。

ENA上的Microsoft VBA软件的后端应用程序会调用已生成的设置文件(.mwa),并在ENA中自动设置所包含的全部参数。该后端应用程序也有校准向导功能，可在使用多端口测试仪时提供校准程序。这个向导功能还可将校准过程中需要的连接数减至极少,消除校准过程中可能出现的连接错误。

图4. MWA概念

图5显示了前端应用程序中的一个“GPIB”工作表示例，用户进行多端口测量时可使用这个工作表在ENA和外部仪器之间进行远程控制。

图5. MWA的“GPIB” 工作表，用于通过驱动器控制开关

如前所述，当ENA通过USB/GPIB接口与外围设备连接时，它可以作为测试系统中的系统控制器，使用选定的GPIB地址向外围设备发送GPIB命令。在测试程序中，通过发送命令来打开和关闭开关，可以让11713C开关驱动器选中MWA前端应用程序所定义的开关端口。

审核编辑：汤梓红