High-End-Netzwerkanalysator zukunftsweisend und extrem schnell

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1 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Netzwerkanalysatoren Vektor-Netzwerkanalysator R&S ZVA High-End-Netzwerkanalysator zukunftsweisend und extrem schnell Die neue High-End-Netzwerkanalysator-Generation R&S ZVA bietet hohe Messgeschwindigkeit, großen Dynamikbereich sowie extreme Vielseitigkeit und Genauigkeit und damit beste Voraussetzungen für jetzige und künftige Messaufgaben. Leicht und intuitiv bedienbar ist sie obendrein. Ausgefeiltes Hardware-Konzept Der High-End-Netzwerkanalysator R&S ZVA (BILD 1) ist in Modellen bis 8 GHz und bis 24 GHz erhältlich, wahlweise mit zwei oder mit vier Messtoren. Wie schon sein Vorgänger R&S ZVR arbeitet er nach dem bewährten Konzept der Grundwellenmischung, das maximale Dynamik und Empfindlichkeit gewährleistet. Die extrem schnellen Synthesizer des Analysators sind die Garanten für kürzeste Messzeiten. Jedes Tor ist mit einem Mess- und einem ausgestattet und je zwei Tore werden von einem Generator versorgt wahlweise sequenziell oder parallel (BILD 2). Damit ist auch paralleles Messen von Testobjekten möglich. Universaltalent, das Entwicklerherzen höher schlagen lässt Größtmögliche Vielseitigkeit Die Anforderungen in den Entwicklungslabors sind durch neue Technologien und immer kürzere Innovationszyklen permanent in Fluss. In diesem Szenario sind flexible Messgeräte gefragt, die für BILD 1 Höchste HF-Performance gepaart mit vielseitiger Einsatz- und optionaler Ausbaufähigkeit das sind wesentliche Merkmale des Vektor-Netzwerkanalysators R&S ZVA /10 26

2 eine Vielzahl unterschiedlicher Messobjekte einsetzbar sind. Der R&S ZVA zeigt sich in diesem Umfeld als Multitalent: Bereits in der Grundausstattung kann er symmetrische und unsymmetrische passive Bauteile sowie Verstärker messen. Optional sind zusätzlich frequenzumsetzende Messungen an Mischern und Verstärkern sowie die Zeitbereichsanalyse möglich. BILD 2 Blockdiagramm des 4-Tor- Standard-Test-Sets im R&S ZVA. Jedes Tor ist mit einem Mess- und einem ausgestattet und je zwei Tore werden von einem Generator versorgt wahlweise sequenziell oder parallel. PORT 4 bei bester Bedienbarkeit Den Netzwerkanalysator R&S ZVA kann man ohne langwieriges Studieren eines Handbuchs intuitiv bedienen. Bei aufwändigeren Einstellungen, beispielsweise bei der Messung symmetrischer oder anderer Mehrtorbauteile, unterstützt der Analysator den Anwender mit einem Assistenten, der ihn Schritt für Schritt durch die Einstellungen führt und alle notwendigen Eingaben abfragt, ohne dass tiefergehende Kenntnisse über das Gerät erforderlich sind (BILD 3). So gelingen auch komplizierte Messeinstellungen schnell und problemlos. PORT 3 PORT 2 PORT 1 Anwendungsbeispiele Basisstationsfilter messen Basisstationsfilter zeichnen sich durch eine sehr hohe Dämpfung im Sperrbereich sowie eine geringe Dämpfung im Durchlassbereich aus. Die S 21 -Messung an solchen Filtern erfordert eine hohe Dynamik des Messgeräts und die Verwendung segmentierter Sweeps mit jeweils optimalen Geräteeinstellungen für den Durchlass- und den Sperrbereich (BILD 4 und 5). BILD 3 Schnell und problemlos gelingen auch komplizierte Messeinstellungen: Der Assistent im R&S ZVA führt den Anwender Schritt für Schritt durch komplexe Einstellungen und fragt alle notwendigen Eingaben ab. Im Sperrbereich des Filters wird eine möglichst kleine ZF-Bandbreite minimal 1 Hz gewählt, um die größtmögliche Empfindlichkeit zu erreichen. Die dadurch längere Messzeit kann durch weniger Messpunkte kompensiert und damit eine hohe Dynamik bei vertretbarer Geschwindigkeit erzielt werden. 27

3 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Netzwerkanalysatoren Im Durchlassbereich kommt es vor allem auf eine gute Auflösung und ein geringes Messkurvenrauschen an. Es werden deshalb viele Messpunkte in diesem Bereich gewählt, um den Ripple die Differenz zwischen Maximum und Minimum im Durchlassbereich und die Welligkeit gut analysieren zu können. Damit der Empfänger des Analysators auf Grund der geringen Filterdämpfung nicht übersteuert wird, wählt man eine Ausgangsleistung von beispielsweise 10 dbm (BILD 4). Verstärker charakterisieren Der R&S ZVA bietet zahlreiche Messmöglichkeiten für Verstärker. Zum präzisen und unterbrechungsfreien Messen des Übertragungsverhaltens ist ein möglichst großer Pegelbereich wünschenswert, ohne dass Dämpfungsglieder umgeschaltet werden müssen. Der R&S ZVA bringt mit einem elektronisch einstellbaren Pegelbereich von typisch 50 db beste Voraussetzungen für das Ermitteln des Übertragungs- und Kompressionsverhaltens von Verstärkern mit (BILD 6). Das Messen des Kleinsignalverhaltens erfordert manchmal sehr kleine Pegel. Mit optionalen, mechanisch einstellbaren Dämpfungsgliedern lässt sich der Ausgangspegel des Analysators auf < 100 dbm reduzieren. Zur Messung der Kompression dagegen ist ein möglichst hohe Ausgangspegel erforderlich, hier erreicht der R&S ZVA +15 dbm. Gleichspannung für aktive Messobjekte kann an den -Eingängen an der Rückseite des R&S ZVA eingespeist werden. Sie liegt dann über den Innenleiter des Messtors am Messobjekt an. Die DC-Eingänge am R&S ZVA erlauben das Messen der Versorgungsspannung bzw. des dazu proportionalen Stroms, aus der dann die Power Added Efficiency (PAE) das Verhältnis von Ausgangsleistung zu aufgenommener Leistung ermittelt wird. Hochgenaue Verstärkermessungen erreicht man durch kalibrieren der Ausgangsleistung des Analysators, gleichzeitig eliminiert man damit auch den Einfluss des Messaufbaus. Dazu steuert der R&S ZVA einen Leistungsmesskopf R&S NRP über die USB-Schnittstelle und kalibriert den Generatorpegel über dem Pegel oder über der Frequenz. Die Kalibrierung lässt sich wahlweise in iterativen Schritten durchführen oder aber bis zu einer vorgegebenen minimalen Pegeltoleranz. Intermodulationsmessungen an Verstärkern Das 4-Tor-Modell des R&S ZVA verfügt über zwei interne Generatoren. Diese können ein Zweitonsignal für Intermodulationsmessungen erzeugen, ein externer Generator ist in diesem Fall nicht erforderlich (BILD 7). Das niedrige Phasenrauschen der internen Generatoren und die hohe Aussteuerungsfestigkeit der Empfänger im R&S ZVA bieten die besten Voraussetzungen für das Messen hoher Intercept-Punkte. Hot S-Parametermessung an Leistungsverstärkern Das Charakterisieren eines Leistungsverstärkers erfordert das Messen seiner ausgangsseitigen Anpassung S 22 unter realen Bedingungen, also bei voller Last. Man bezeichnet das als Hot S-Parametermessung. Nur so kann eine optimale Anpassung an die ausgangsseitige Last erfolgen. Die Schwierigkeit bei dieser Messung ist, dass das vom Analysator an Tor 2 erzeugte Signal von dem hohen Ausgangssignal des Verstärkers überlagert wird. Dieses Problem umgeht man durch einen kleinen Frequenzversatz zwischen dem Ausgangssignal des Verstärkers und dem vom Analysator für die S 22 -Messung erzeugten Signal. Voraussetzungen dafür sind aber eine sehr gute Empfängerselektivität und eine robuste Pegelregelung, wie sie der R&S ZVA aufweist. Frequenzumsetzende Messungen an Mischern Die voneinander unabhängigen Synthesizer im R&S ZVA sind die Voraussetzung für Messungen an Mischern und Frequenzumsetzern. Generator und Empfänger müssen dafür auf unterschiedlichen Frequenzen sweepen. Das LO- Signal für den Mischer kann entweder ein externer Generator oder der zweite Generator im 4-Tor-Modell des R&S ZVA erzeugen (BILD 8). Mit einem externen Generator sind Intermodulationsmessungen an Mischern durchführbar. Der Analysator steuert dabei den Generator über die IEC-Busoder die LAN-Schnittstelle. Die charakteristischen Messgrößen von Mischern sind Conversion Loss, Anpassung, Gruppenlaufzeit, Isolation, Kompressionsverhalten und die Intermodulationsprodukte der R&S ZVA kann sie alle messen und die Ergebnisse übersichtlich darstellen (BILD 9). Produktionsabläufe optimieren Das wichtigste Kriterium in der Produktion ist ein möglichst hoher Durchsatz. Dieser hängt von der Geschwindigkeit des Messgeräts und in automatisierten Abläufen auch von der Datentransferzeit zum Rechner ab. Schnellster Analysator auf dem Markt Der R&S ZVA setzt hier neue Maßstäbe, denn seine schnellen Synthesizer benötigen nur weniger als 5 ms für einen Frequenz-Sweep mit 201 Messpunkten. Im CW-Sweep-Modus erreicht er eine Messzeit von weniger als 3,5 µs pro Messpunkt. Er ist damit zur Zeit der schnellste Netzwerkanalysator am Markt. Für die zeitliche Optimierung der Messungen ist es wichtig, die größtmögliche ZF-Bandbreite zu wählen, die gleichzeitig eine ausreichende Dynamik und ein ver- 28

4 BILD 4 Einstellungen für Messungen an einem Basisstationsfilter. BILD 5 Transmissionsmessung an einem Basisstationsfilter. BILD 7 Messaufbau für Intermodulationsmessungen ohne externen Generator. HF ZF LO BILD 8 Der zweite interne Generator liefert das LO-Signal für Mischermessungen. BILD 6 Charakterisierung eines Verstärkers. 29

5 High-end network analyzer up to 8 GHz /24 GHz with two or four test ports High output power typ. >15 dbm Wide dynamic range typ. >135 db High measurement speed <3.5 µs per test point Balanced measurements Linear and nonlinear amplifier and mixer measurements Versatile calibration techniques TOSM, TRL/LRL, TOM, TRM, TNA Automatic calibration unit Version September 2005 Specifications Version September 2005 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Netzwerkanalysatoren tretbar geringes Messkurvenrauschen gewährleistet. Die exzellente Dynamik des R&S ZVA von typisch 135 db am Messtor und bis zu 150 db bei Verwendung der Option Direkter Empfängerzugriff sowie ein Messkurvenrauschen von typ. nur 0,0008 db bei einer ZF- Bandbreite von 1 khz bieten beste Voraussetzungen dafür. Weiter optimieren lässt sich die Messgeschwindigkeit mit segmentierten Sweeps, bei denen die Messparameter wie beispielsweise ZF-Bandbreite, Zahl der Messpunkte und Generatorpegel für jedes Segment unabhängig voneinander definiert werden. Das erlaubt es, nur dort zu messen, wo auch Ergebnisse benötigt werden und zwar mit der jeweils gewünschten Dynamik und Frequenzauflösung. Datentransferzeit minimieren Das Hardware-Konzept des R&S ZVA ermöglicht es, die Messdaten des ersten Sweeps schon während des zweiten Sweeps über IEC-Bus oder LAN an den Rechner zu übertragen. Dies bringt einen enormen Zeitgewinn, weil die Auslesezeiten praktisch vernachlässigbar sind. In automatisierten Messabläufen helfen die Channel Bits des R&S ZVA, die Messzeiten noch weiter zu verkürzen. Channel Bits liegen an den Trigger-Einund -Ausgängen an und dienen zur Synchronisation des Prüflings mit dem Netzwerkanalysator, für Grenzwertabfragen oder zur Steuerung externer Hardware. Setups blitzschnell umschalten Zum Messen unterschiedlicher Testobjekte mussten bisher bei jedem Wechsel des Messobjekts die einzelnen Setups von der Festplatte neu geladen werden. Der R&S ZVA kann verschiedene Setups einschließlich Kalibrierdaten in den Arbeitsspeicher laden und in weniger als 10 ms zwischen diesen Setups umschalten. In manuellen Produktionsanwendungen kann das Umschalten einfach durch Mausklick auf das gewünschte Setup-Fenster erfolgen, in automatisierten Abläufen per IEC-Bus- oder LAN- Steuerung (BILD 10). Echtes paralleles Messen Das Hardware-Konzept des R&S ZVA erlaubt echte parallele Messungen, da die internen Generatoren gleichzeitig auf alle Messtore geschaltet werden können. So kann das 4-Tor-Modell des R&S ZVA zwei Zweitor-Messobjekte parallel messen oder an allen vier Toren parallel eine Reflektionsmessung durchführen. Direkter Generator- und Empfängerzugriff Für manche Anwendungen ist es erforderlich, externe Verstärker, Filter oder Dämpfungsglieder in den Messaufbau einzufügen. Die Option Direkter Generator- und Empfängerzugriff macht das möglich. Mit Hilfe der ebenfalls optional erhältlichen Generator- und Empfängereichleitungen bietet der R&S ZVA maximale Flexibilität im Testaufbau. Als angenehmer Nebeneffekt erhöht sich die Dynamik auf 150 db (bei 1 Hz ZF- Bandbreite), da beim direkten Zugriff die geräteinternen Koppler umgangen werden. Das ist zum Beispiel bei der Messung hochsperrender Filter von Interesse. Zahlreiche Kalibriermöglichkeiten Von einem Netzwerkanalysator der High- End-Klasse erwartet man, dass er möglichst viele Kalibrierverfahren beherrscht. Das Hardwarekonzept des R&S ZVA mit je einem Referenz- und pro Messtor gewährleistet dies. Über die klassische TOSM-Kalibrierung hinaus können auch 7-Term Kalibrierverfahren verwendet werden. Dazu zählen TOM, TRL/LRL, TRM und TNA, wobei Letztere vor allem für die Kalibrierung auf Wafern oder in Testfassungen interessant sind. Besonders für Mehrtormessungen sind manuelle Kalibrierungen allerdings recht zeitaufwändig und fehleranfällig. Abhilfe schaffen hier automatische Kalibriereinheiten, die in unterschiedlichen Modellen erhältlich sind (BILD 11). Eine komplette 4-Tor-Kalibrierung vom Netzwerkanalysator gesteuert kann beispielsweise in weniger als einer halben Minute durchgeführt werden. Außer der Zeitersparnis bieten automatische Kalibriereinheiten den Vorteil längerer Lebensdauer der Stecker, da sie für eine vollständige Kalibrierung nur einmal angeschlossen werden müssen und so die Stecker mechanisch geschont werden. Schließlich sind auch Bedienfehler beim Kalibriervorgang so gut wie ausgeschlossen. Fazit Höchste HF-Performance gepaart mit vielseitiger Einsatz- und optionaler Ausbaufähigkeit das ist es, was aktuell in Entwicklung und Produktion modernster Komponenten und Module gefordert ist. Der R&S ZVA von Rohde&Schwarz ist dafür die beste Wahl. Und einfach zu bedienen ist er obendrein. Andreas Henkel Weitere Informationen und Datenblatt und Spezifikationen unter (Suchbegriff: ZVA) Vector Network Analyzer ZVA Product brochure Vector Network Analyzer ZVA Specifications 30

6 BILD 9 Charakterisierung eines Mischers (Conversion Gain, Anpassung, Isolation und Intermodulation). BILD 10 Per Mausklick oder per IEC-Bus kann blitzschnell zwischen unterschiedlichen Setups umgeschaltet werden. BILD 11 Die automatische Kalibriereinheit R&S ZV-Z51 spart Zeit und hilft, Fehler zu vermeiden /1 Kurzdaten R&S ZVA Anzahl der Messtore oder 4 Frequenzbereich 300 khz bis 8 GHz (R&S ZVA8), 10 MHz bis 24 GHz (R&S ZVA24) Messzeit pro Punkt <3,5 µs Messgeschwindigkeit (201 Messpunkte) 4,5 ms Übertragungszeit (201 Messpunkte) über IEC-Bus <2,9 ms über VX11 (LAN mit 100 Mbit/s) <1,3 ms über RSIB (LAN mit 100 Mbit/s) <0,7 ms Umschaltzeiten zwischen Messkanälen <1 ms zwischen Geräte-Setups <10 ms Dynamik bei 10 Hz Messbandbreite zwischen Messtoren >130 db, typ. 135 db direkter Empfängerzugriff typ. 145 db Ausgangspegel am Messtor >+13 dbm, typ. +15 dbm Pegel-Sweep-Bereich >40 db, typ. 50 db ZF-Bandbreiten 1 Hz bis 1 MHz Anzahl der Messkanäle, -diagramme und -kurven >100 (je nach Arbeitsspeicher) Anzahl der Messpunkte pro Messkurve bis Betriebssystem Windows XP Embedded 31