Netzwerkanalyse
Optimale Netzwerkanalyse im mm-Wellen-Bereich
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Reflektometer-Erweiterungen für mm-Wellen
Zum Erweitern der Messbandbreite des VectorStar-VNA auf 110 GHz wurde ein externes Reflektometer auf der Grundlage von NLTL-Samplern und Pulsgeneratoren entwickelt. Um Klarheit zu schaffen und ohne an Allgemeingültigkeit zu verlieren, zeigt Bild 7 die Adaption/Integration des externen Reflektometers in der Form eines 1-Port VNA.
Bild 8 zeigt schließlich einen Prototypen des verwendeten Reflektometers, dessen Funktion sich wie folgt beschreiben lässt:
> Geringe Größe und geringes Gewicht. Diese Eigenschaften verbessern die Beweglichkeit und die Tastkopfpositionierung bei On-Wafer-Messungen und der Nahfeldabtastung von Antennen bzw. anderweitiger Schaltungen.
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> Ein durchgehender DC- und HF-Pfad, der im Basis-VNA beginnt und zum DUT führt. Hierdurch kann vom Basis-VNA ausgehend ein Stimulussignal im Bereich von 70 kHz bis 54 GHz zum DUT geführt werden. Parallel kann durch Nutzung des externen Reflektometers zwischen 30 und 54 GHz die unkorrigierte Richtschärfe (Raw Directivity) des Basis-VNA verbessert werden. Der externe Reflektometerempfänger und der Kammgenerator für die Oberschwingungserzeugung werden für den Messbereich 54 bis 110 GHz genutzt.
> Ein kontrolliertes Temperaturgefälle über der Reflektometerbaugruppe und dem Harmonic Sampler zur Verbesserung der Messstabilität.
> Automatische Pegelregulierung (ALC) und damit Stabilisierung des Lokaloszillators.
> Eine nahezu verlustlose Signalübertragung zum 1-mm-Mikrowellen-Stecker des Testports.
> Stimulusleistung im Bereich von 50 dB regelbar (Test-Port power leveling).
> Möglichkeit zum direkten Anschluss (d.h. ohne zusätzliches und dämpfungsbehaftetes Kabel) des Reflektometers an einen Wafer-Tastkopf (z.B. Infinity Probe). Damit wird der VNA noch näher an das DUT gebracht, wodurch die unkorrigierte Richtschärfe des Reflektometers und die Stimulusleistung am DUT deutlich verbessert werden können.
Die unkorrigierte Richtschärfe des VNA inklusive des externen Reflektometers ist über dem gesamten Frequenzbereich besser als 8 dB. Sie ist in Bild 9 dargestellt und führt zusammen mit dem kontrolliertem Temperaturgefälle und der Lokaloszillator-ALC zu einer bisher nicht verfügbaren Langzeit-Messstabilität (<0,1 dB und 2 innerhalb von 24 h).
Die erreichte Messdynamik liegt jenseits von 100 dB im Bereich von 70 kHz bis 110 GHz und gestattet damit die präzise Messung von stark reflektierenden und dämpfungsarmen DUTs. Schließlich ist die Lokaloszillator-Übersprechdämpfung am Messport im Frequenzbereich von 5 bis 10 GHz geringer als -40 dBm und wird durch eine Mindestentkopplung von 65 dB zum Messport hin sichergestellt.
Der kleine Formfaktor und das geringe Gewicht prädestinieren das externe Reflektometer (siehe Bild 8) für Multi-Port-On-Wafer-Messungen und Anwendungen im Bereich von Nahfeldabtastungen. Die Möglichkeit der äußerst nahen DUT-Montage erhöht signifikant den Dynamikbereich der Messanordnung, gestattet höhere Stimuluspegel und verbessert die unkorrigierte Richtschärfe der Anordnung.
Alles in allem sind damit eine zuvor nicht verfügbare Kalibrations- und Langzeit-Messstabilität sowie Messwiederholgenauigkeit verfügbar. Ein Schlüsselvorteil des Miniatur-Reflektometers ist letztlich seine einfache Architektur, bei der der HF-Pfad im Basis-VNA beginnt und transparent bis zum Testanschluss führt. Das Endergebnis ist ein kontinuierlicher Frequenzbereich, der von 70 kHz bis 110 GHz spezifiziert ist - ein Bereich, der nur durch die Bandbreite des Koaxialsteckers und die Anzahl der NLTL-Vervielfacherschaltungen begrenzt wird. Betrieben werden kann das System sogar im Bereich von 40 kHz bis 125 GHz.
Diese Einfachheit in Verbindung mit NLTL-basierten Harmonic Samplern macht es möglich, dass der Frequenzbereich eines VNA ohne Verwendung von Combinern erweitert werden kann, während die Richtschärfe des Analysators verbessert wird [10]. Das ist ein deutlicher Unterschied zu marktverfügbaren VNA-Frequenz-erweiterungen, in denen ein großer externer Combiner benutzt wird, um zwei Frequenzbänder zu kombinieren, wodurch sich die Richtschärfe des Gesamtsystem verschlechtert und zusätzliche Dämpfungen ins System eingebracht werden.
- Optimale Netzwerkanalyse im mm-Wellen-Bereich
- Übersprechen und Isolation zwischen den VNA-Testkanälen
- Reflektometer-Erweiterungen für mm-Wellen
- Literatur & Autoren
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