克服嚴苛挑戰：使用 R&S®ZNA 執行高功率放大器特性分析
- Sonya Chan
- 10月19日
- 讀畢需時 4 分鐘
在當前的通訊、航太與國防應用中，高功率放大器（High-power amplifier） 扮演著關鍵角色，無論是 5G 基地台、衛星通訊酬載還是先進的雷達系統，都需要依賴其提供穩定且強大的射頻訊號。然而，要精確驗證這些放大器的效能，本身就是一項極具挑戰性的任務。
R&S®ZNA 向量網路分析儀提供了一個強大的解決方案，使工程師能夠在模擬真實操作條件下，對高功率放大器進行深入的特性分析。
高功率放大器特性分析的挑戰
對放大器進行特性分析是一個複雜且具挑戰性的過程，往往會將測試設備推向其效能極限，要徹底評估放大器的效能，需要大量的測試參數和靈活的設定組合，這對測試設備的彈性與運作穩定性提出了嚴苛要求。
工程師在測試中可能面臨的挑戰包括：
高功率位準處理： 需要妥善處理高達數百瓦甚至數千瓦的功率，並支援外部的高功率測試架構。
訊號穩定性： 確保測試訊號源在全功率範圍內保持穩定，並具備漂移補償能力。
複雜訊號測試： 需要使用多音訊號（Multiple tones） 進行交互調變（Intermodulation） 測試。
真實條件模擬： 執行 Hot S22 測試，即在放大器運作狀態下量測其輸出埠的回波損耗。
脈衝訊號量測： 在脈衝條件（Pulsed conditions） 下精確擷取放大器效能。
R&S 的解決方案
R&S®ZNA 整合式測試平台
R&S®ZNA 向量網路分析儀憑藉其可靈活配置的硬體基礎架構、每個埠皆為獨立訊號源（source-per-port） 的先進概念，以及多樣化的軟體應用，成為執行高功率測試的強大單機解決方案。
支援客製化的高功率測試架構
透過選配的直接通道存取（Direct channel access） 功能，以及內建的訊號源與接收器步進衰減器（Step Attenuator），R&S®ZNA 能夠支援各種客製化的外部高功率測試設定，這些設定通常包含外部前置放大器（用於正向與反向量測）、高功率耦合器（Couplers）、固定式衰減器和循環器（Circulators）。
此圖展示了運用 R&S®ZNA 向量網路分析儀的直接通道存取選項，搭配訊號源與接收器步進衰減器所建構的測試情境。
卓越的量測精度與穩定性
R&S®ZNA 具備仰賴自動位準控制（ALC, Automatic Level Control） 的 100 dB 功率掃描範圍，以及極高線性度的接收器，可實現非常高的量測準確性。
數位自動位準控制（Digital ALC） 功能適用於整個 100 dB 功率掃描範圍，並且允許任意的參考訊號存取點（甚至可以設定在外部的增益放大器之後），確保了激勵訊號功率的精確與穩定，即使是使用外部前置放大器也能維持高效能。
透過從測試架構中（通常在前置放大器之後，或在待測物（DUT） 輸出端）擷取參考訊號，R&S®ZNA 能確保提供平坦的位準，並在最短的控制時間內完成調整。
特點和優勢
內建多源進行交互調變測試： R&S®ZNA 最高可配備四個內部、可獨立配置的直接數位合成（DDS, Direct Digital Synthesis）訊號源以及一個內部合路器（Combiner），無需外部訊號源即可全速進行交互調變測試，同時確保了配置的靈活性，並能在放大器運作下量測 S22（即 「熱 S22」）。
寬廣的壓縮點評估範圍： 獨特的 100 dB 功率掃描範圍、內建衰減器以及壓縮點（Compression Point） 特性分析軟體，有助於在寬廣的功率範圍內進行壓縮評估，包含即時壓縮點評估。
多功能掃描模式： 結合不同的掃描模式，可進行幅度與頻率偏移掃描量測，包括 AM/AM（幅度-幅度調變） 和 AM/PM（幅度-相位調變） 測試。
功率附加效率 (PAE) 測試： 可直接控制外部電源供應器，以便執行功率附加效率（PAE, Power Added Efficiency） 測試。
先進的脈衝訊號分析： 整合四個脈衝調變器與脈衝輪廓測試（Pulse Profile Test） 選項，可執行高功率的脈衝內點（Point-in-Pulse） 測試和脈衝輪廓分析。
測試功能的擴展與總結
除了上述的設定與量測參數外，R&S®ZNA 還能與合作夥伴的系統結合，實現更多樣化的擴展功能，例如：
晶圓上（On-wafer） 晶片特性分析
針對未匹配放大器的阻抗調諧（Impedance Tuning）
主動/混合諧波負載拉伸（Active/Hybrid Harmonic Load Pull） 測試
雜訊指數（Noise Figure） 與雜訊參數量測
R&S®ZNA 可配置的硬體架構，支援使用者設計符合個人需求的客製化高功率測試設定，其 100 dB 電子功率掃描範圍（仰賴 ALC）和出色的線性度規格，確保了高準確性與高可靠度的測試結果；透過與業界領導夥伴 Focus Microwaves 和 Maury Microwave 的合作，R&S®ZNA 可進一步實現晶圓上測試及其他進階擴展功能。
關於 R&S®ZNA 向量網路分析儀
R&S®ZNA 是一款高效能的向量網路分析儀，其設計是用來滿足最嚴苛的量測需求，使其成為高階研發應用的理想選擇，特別是在高功率放大器測試領域。
主要特色包含：
寬廣的頻率範圍： 提供從 10 MHz 到 26.5 GHz、43.5 GHz、50 GHz 以及 67 GHz 的多種型號。
出色的射頻效能： 具備極寬的動態範圍（高達 146 dB）和極低的軌跡雜訊，確保量測結果的精確性。
獨特的硬體架構： 提供兩個內部獨立訊號源（可選配至四個），結合每個埠皆為獨立訊號源的概念和直接通道存取功能，為高功率、交互調變和脈衝測試提供了無與倫比的靈活性。
以 DUT 為中心的操控介面： 採用大型觸控螢幕和直觀的使用者介面，簡化了複雜測試設定的配置流程。
整合式脈衝量測： 內建脈衝調變器和產生器，無需額外設備即可執行精確的脈衝輪廓和點in脈衝分析。
