突破 THz 屏障：R&S 毫米波轉換器實現高達 1.1 THz 的精準量測
- Sonya Chan
- 10月19日
- 讀畢需時 4 分鐘
整合 R&S®ZNA 向量網路分析儀，為 6G、汽車雷達與半導體研發提供高功率、寬動態範圍的測試方案
產業概況：毫米波（mmWave）與 THz 量測的挑戰
隨著通訊技術朝著 6G 發展、汽車雷達解析度要求不斷提高（例如 77 GHz/79 GHz 頻段）、以及半導體和基礎研究深入探索更高頻譜，毫米波（mmWave）與太赫茲（THz）頻段的應用需求正急速擴張，這些高頻應用帶來了前所未有的頻寬與解析度潛力，但也對測試與量測（T&M）儀器構成了嚴峻挑戰。
工程師在研發高頻元件時，必須精確特性分析濾波器、放大器、混頻器及天線等主動與被動元件的效能，然而，要在如此高的頻率下（例如 100 GHz 甚至 1.1 THz）維持訊號的完整性、高輸出功率與優異的動態範圍，是極為困難的。特別是在進行晶圓上元件特性分析（On-wafer characterization）或天線量測時，測試系統的損耗（loss）往往很高，導致訊號衰減，進而影響量測的準確性。
工程師面臨的痛點包括：如何以小型化、高整合度的設定來簡化複雜的測試環境、如何在長距離纜線傳輸後仍確保足夠的本地振盪器（LO）功率驅動轉換器、以及如何確保量測結果的高時間與溫度穩定性；Rohde & Schwarz 提供的 R&S®ZNA 向量網路分析儀搭配 R&S®ZVA-Zxxx 和 R&S®ZCxxx 毫米波轉換器系列，正是為了解決這些高頻量測挑戰而設計的整合方案，能將 VNA 的頻率範圍無縫擴展至 THz 等級。
R&S®ZVA-Zxxx 和 R&S®ZCxxx 毫米波轉換器將 R&S®ZNA 向量網路分析儀的頻率範圍擴展至 1.1 THz
Rohde & Schwarz 頻率轉換器具備高輸出功率與優異的動態範圍，可用於特性分析主動與被動待測物（DUT）。
R&S®ZNA 的基礎架構可實現小型化的系統，無需額外的訊號分配單元或類似裝置。
R&S®ZNA 埠可直接擷取射頻（RF）訊號，最多可支援四個毫米波轉換器。
針對毫米波轉換器的本地振盪器（LO）訊號，內部 LO 訊號源會繞送至後面板的 LO 輸出連接器（R&S®ZNA-B8），並分配至轉換器，其輸出功率高達 +25 dBm，確保即使纜線較長造成損耗，毫米波轉換器的 LO 也能獲得足夠功率。
安裝 R&S®ZNA-B26 直接中頻（IF）存取選項後，轉換器的量測與參考訊號將透過後面板直接饋入分析儀的中頻路徑，這種設定無需直接通道存取選項，並確保最佳的接收器靈敏度。
R&S®ZNA-K8 軟體選項（毫米波轉換器支援選項）可簡化 整個設定的配置。
此外，使用者也可使用 R&S®ZNAxx-B16 直接訊號源與接收器存取選項，透過獨立的頻率架構圖和連接架構圖，進行客製化設定。
R&S®ZVA-Zxxx 和 R&S®ZCxxx 毫米波轉換器的主要特點
高輸出功率與寬廣的動態範圍
透過簡易的對話框輕鬆配置
可透過選單選擇 R&S®ZVA-Zxxx 轉換器；自動偵測 R&S®ZCxxx 轉換器
後面板 LO 輸出功率高達 +25 dBm（搭配 R&S®ZNA-B8 毫米波轉換器 LO 選項），即使使用長纜線和 LO 分配器，也能可靠地為轉換器提供所需的 LO 功率
無需外部訊號源或轉接盒，即可支援多達四個轉換器進行多埠量測
可變的輸出功率（透過螺絲手動調整、或藉由改變輸入功率來控制輸出功率）
放大器特性分析、功率掃描、壓縮點量測
互調失真量測
R&S®ZNA-K1 在毫米波範圍內支援頻譜分析
相位同調激勵
可配置頻率轉換量測（可使用不同頻率範圍的轉換器） 2)
可在毫米波範圍內使用自動電平控制（ALC）
使用 Rohde & Schwarz 和 Eriksson（PM5/PM5B）的功率測試頭進行絕對電平校準
高時間與溫度穩定性
可整合至 Focus Microwaves 和 Maury Microwave 的（主動）負載拉伸（load pull）測試系統
適用於轉換器所有頻段的波導校準套件（含或不含滑動匹配）
獲得 SWISSto12 毫米波材料測試系統的支援
相關產品解決方案
此高效能毫米波量測方案的核心，由 R&S®ZNA 向量網路分析儀與 R&S®ZVA-Zxxx、R&S®ZCxxx 毫米波轉換器系列共同組成。
R&S®ZNA 向量網路分析儀
R&S®ZNA 是一款高階向量網路分析儀（VNA），是整個測試系統的基礎，提供卓越的射頻效能、低軌跡雜訊與出色的長期穩定性，使其成為計量應用的理想選擇；針對毫米波應用，R&S®ZNA 具備獨特的以待測物（DUT）為中心的操作概念，並可透過雙觸控螢幕簡化複雜的量測設定；其支援多達四個整合式訊號源，並提供如 R&S®ZNA-K1 頻譜分析、R&S®ZNA-B8 毫米波 LO 輸出與 R&S®ZNA-B26 直接中頻存取等關鍵選項，可無縫整合 R&S 毫米波轉換器，將量測頻率一舉擴展至 1.1 THz。
R&S®ZVA-Zxxx 毫米波轉換器
R&S®ZVA-Zxxx 系列轉換器可將 R&S®ZNA 或 R&S®ZVA 的頻率範圍擴展至 110 GHz。此系列具備寬廣的動態範圍（例如 R&S®ZVA-Z90 超過 100 dB）與高輸出功率（典型值 +10 dBm），確保量測的精準度；搭配 R&S®ZNA-K8 選項，分析儀能自動設定正確參數，並限制輸入功率以保護轉換器。其無風扇設計對於微粒子敏感環境（如晶圓量測）而言是一大優勢，同時也支援多埠與真實差動量測。
R&S®ZCxxx 毫米波轉換器
R&S®ZCxxx 系列是將量測範圍推向 1.1 THz（1100 GHz）的關鍵。這些轉換器同樣具備高輸出功率、寬廣動態範圍與最高穩定性；此系列的一大特點是易於操作，可由 R&S®ZNA 自動偵測與參數設定，無需外部 LO 訊號源或分配單元，大幅簡化系統架構；R&S®ZCxxx 系列支援多種量測應用，包括脈衝量測、具備寬廣功率掃描範圍的放大器特性分析，以及晶圓上元件特性分析，能滿足最前瞻的研發需求。
