簡化高挑戰性的接收器與 LNB 特性分析
- Sonya Chan
- 10月19日
- 讀畢需時 5 分鐘
產業應用概觀與測試痛點
在衛星通訊 (SATCOM)、雷達以及航太國防 (A&D) 應用中，接收器與低雜訊降頻器 (LNB, Low-Noise Block Converter) 是系統前端的關鍵元件，負責捕捉極度微弱的射頻 (RF) 訊號，並將其放大及降頻至中頻 (IF) 以進行後續處理，其性能直接決定了整個通訊鏈路的品質與靈敏度。
然而，對這些高增益、頻率轉換裝置進行精確的特性分析，對測試工程師而言充滿挑戰，常見的痛點包括：
許多現代 LNB 裝置將本地振盪器 (LO, Local Oscillator) 整合在內部，導致無法從外部直接存取 LO 訊號，這使得傳統的混波器量測方法（如群組延遲）變得極為困難。
執行互調變 (Intermodulation) 等非線性測試時，往往需要多個激勵訊號源與 LO 訊號源，導致測試設置複雜且成本高昂。
高增益特性使得裝置極易飽和，測試必須在非常低的輸入功率下進行，這對分析儀本身的動態範圍和軌跡雜訊提出了嚴苛要求。
精確量測雜訊指數 (Noise Figure, NF)（評估接收器靈敏度的核心指標）的過程繁瑣，尤其是在頻率轉換模式下。
R&S®ZNA 向量網路分析儀解決方案
R&S®ZNA 向量網路分析儀提供了一個高度整合的測試方案，工程師僅需使用一台雙埠 R&S®ZNA 單元和簡易的設置，即可對高增益接收器與 LNB 進行可靠且全面的特性分析；R&S®ZNA 憑藉其專屬的測試功能，例如 LO 追蹤 (LO tracking) 和以雙音訊號為基礎的群組延遲量測，即使在無法存取待測物內部 LO 的嚴苛條件下，也能實現可靠且全面的頻率轉換裝置特性分析。
高增益轉換器測試的獨特挑戰
對高增益轉換器進行測試之所以複雜，涉及以下幾個特殊的技術層面：
具備雙本地振盪器 (LO) 裝置的互調變測試： 即使 LO 訊號可以存取，這類測試仍需要多個訊號源。
內部振盪 LO 產生的中頻 (IF) 頻率偏移： 內建 LO 的頻率漂移會直接影響量測的穩定性與準確性。
無法存取 LO 時的混波器群組延遲測試： 傳統量測方法失效，需要新的技術來評估訊號延遲特性。
頻率轉換裝置的雜訊指數測試： NF 量測對於 LNB 極為重要，但在有頻率轉換時，設置尤為複雜。
高精度與低軌跡雜訊的需求： 測試必須在極低的激勵功率下進行以避免飽和，但同時又要維持高準確度、低軌跡雜訊並縮短測試時間。
R&S®ZNA 的關鍵功能與優勢
R&S®ZNA 整合了多項硬體與軟體功能，能精準克服上述挑戰：
單機完成 LNB 全面特性分析： 僅需一台配備兩個訊號源和一個內部合路器 (Combiner) 的雙埠 R&S®ZNA，即足以對內建 LO 的 LNB 進行全面特性分析，涵蓋轉換增益、匹配 (Matching)、延遲 (Delay)、互調變以及雜訊指數等關鍵參數。
支援複雜的接收器互調變測試： 對於提供 LO 存取埠的轉換器，四埠 R&S®ZNA 機型最多可支援四個射頻訊號源，能以單機之力支援雙頻率轉換接收器的互調變測試 (同時提供雙音訊號 (Two-tone Signal) 以及 LO1、LO2 訊號)。
獨特的內建 LO 轉換器群組延遲測試 (R&S®ZNA-K9 選配)： 此方案結合了 LO 追蹤功能，即使待測物 (DUT) 的內部 LO 訊號發生顯著漂移，且無法從外部存取，R&S®ZNA 依然能量測出可靠的轉換器群組延遲 (GD)。
靈活的頻率轉換測試能力： 提供強大的混波器測試功能與混波器相位量測選項，可支援轉換器的相位量測、LO 串擾 (LO crosstalk) 分析等。
可選的參考訊號存取： 允許針對激勵源訊號彈性選擇參考點，確保在極低激勵功率的嚴苛條件下，也能獲得足夠強度的參考訊號，從而實現極低的軌跡雜訊。
寬廣的功率掃描範圍： 提供高達 100 dB 的功率掃描範圍，並具備精準的自動電平控制 (ALC)，結合極高的接收器線性度，可確保準確的低激勵功率測試以及壓縮點測試。
埠 1 隔離放大器： 此選配可提供一個極低雜散訊號 (Spurious Signal) 的純淨激勵訊號，對於高靈敏度接收器的測試至關重要。
整合的雜訊指數測試選項： 允許在混波器測試的設置下，無需重新連接待測物，即可直接執行 NF 特性分析，該選項甚至支援無需外接雜訊源 (Noise Source) 的雜訊指數測試。
總結
R&S®ZNA 向量網路分析儀憑藉其廣泛的硬體和軟體功能，為衛星通訊 (SATCOM) 和航太國防 (A&D) 應用中的衛星與雷達接收器，提供了最全面的特性分析能力；該機種的亮點包括卓越的接收器靈敏度、獨特的寬功率掃描範圍、高達四個內部訊號源 (外加 LO 輸出) 以及強大的 LO 追蹤功能，使其足以應對最嚴苛的接收器與 LNB 測試挑戰。
R&S®ZNA 向量網路分析儀產品介紹
R&S®ZNA 是一款專為嚴苛量測任務打造的高階向量網路分析儀 (VNA)，提供 10 MHz 至 67 GHz 的寬廣頻率範圍 (視型號而定)。
針對接收器與 LNB 應用的主要特色：
卓越的射頻性能： R&S®ZNA 具備極寬的動態範圍 (典型值 146 dB) 和極低的軌跡雜訊 (典型值 0.001 dB rms)，此特性對於量測 LNB 這類高增益裝置至關重要，可確保在極低的激勵功率下依然維持出色的量測精度。
高度整合的訊號源： 提供雙埠或四埠型號，最多可內建四個獨立的訊號源，工程師無需堆疊額外的外部訊號源，即可單機執行複雜的混波器互調變測試。
專用的轉換器量測功能： 除了 R&S®ZNA-K9 選配 (用於內建 LO 群組延遲量測)，該機種內建強大的混波器與頻率轉換掃描功能，可大幅簡化測試設置。
高精度雜訊指數量測： 透過 R&S®ZNA-K30 等選配，可利用分析儀自身的高靈敏度接收器執行精確的 NF 量測，甚至支援冷源 (Cold Source) 量測法，無需傳統雜訊源。
寬廣的功率掃描能力： 具備超過 100 dB 的功率掃描範圍，是執行接收器壓縮點與飽和特性分析的理想工具。
