R&S®ZNB3000 向量網路分析儀：EDR 技術實現極速 5G 射頻測試與 145dB 動態範圍
- Sonya Chan
- 1月16日
- 讀畢需時 6 分鐘
隨著無線通訊技術從 5G 邁向 B5G（Beyond 5G）與 6G 的過渡期，以及低軌道衛星（LEO）、物聯網（IoT）與車聯網（V2X）的爆發性成長，全球射頻（RF）元件的生產與測試正面臨前所未有的壓力。在這個「萬物聯網」的時代，射頻前端模組變得越來越複雜，頻率越來越高，整合度也越來越緊密。
對於生產製造與研發驗證單位而言，挑戰不再僅僅是「能不能測量」，而是「測得夠不夠快」、「儀器能不能隨需求成長」以及「長時間測試是否穩定」。這三大痛點直接對應到生產成本（Cost of Test）與產品上市時間（Time to Market）。傳統的向量網路分析儀（VNA）往往難以在速度與動態範圍之間取得平衡，或者是因為硬體架構固定而缺乏升級彈性。
為了回應這些迫切的產業需求，Rohde & Schwarz 全新的 R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 不僅僅是硬體規格的提升，更是針對現代量產與實驗室需求，重新定義了「3S」關鍵指標：速度（Speed）、擴展性（Scalability）與穩定性（Stability），本文將深入剖析 R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 的核心技術，解構其如何透過創新的 EDR 技術與靈活的架構，協助工程師在激烈的市場競爭中脫穎而出。
速度（Speed）：打破物理限制的 EDR 技術
在射頻元件的量產測試中，時間就是金錢。每一毫秒的節省，累積在百萬級別的出貨量上，都是巨大的成本優勢。R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 在速度上的表現令人驚艷，根據規格數據，在 500 kHz 中頻頻寬（IFBW）下，掃描 1601 個點僅需約 11.7 毫秒 。然而，單純看掃描時間並不足以說明全貌，真正的技術突破在於「增強動態範圍模式」（Enhanced Dynamic Range, EDR）。
傳統測試的兩難：速度 vs. 動態範圍
在傳統的 VNA 架構中，工程師往往面臨一個兩難的抉擇：
追求速度： 必須放寬中頻頻寬（IFBW）。雖然掃描速度變快了，但雜訊底層（Noise Floor）會上升，導致動態範圍縮小，無法看清深層的濾波器抑制特性或微小的訊號細節。
追求動態範圍： 必須縮小 IFBW 以壓低雜訊。這雖然能獲得漂亮的曲線，但掃描時間會大幅拉長，嚴重拖累產能（Throughput）。
EDR 技術的工作原理與優勢
R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 引入了創新的 EDR 技術，徹底解決了上述矛盾。EDR 的核心在於其獨特的「多接收機架構」（Multiple receiver architecture）。
在 EDR 模式下，儀器內部配置了多組接收機，它們針對同一個採樣訊號同時進行處理 。這些接收機具有不同的靈敏度等級 以及不同的輸入壓縮點等級 。透過演算法將這些不同接收機的數據即時融合，儀器能夠在不降低掃描速度的前提下，大幅降低雜訊底層。
這項技術帶來的效益是立竿見影的：
最大化測量速度： 使用者可以設定較寬的 IFBW 來維持高速掃描，同時享受如同窄頻寬設定下的高動態範圍 。
改善軌跡雜訊（Trace Noise）： 由於訊號處理的優化，測量曲線變得更加平滑，減少了隨機跳動，這對於精密元件的調校至關重要 。
增強動態範圍： 在高頻測試（如 26.5 GHz）下，動態範圍可達到 145 dB（典型值），確保能精準測量高阻帶抑制的濾波器。
實測案例：從 1.6 秒縮短至 19 毫秒
為了具體展示 EDR 的強大，我們來看一個實際的濾波器裙邊（Skirt）測量案例。
在關閉 EDR 功能時（參考下圖 Ch1），為了獲得平滑且清晰的軌跡（Trace flatness 約 0.6029 dB），掃描週期時間長達 1.686 秒 。這在高速產線上是難以接受的瓶頸。
然而，當開啟 EDR 功能後（參考下圖 Ch4），在獲得同樣甚至更好的軌跡平坦度（0.5796 dB）的情況下，掃描週期時間驚人地縮短至 19.327 毫秒 。這意味著速度提升了將近 87 倍！對於需要大量測試濾波器、放大器或被動元件的產線來說，R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 的 EDR 技術無疑是提升產能的殺手鐧。
穩定性（Stability）：無懼環境變化的精準度
在實驗室或工廠環境中，溫度的變化是精密量測的大敵。隨著設備運行時間增加，內部元件發熱，或者周圍環境空調的波動，都會導致儀器的測量值發生漂移（Drift）。為了維持準確度，工程師通常需要頻繁地進行系統誤差校正（Calibration），這不僅中斷了測試流程，也增加了操作的複雜度。
低熱漂移的硬體架構
R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 採用了最先進的硬體架構設計，專門針對「熱穩定性」進行了優化 。其設計目標是將隨時間和溫度變化引起的熱漂移降至最低 。
根據長達 24 小時的連續測試數據（見下圖），在正常的實驗室環境下，透過 20 dB 衰減器進行全頻段掃描，R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 的測量結果展現了極高的穩定性，幅度和相位的變化微乎其微 。
這種「可忽略的熱漂移」特性帶來了顯著的效益：
延長校正週期： 由於儀器本身極其穩定，工程師可以減少重新校正的頻率，從而大幅提高設備的有效稼動率（Uptime）。
提升長期監測信心： 在進行可靠度測試（Reliability Test）或環境應力篩選（ESS）時，使用者可以確信測量到的變化來自於待測物（DUT）本身，而非儀器的漂移。
降低持有成本： 穩定的儀器意味著更少的維護停機時間與更一致的產出品質。
擴展性（Scalability）：隨業務成長的靈活投資
在高科技產業，市場需求瞬息萬變。今天可能主要測試 5G Sub-6GHz 的元件，明天可能就需要切入 20 GHz 甚至更高頻段的應用。如果每次新專案啟動都需要重新購買整套設備，將對企業的資本支出（CAPEX）造成沉重負擔。
R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 採取了高度模組化與可擴展的設計理念，為企業提供了一條具備「未來保障」（Future-proof）的投資路徑 。
頻率升級：按需解鎖
該系列儀器提供了多種基礎頻率型號，涵蓋從 9 kHz 開始，最高至 54 GHz 的範圍。更重要的是，它支援透過軟體選項（Keycode）進行頻率升級。例如，使用者初期可以購買 43.5 GHz 的機型（R&S ZNB3044），當未來有更高頻測試需求時，只需購買升級選項（R&S ZNB3-B542/B544），即可將頻率上限提升至 54 GHz 。
這種靈活的升級機制讓企業能夠根據當前的預算與需求進行採購，避免了初期的過度投資，同時保留了未來的升級空間。
埠數擴充：從 2 埠到 48 埠
隨著多天線技術（MIMO）與載波聚合（CA）的普及，單一射頻模組上的埠數急劇增加。傳統的 2 埠或 4 埠 VNA 已難以滿足多埠元件的測試效率需求。R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 可以與 R&S ZN-Z8x 開關矩陣無縫整合 。
全縱橫（Full Crossbar）測量： 透過外接矩陣，測試系統可以擴充至最多 48 個測試埠 。這意味著可以對複雜的多埠元件進行完整的 S 參數矩陣測量，無需手動更換連接線。
多待測物平行測試（Multi-site Testing）： 在產線上，更多的埠數意味著可以同時連接多個待測物進行平行測試，直接讓產能翻倍。
隨插即用（Plug & Play）： R&S ZN-Z8x 矩陣設計堅固耐用，支援 USB 或 LAN 控制，且與 VNA 的軟體操作完全整合，設定簡單直觀 。
應用場景與總結
R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 的強大性能使其適用於廣泛的射頻測試領域：
高通量生產測試（Production）： 憑藉 EDR 技術帶來的極致速度與開關矩陣的擴充性，它是 5G 基地台元件、手機前端模組量產的理想選擇 。
研發驗證（Verification）： 高達 145 dB 的動態範圍與極低的軌跡雜訊，使其能夠精準分析濾波器、放大器與混頻器的細微特性 。
高速數位設計（Digital Design）： 雖然主要針對射頻，但其優異的時域分析能力也適用於高速傳輸線與連接器的訊號完整性測試 。
此外，R&S ZNB3000 在設計上也充分考慮了環保與使用者體驗。其低功耗設計不僅符合永續發展的趨勢，更降低了長期運營的電費成本；安靜的運作聲音則為工程師提供了更舒適的工作環境 。
總結來說，R&S®ZNB3000 向量網路分析儀 透過在速度（Speed）、擴展性（Scalability）與穩定性（Stability）三個維度上的全面革新，成功解決了現代射頻測試面臨的產能與精度瓶頸。對於追求高效益、高品質與未來競爭力的科技企業而言，這無疑是一款值得信賴的關鍵測量工具。它不僅證明了儀器規格的進步，更體現了 Rohde & Schwarz 對於「Make ideas real」承諾的實踐 。
