相較於基頻、射頻或微波訊號,30GHz、300GHz或1THz訊號在特性上有很大的差異。舉例來說,10mm、1mm或0.3mm這些個別波長的訊號會有很高的傳播損耗,尤其是在氧氣、水和二氧化碳分子的諧振頻率之上。固有的挑戰也使其難以產生功率,而若要執行校驗量測並得到有用的結果時,挑戰性也會變得越來越高。

工程師在面臨這類難題時,需仰賴測試設備製造商的協助,藉由這些廠商所製造的各種工具,讓他們在越來越高的頻率和更寬廣的頻寬之下,更輕鬆地取得準確而穩定一致的量測。協助產業先驅達到更高的目標正是是德科技的傳統之一,而新一代產品的導入,可幫助開發人員順利量測110GHz以上的頻率。是德科技已成功將毫米波頻率的模擬、測試和分析工具商業化(圖1)。

在技術和需求的十字路口持續努力

毫米波技術已經使用了數十年,主要運用在航太、國防和無線回程(backhaul)應用。在這些應用中,高成本的開發、製造和支援可以符合經濟效益。近幾年來,毫米波裝置在製造上的進展已經壓低了極高頻(EHF)裝置的成本,使其在商用和消費性應用中有更高的可行性。舉例來說開發互補式金屬氧化物半導體(CMOS)元件的廠商已經製造出fT高於500GHz的元件,而某些廠商的目標,是要將此種具有經濟效益的技術推升到1.0~1.5THz的頻率範圍。

是德科技憑藉自身的努力,持續針對EHF元件尋求開創性的研發。其內部的微波半導體技術能力,已經可以進行新一代磷化銦(InP)製程的開發,此種技術可支援300GHz以上的電晶體切換頻率。如此可讓IC和產品擴展至更高的頻寬,例如即將推出的全新示波器,在即時和等時效能上將有重大突破。

將訊號分析的範圍延伸到毫米波頻率 為極高頻開發現成工具需仰賴受肯定的專業技術,同時需整合其量測技術和毫米波專業。Keysight N9041B UXA X系列訊號分析儀單次掃瞄可提供3Hz~110GHz的連續頻率覆蓋範圍。完全整合的瞬時頻寬為1 GHz,而當外接到一台是德示波器時,中頻輸出可支援5GHz的最高分析頻寬。對於需要找尋短暫或飄忽不定訊號的使用者而言,可選配的即時頻譜分析(RTSA)功能具有250MHz的最大頻寬。

20170626TA02P1 圖1 訊號分析儀可量測毫米波的頻率範圍,連續掃描可高達110GHz。

UXA前端電路可達到低損耗和高效率的混頻,在毫米波頻段中分析寬頻調變訊號時,所提供的顯示平均雜訊位準(DANL)可達-150dBm/Hz的低位準。為了不犧牲效能,此分析儀提供兩種輸入連接器。堅固而經濟的2.4mm輸入連接器可涵蓋高達50 GHz的量測範圍,專用的1.0mm輸入連接器經過精密加工達到精確的公差,以確保連續掃描和有效量測可高達110 GHz。

量測設定和畫面可輕鬆透過您熟悉的手勢來控制,例如點擊一下或兩下就能選擇參數或放大視窗、拖曳、擠壓以縮放畫面、持續按住可進入輔助說明。點擊一下螢幕上的選單面板、量測列、註解熱點或下拉視窗,就可以直接進入主要參數,無論在進行簡單頻譜分析或複雜數位解調變都沒問題(圖2)。

一般來說,不超過兩次的點擊就能完成大部分的操作。在進行基本的頻譜量測時,此種方式可讓工程師快速導覽顯示和分析功能,又不會捨棄傳統分析儀原有的操作感覺。這樣的易用性可讓使用者更容易連結因果關係,進而更快速地找到答案。

讓使用者更深入分析複雜訊號

分析儀和應用軟體之間緊密的整合,讓使用者輕鬆取得進階分析功能和全新的洞察力。是德科技X系列應用軟體提供現成可用的量測功能,方便進行訊號分析。此套應用軟體整合量測專業,並提供穩定一致的量測結果,可輕鬆分析裝置和設計的效能。

Keysight 89600 VSA軟體內含完整的訊號解調變與向量訊號分析工具。為了幫助工程師查明訊號問題的根源,測試軟體還提供擷取/播放功能,可進行詳細的後處理分析,具備進階觸發,以及擷取後調整與縮放量測功能。這些工具可讓開發人員洞察訊號的每一個面向,並將其先進設計最佳化。

20170626TA02P2 圖2 在選單面板(右邊)上按一下就能直接進入各種功能,例如雜訊底線延伸(NFE)技術可讓頻譜分析的雜訊底線達12dB的改善。

在傳統上持續創新

儘管毫米波技術近來已經開始出現在商業應用中,不過是德科技數十年來就一直沿著學習曲線不斷前進。最早的GHz產品可追溯至1967年推出的HP 8410網路分析儀,量測頻率達12GHz,而且還能計算S參數。

是德科技第一台毫米波設備在1980年代後期推出,內部包含超過26.5GHz的訊號產生器(內建升頻器),以及涵蓋45MHz~100GHz的寬頻網路分析儀。之後的產品包括67GHz網路分析儀(2006年的PNA)和50GHz手持式頻譜與組合式分析儀(2015年的FieldFox)。其他的例子還包括:90GHz寬頻示波器、68GHz寬頻收發器、67GHz微波網路分析儀,可升級至1.1THz、67GHz類比訊號產生器,可升級至1.1 THz、63GHz示波器,以及50GHzPXIe高效能型向量訊號分析儀。

由於採用了Virginia Diode(VDI)和OML這兩家解決方案合作夥伴的展頻器產品,是德科技很多的訊號產生器、頻譜分析儀和網路分析儀都可以涵蓋50GHz~1.5 TH之間的頻率。

軟體滿足使用者希望在毫米波頻率整合設計、模擬、量測和分析的需求。設計和模擬用的軟體解決方案可提供一套有效率的工作流程,可加速開發新一代裝置和系統。

Keysight EEsof EDA軟體套件包含電路模擬器、電磁求解器和元件模擬解決方案,涵蓋範圍從初步設計一直到首次原型製作,可協助設計人員大幅提升工作效率。事實上Keysight N9041B研發團隊在開發分析儀前端使用的毫米波濾波器時,就是使用先進設計系統(ADS)軟體,實現一次就正確的完美設計。