原创 应用灵活的解决方案进行毫米波测量

在30至300 GHz之间，毫米波测量的应用正在增加。从高数据速率到汽车行业再到射电天文学，灵活的测量解决方案正日益显现出它的优势。在这些应用中，毫米波测量解决方案就必须遵守很多规则。例如，探测环境中的晶圆器件表征，或通过波导或同轴接口进行模块测试。解决方案还包括夹具中或自由空间的材料测量，或室外/室内天线测试。

与低于3 GHz的应用相比，当前对毫米波元器件的要求相对较低，但是期望性能却非常高。因此，频率范围和测量能力可扩展的测量解决方案将提供更大的灵活性，以适应多种应用。

在许多新兴电子技术中，最初的元器件（例如，在晶圆上制作的器件）是基本的构建模块。之后，这些器件被切成方块，并通过引线键合加入到电路中，最终变成高度集成的模块，增加了功能并被封装成很小的体积。在作为模块进行进一步测试之前，器件是最先表征的晶圆。测试这些晶圆器件时所获得的数据可用于参数提取，以建立模型，之后模型就可用于电路仿真了。

进行毫米波测量

建立精确的电路仿真模型需要高质量、220-GHz的探测解决方案。例如，图1显示了从140至220 GHz的50纳米T选通变形GaAs HEMT晶圆测量。可同时观看所有的4个S参数。请看左下方的迹线S21，在大约150 GHz处与X轴相交。为了揭示设备的真实增益，需要使用.s2p文件（原始数据）进行去嵌入处理，该处理过程可在网络分析仪内部进行也可脱机进行。

使用Agilent N5250A PNA系列毫米波网络分析仪（带有140至220GHz（N5260AW05）测试探头模块）进行测量，采用Cascade Microtech公司的Summit系列12K探针台可进行晶圆测量。（图2显示了系统的110-GHz版本）。全部双端口晶圆校准使用Cascade Microtech的WinCal 2006校准软件进行，执行顺序为直通、反射、反射、匹配（LRRM）。

图1.50纳米T选通变形GaAs HEMT晶圆测量在一个显示屏幕上显示所有的4个S参数。 器件由格拉斯哥大学电子系Khaled Egajd博士制造并测量。

图2.带有Cascade Microtech公司Summit系列12K探针台的N5250A 110 GHz毫米波系统。插入部分显示的是Cascade无限探针（GSG 150）,波导版本可达220 GHz。

通过添加调制器(Agilent Z5623AH81)和双路输出脉冲发生器（Agilent 81110A），同一台设备就改造成了用于脉冲测量的解决方案。图3显示了W频段75至110 GHz 简单直通设备的脉冲仿形测量。用于这些测量的脉冲设置如下：

* 射频脉冲宽度（PW）：2μs（50%占空比）；脉冲宽度（PW）可减至20 ns
* B接收机选通脉冲宽度：20 ns（0.5%占空比）
* 测量频率：100 GHz

脉冲形状是一个非常有用的分析工具，因为它可显示由被测件（DUT）引起的任何脉冲失真。它是通过在输入端使用脉冲信号激励被测件，然后在输出端折回信号以确定脉冲形状的改变来完成。所有的这些改变都意味着被测件（DUT）非理想（例如，非线性）的行为。

要修改系统以覆盖不同的毫米波频带就像更换测试探头模块一样容易。例如，用N5260AW03代替N5260AW05（140至220 GHz）模块，就可将频带从220变换到325 GHz。通过添加两个外部频率综合信号源（例如，Agilent PSG信号发生器），就可在200 GHz以上轻松将系统的动态范围或迹线噪声提高。每个频率综合信号源都配置有520选件以满足20 GHz频率范围；一个提供射频信号，另一个提供本地振荡器（LO）。

图3. 脉冲形状测量可显示由被测件（DUT）非线性行为引起的脉冲失真。

同样的设备设置还可用来进行相关的测量，例如，平均脉冲、脉冲内的点和脉冲对脉冲的测量。还可使用该配置进行室内天线测量，运用脉冲毫米波技术滤除多余信号。

图4. 直观的软件界面应用自由空间校准技术提高材料测量（Agilent 85071E）。 图5. PNA系列网络分析仪可以很方便的进行改造，以适用于各种毫米波应用。

除了晶圆、脉冲和天线应用，毫米波解决方案还广泛用于材料测量。图4显示了W频段75至110 GHz系统在自由空间进行材料测量的情况。由于W频段波导接口体积小，所以自由空间技术可提供更利于管理的采样体积（与W频段波导接口体积相比）。有了毫米波解决方案就可以利用安捷伦独特的选通-反射-线（GRL）校准技术，这样就可以无需额外硬件（通常比较昂贵）即可提供高精度。

结论

如前面的例子所示，PNA系列网络分析仪毫米波解决方案可以进行改造以适用于各种不同的应用（图5）。这种通用解决方案是满足当今广泛应用和学科领域的最有效的途径。同时也减少了对多种单一目标测量系统的需求。

对于未来频带毫米波应用，Agilent PNA-X网络分析仪（N5242A）同样可解决在此提到的所有测量。为充分利用该分析仪最新的功能和能力，只需在每个所示解决方案中用N5242A替代PNA（E836xB）即可。

作者：Jane L. Huynh
安捷伦科技公司产品营销工程师
jane_huynh@agilent.com