應用靈活的解決方案進(jìn)行毫米波測量

在30至300 GHz之間，毫米波測量的應用正在增加。從高數據速率到汽車(chē)行業(yè)再到射電天文學(xué)，靈活的測量解決方案正日益顯現出它的優(yōu)勢。在這些應用中，毫米波測量解決方案就必須遵守很多規則。例如，探測環(huán)境中的晶圓器件表征，或通過(guò)波導或同軸接口進(jìn)行模塊測試。解決方案還包括夾具中或自由空間的材料測量，或室外/室內天線(xiàn)測試。

與低于3 GHz的應用相比，當前對毫米波元器件的要求相對較低，但是期望性能卻非常高。因此，頻率范圍和測量能力可擴展的測量解決方案將提供更大的靈活性，以適應多種應用。

在許多新興電子技術(shù)中，最初的元器件（例如，在晶圓上制作的器件）是基本的構建模塊。之后，這些器件被切成方塊，并通過(guò)引線(xiàn)鍵合加入到電路中，最終變成高度集成的模塊，增加了功能并被封裝成很小的體積。在作為模塊進(jìn)行進(jìn)一步測試之前，器件是最先表征的晶圓。測試這些晶圓器件時(shí)所獲得的數據可用于參數提取，以建立模型，之后模型就可用于電路仿真了。

進(jìn)行毫米波測量

建立精確的電路仿真模型需要高質(zhì)量、220-GHz的探測解決方案。例如，圖1顯示了從140至220 GHz的50納米T選通變形GaAs HEMT晶圓測量1?？赏瑫r(shí)觀(guān)看所有的4個(gè)S參數。請看左下方的跡線(xiàn)S21，在大約150 GHz處與X軸相交。為了揭示設備的真實(shí)增益，需要使用.s2p文件（原始數據）進(jìn)行去嵌入處理，該處理過(guò)程可在網(wǎng)絡(luò )分析儀內部進(jìn)行也可脫機進(jìn)行。

使用Agilent N5250A PNA系列毫米波網(wǎng)絡(luò )分析儀（帶有140至220GHz（N5260AW05）測試探頭模塊）進(jìn)行測量，采用Cascade Microtech公司的Summit系列12K探針臺可進(jìn)行晶圓測量。（圖2顯示了系統的110-GHz版本）。全部雙端口晶圓校準使用Cascade Microtech的WinCal 2006校準軟件進(jìn)行，執行順序為直通、反射、反射、匹配（LRRM）。

圖1.50納米T選通變形GaAs HEMT晶圓測量在一個(gè)顯示屏幕上顯示所有的4個(gè)S參數。

1. 器件由格拉斯哥大學(xué)電子系Khaled Egajd博士制造并測量。

圖2.帶有Cascade Microtech公司Summit系列12K探針臺的N5250A 110 GHz毫米波系統。

插入部分顯示的是Cascade無(wú)限探針（GSG 150）,波導版本可達220 GHz。

通過(guò)添加調制器(Agilent Z5623AH81)和雙路輸出脈沖發(fā)生器（Agilent 81110A），同一臺設備就改造成了用于脈沖測量的解決方案。圖3顯示了W頻段75至110 GHz 簡(jiǎn)單直通設備的脈沖仿形測量。用于這些測量的脈沖設置如下：

射頻脈沖寬度（PW）：2?s（50%占空比）；脈沖寬度（PW）可減至20 ns

B接收機選通脈沖寬度：20 ns（0.5%占空比）

測量頻率：100 GHz

脈沖形狀是一個(gè)非常有用的分析工具，因為它可顯示由被測件（DUT）引起的任何脈沖失真。它是通過(guò)在輸入端使用脈沖信號激勵被測件，然后在輸出端折回信號以確定脈沖形狀的改變來(lái)完成。所有的這些改變都意味著(zhù)被測件（DUT）非理想（例如，非線(xiàn)性）的行為。

要修改系統以覆蓋不同的毫米波頻帶就像更換測試探頭模塊一樣容易。例如，用N5260AW03代替N5260AW05（140至220 GHz）模塊，就可將頻帶從220變換到325 GHz。通過(guò)添加兩個(gè)外部頻率綜合信號源（例如，Agilent PSG信號發(fā)生器），就可在200 GHz以上輕松將系統的動(dòng)態(tài)范圍或跡線(xiàn)噪聲提高。每個(gè)頻率綜合信號源都配置有520選件以滿(mǎn)足20 GHz頻率范圍；一個(gè)提供射頻信號，另一個(gè)提供本地振蕩器（LO）。

圖3. 脈沖形狀測量可顯示由被測件（DUT）非線(xiàn)性行為引起的脈沖失真。

同樣的設備設置還可用來(lái)進(jìn)行相關(guān)的測量，例如，平均脈沖、脈沖內的點(diǎn)和脈沖對脈沖的測量。還可使用該配置進(jìn)行室內天線(xiàn)測量，運用脈沖毫米波技術(shù)濾除多余信號。

圖4. 直觀(guān)的軟件界面應用自由空間校準技術(shù)提高材料測量（Agilent 85071E）。

除了晶圓、脈沖和天線(xiàn)應用，毫米波解決方案還廣泛用于材料測量。圖4顯示了W頻段75至110 GHz系統在自由空間進(jìn)行材料測量的情況。由于W頻段波導接口體積小，所以自由空間技術(shù)可提供更利于管理的采樣體積（與W頻段波導接口體積相比）。有了毫米波解決方案就可以利用安捷倫獨特的選通-反射-線(xiàn)（GRL）校準技術(shù)，這樣就可以無(wú)需額外硬件（通常比較昂貴）即可提供高精度。

結論

如前面的例子所示，PNA系列網(wǎng)絡(luò )分析儀毫米波解決方案可以進(jìn)行改造以適用于各種不同的應用。這種通用解決方案是滿(mǎn)足當今廣泛應用和學(xué)科領(lǐng)域的最有效的途徑。同時(shí)也減少了對多種單一目標測量系統的需求。

對于未來(lái)頻帶毫米波應用，Agilent PNA-X網(wǎng)絡(luò )分析儀（N5242A）同樣可解決在此提到的所有測量。為充分利用該分析儀最新的功能和能力，只需在每個(gè)所示解決方案中用N5242A替代PNA（E836xB）即可。