應(yīng)用靈活的解決方案進(jìn)行毫米波測(cè)量

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

與低于3 GHz的應(yīng)用相比，當(dāng)前對(duì)毫米波元器件的要求相對(duì)較低，但是期望性能卻非常高。因此，頻率范圍和測(cè)量能力可擴(kuò)展的測(cè)量解決方案將提供更大的靈活性，以適應(yīng)多種應(yīng)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(gòu)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(cè)試之前，器件是最先表征的晶圓。測(cè)試這些晶圓器件時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)可用于參數(shù)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(cè)量

建立精確的電路仿真模型需要高質(zhì)量、220-GHz的探測(cè)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(cè)量1。可同時(shí)觀看所有的4個(gè)S參數(shù)。請(qǐng)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(shè)備的真實(shí)增益，需要使用.s2p文件（原始數(shù)據(jù)）進(jìn)行去嵌入處理，該處理過(guò)程可在網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部進(jìn)行也可脫機(jī)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(cè)試探頭模塊）進(jìn)行測(cè)量，采用Cascade Microtech公司的Summit系列12K探針臺(tái)可進(jìn)行晶圓測(cè)量。（圖2顯示了系統(tǒng)的110-GHz版本）。全部雙端口晶圓校準(zhǔn)使用Cascade Microtech的WinCal 2006校準(zhǔn)軟件進(jìn)行，執(zhí)行順序?yàn)橹蓖?、反射、反射、匹配（LRRM）。

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

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

圖2.帶有Cascade Microtech公司Summit系列12K探針臺(tái)的N5250A 110 GHz毫米波系統(tǒng)。

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

通過(guò)添加調(diào)制器(Agilent Z5623AH81)和雙路輸出脈沖發(fā)生器（Agilent 81110A），同一臺(tái)設(shè)備就改造成了用于脈沖測(cè)量的解決方案。圖3顯示了W頻段75至110 GHz 簡(jiǎn)單直通設(shè)備的脈沖仿形測(cè)量。用于這些測(cè)量的脈沖設(shè)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(jī)選通脈沖寬度：20 ns（0.5%占空比）

測(cè)量頻率：100 GHz

脈沖形狀是一個(gè)非常有用的分析工具，因?yàn)樗娠@示由被測(cè)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(hào)激勵(lì)被測(cè)件，然后在輸出端折回信號(hào)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被測(cè)件（DUT）非理想（例如，非線(xiàn)性）的行為。

要修改系統(tǒng)以覆蓋不同的毫米波頻帶就像更換測(cè)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(hào)源（例如，Agilent PSG信號(hào)發(fā)生器），就可在200 GHz以上輕松將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍或跡線(xiàn)噪聲提高。每個(gè)頻率綜合信號(hào)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(hào)，另一個(gè)提供本地振蕩器（LO）。

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

同樣的設(shè)備設(shè)置還可用來(lái)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量，例如，平均脈沖、脈沖內(nèi)的點(diǎn)和脈沖對(duì)脈沖的測(cè)量。還可使用該配置進(jìn)行室內(nèi)天線(xiàn)測(cè)量，運(yùn)用脈沖毫米波技術(shù)濾除多余信號(hào)。

圖4. 直觀的軟件界面應(yīng)用自由空間校準(zhǔn)技術(shù)提高材料測(cè)量（Agilent 85071E）。

除了晶圓、脈沖和天線(xiàn)應(yīng)用，毫米波解決方案還廣泛用于材料測(cè)量。圖4顯示了W頻段75至110 GHz系統(tǒng)在自由空間進(jìn)行材料測(cè)量的情況。由于W頻段波導(dǎo)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(dǎo)接口體積相比）。有了毫米波解決方案就可以利用安捷倫獨(dú)特的選通-反射-線(xiàn)（GRL）校準(zhǔn)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(jié)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(yīng)用。這種通用解決方案是滿(mǎn)足當(dāng)今廣泛應(yīng)用和學(xué)科領(lǐng)域的最有效的途徑。同時(shí)也減少了對(duì)多種單一目標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的需求。

對(duì)于未來(lái)頻帶毫米波應(yīng)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(cè)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。