gesponsertVektor-Netzwerkanalysator Erweiterte Möglichkeiten eines VNAs für die moderne Elektronikentwicklung

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Siglent Technologies Germany GmbH

Der Siglent SNA6000A repräsentiert eine neue Generation eines Vektor-Netzwerkanalysators, die durch Time Domain Reflectometry (TDR), Augendiagramme, Materialanalyse und präzise Mischermessungen die Entwicklung beschleunigt.

In der heutigen vernetzten Welt, wo jedes neue Elektronikprodukt höhere Übertragungsraten und bessere Signalqualität benötigt, steht die Hochfrequenzmesstechnik vor immer komplexeren Herausforderungen. Mit dem Voranschreiten von 5G, IoT und Automotive-Radar werden präzise HF-Messungen zum entscheidenden Erfolgsfaktor in der Entwicklung. Die klassische Charakterisierung von Komponenten mittels S-Parametern bildet dabei nur noch das Fundament. Moderne Entwicklungsprozesse erfordern tiefere Einblicke: vom Zeitbereichsverhalten über Materialcharakteristiken bis hin zur Signalintegritätsanalyse. Gleichzeitig müssen diese Messungen immer genauer, schneller und reproduzierbarer werden.

In diesem Spannungsfeld haben sich Vektor-Netzwerkanalysatoren von Spezialwerkzeugen zu vielseitigen Messplattformen gewandelt. Sie vereinen heute Funktionen, die früher mehrere dedizierte Geräte erforderten, und öffnen Entwicklungsingenieuren neue Perspektiven für effizientere Lösungen kritischer HF-Herausforderungen.

Die technischen Leistungsparameter des SNA6000A

Der Siglent SNA6000A repräsentiert die neue Generation von VNAs, die den erweiterten Anforderungen moderner HF-Entwicklung gerecht werden. Mit einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 26,5 GHz und einer Ausgangsleistung von –55 dBm bis +10 dBm deckt er ein breites Spektrum ab. Besonders beeindruckend ist sein Dynamikbereich von bis zu 135 dB, der selbst die Messung hochdämpfender Komponenten oder schwacher Reflexionen ermöglicht. Der niedrige Rauschpegel mit weniger als –110 dBm sorgt dabei für eine exzellente Signalqualität bei empfindlichen Messungen.

Die Messgenauigkeit von ±0,05 dB für Magnitude und ±0,25° für Phase wird durch eine Temperaturstabilität von ±0,01 dB/°C über einen Bereich von 0 bis 40 °C ergänzt. Das ist entscheidend für Langzeitmessungen in industriellen Umgebungen. Die Ports weisen eine Impedanzanpassung von 40 dB auf, was einem VSWR von 1,02 entspricht und dadurch Mehrfachreflexionen minimiert, die Messergebnisse verfälschen könnten.

Präzise Kalibrierung für eine hohe Messgenauigkeit

Die Qualität jeder VNA-Messung steht und fällt mit der Kalibrierung. Der SNA6000A unterstützt verschiedene Kalibrierungsroutinen wie SOLT (Short-Open-Load-Through), TRL (Through-Reflect-Line) und TOSM (Through-Open-Short-Match), die je nach Anwendungsfall optimale Genauigkeit sicherstellen. Die ECal-Kompatibilität ermöglicht automatisierte Kalibrierungen, die systematische Fehler auf bis zu 10^-4 reduzieren. Besonders hervorzuheben ist die Unterstützung von Vektorfehlerkorrekturalgorithmen mit bis zu 65 dB Fehlerunterdrückung, was selbst anspruchsvollste Präzisionsmessungen ermöglicht.

Bei der Kalibrierung differentieller Systeme bietet der SNA6000A eine erweiterte Balanced-SOLT-Methode, die eine präzise Charakterisierung von differentiellen Strukturen mit einer Phasengenauigkeit von ±0,3° erlaubt. Das ist besonders kritisch für moderne Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie USB 3.x, PCIe 4.0 oder DDR5.

Eine Schlüsselfunktion moderner VNAs ist die TDR (Time Domain Reflectometry), die im SNA6000A mit Anstiegszeiten unter 70 ps realisiert wird. Dies entspricht einer räumlichen Auflösung von etwa 0,1 mm bei der Fehlerortung in Übertragungsleitungen – genug, um selbst feinste Diskontinuitäten in hochintegrierten Leiterplatten zu lokalisieren. Die FFT-basierte Zeitbereichstransformation unterstützt verschiedene Fensterfunktionen (Hanning, Hamming, Kaiser-Bessel) für optimales Signal-Rausch-Verhältnis je nach Anwendungsfall. Für Signalintegritätsanalysen generiert der SNA6000A Augendiagramme mit einer effektiven Samplingrate von 10 GS/s. Damit können Datensignale bis 5 GBit/s analysiert und Parameter wie Augenhöhe, -breite, Jitter (RMS und Peak-to-Peak) im Pikosekundenbereich sowie Bitfehlerraten bis 10^-12 quantifiziert werden. Die Option zur Maskentesterstellung mit automatischer Pass/Fail-Bewertung beschleunigt Compliance-Tests erheblich.

Materialanalyse für Forschung und Entwicklung

Bei der Materialcharakterisierung ist der SNA6000A in der Lage, dielektrische Konstanten (εᵣ) im Bereich von 1 bis 1.000 mit einer Genauigkeit von 1 % zu bestimmen. Der Verlustfaktor (tan δ) wird mit einer Auflösung bis 10^-4 gemessen. Das spielt bei der Entwicklung von Substratmaterialien für Hochgeschwindigkeits-PCBs oder für die Charakterisierung von Absorbermaterialien in EMV-Anwendungen eine entscheidende Rolle. Die Software unterstützt verschiedene Messmethoden wie Transmissions-/Reflexionslinie, Freiraummethode und Resonanzmethode, die je nach Probengeometrie und Frequenzbereich optimale Ergebnisse liefern. Die Integration mit Temperaturkammern ermöglicht zudem die Analyse der Temperaturabhängigkeit dielektrischer Eigenschaften von –40 bis 150 °C. Das ist ein Temperaturbereich, der für Komponenten wichtig ist, die extremen Umgebungsbedingungen standhalten müssen.

Die integrierten Bias-Tees des SNA6000A unterstützen Spannungen bis zu ±40 V und Ströme bis zu 500 mA für die DC-Vorspannung aktiver Komponenten. In Kombination mit der nichtlinearen Verzerrungsanalyse können Parameter wie Kompressionspunkt (P1dB), Intermodulationspunkte (IP2, IP3) und Harmonische bis zur 5. Ordnung mit einer Dynamik von 80 dB charakterisiert werden. Bei frequenzumsetzenden Messungen beeindruckt der SNA6000A mit einem eigenen Intermodulationspunkt (IP3) über +20 dBm und einer Konversionsgenauigkeit von ±0,2 dB. Die vektorielle Mischerkalibrierung erlaubt die vollständige Phasencharakterisierung von Mischern mit einer Genauigkeit von ±2°, was für die Entwicklung kohärenter Kommunikationssysteme unerlässlich ist. Die Unterstützung für LO-Durchstimmtests ermöglicht zudem die schnelle Identifikation optimaler Betriebsparameter für Frequenzumsetzer.

Embedding/Deembedding und komplexe Messumgebungen

Für Messungen in komplexen Testumgebungen bietet der SNA6000A umfassende Embedding/Deembedding-Funktionen, die mit S-Parameter-Modellen von bis zu 10.000 Frequenzpunkten arbeiten. Unterstützt werden verschiedene Topologien (2x-Thru, 1x-Reflect, OPEN-SHORT) und Netzwerkbeschreibungen im Touchstone-Format (.s2p, .s4p). Die Kalibrierkorrekturen werden mit einem Fehlervektor von weniger als -40 dB angewandt, was die Eliminierung unerwünschter Fixture-Effekte nahezu perfekt macht. Diese Funktionalität ist besonders wertvoll bei On-Wafer-Messungen mit Mikrosonden, bei denen die Eigenschaften der Proben-Kontaktierung die eigentliche Messung beeinflussen würden. Auch für die Charakterisierung ultrafeiner Bauteile wie 01005-SMD-Komponenten ist diese Funktion unerlässlich.

In der industriellen Praxis beweist der SNA6000A seine Vielseitigkeit bei zahlreichen Anwendungen. Bei der Entwicklung von MIMO-Antennensystemen für 5G ermöglicht er die Charakterisierung von Arrays mit bis zu 8x8 Elementen durch sequentielle Messungen. Die Bestimmung von Korrelationskoeffizienten und Diversitätsgewinnen erfolgt dabei mit einer Reproduzierbarkeit von ±0,5 dB. Für die Halbleiterindustrie bietet der SNA6000A spezielle Modi für die Wafer-Level-Charakterisierung mit optimierten Sweepgeschwindigkeiten von bis zu 400 Punkten pro Millisekunde, was den Durchsatz in der Produktionsqualifikation deutlich erhöht. Die SCPI-Programmierung über die LAN-Schnittstelle mit Datenübertragungsraten bis zu 1 GB/s ermöglicht die nahtlose Integration in automatisierte Testsysteme.

In der Automobilindustrie unterstützt der SNA6000A die Entwicklung von Radar-Modulen für ADAS-Systeme durch präzise Phasenrauschanalysen und die Charakterisierung frequenzselektiver Oberflächen, die für die Radarintegration in Fahrzeugen entscheidend sind.

Ein Blick auf die Gerätebenutzung und Software

Das 10,1" Multi-Touch-Display mit 1.920 x 1.080 Pixeln und intuitiver Bedienoberfläche verkürzt die Einarbeitungszeit erheblich. Bis zu 16 Messparameter können gleichzeitig in konfigurierbaren Layouts angezeigt werden. Die interne Datenspeicherung erfolgt im 32-Bit-Fließkommaformat, was präzise Nachanalysen ohne Quantisierungsverzerrungen ermöglicht. Die Software unterstützt umfangreiche mathematische Funktionen wie FFT, Filterung, Gating, De-Embedding und statistische Analysen direkt auf dem Gerät. Exportformate wie Touchstone, CSV und MATLAB ermöglichen die nahtlose Weiterverarbeitung in externen Simulationstools wie CST, HFSS oder ADS. Die Python-API gestattet zudem die Entwicklung eigener Analyseroutinen für spezielle Anwendungen.

Der Siglent SNA6000A verkörpert den Paradigmenwechsel in der modernen VNA-Technologie: vom spezialisierten S-Parameter-Messgerät zur umfassenden Analyseplattform für ein breites Spektrum von HF-Anwendungen. Seine Kombination aus präziser Messtechnik, vielseitigen Analysefunktionen und modernem Bedienkonzept macht ihn zum zentralen Werkzeug für Entwicklungsingenieure, die an der Spitze der Hochfrequenztechnologie arbeiten. Mit der fortschreitenden Digitalisierung und dem Wachstum von IoT, 5G und Automotive-Elektronik werden VNAs wie der SNA6000A zunehmend zum Schlüsselinstrument, das über Erfolg oder Misserfolg neuer Produktentwicklungen entscheidet – denn nur wer Signalverhalten präzise messen kann, kann es auch effektiv optimieren.

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