Wie sich Messgenauigkeit und Durchsatz erhöhen lassen

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Sende-Empfangsmodule testen

Ein anderer Fall, bei dem die Rauschquelle nicht direkt mit dem Testobjekt verbunden werden kann, ergibt sich in der Massenfertigung von Systemen, die einen LNA enthalten. Ein gängiges Beispiel ist die Produktion von Sende-Empfangsmodulen, die in Phasenarray-Radarsysteme eingesetzt werden. Eine einzige Phasenarray-Antenne enthält typischerweise einige tausend Sende-Empfangsmodule, und jedes einzelne davon muss getestet werden, bevor es im Radarsystem verwendet werden kann.

Im Interesse eines möglichst großen Durchsatzes in der Produktion werden die elektrischen Tests der Sende-Empfangsmodule in einer automatischen Testumgebung realisiert und dabei wird die Rauschzahl gemessen. Dabei kommt eine Schaltmatrix zum Einsatz, mit der verschiedene Messgeräte verbunden sind.

Die Rauschquelle ist im Testrack eingebaut. Zwischen ihr und dem Testobjekt befinden sich eine Kabelstrecke erheblicher Länge und manchmal mehrere Schalter. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die meisten modernen Sende-Empfangsmodule keinen Koax-Anschluss aufweisen, somit die Signale dem Testobjekt über Wafer-Testspitzen oder Antennen zugeführt werden müssen. Aus all dem resultiert eine im Vergleich zu direktem Anschluss erhebliche schlechtere Impedanzanpassung an die Rauschquelle mit entsprechender Verschlechterung der Messgenauigkeit bei der Messung der Rauschzahl.

Der neue Ansatz des PNA-X

Die oben ausgeführten Probleme gelten gleichermaßen auch für die Kaltquellen-Messmethode, wenn nichts gegen die Fehlanpassung am Eingang des Testsystems unternommen wird. Ohne Korrektur ist der Impedanzfehler eines Kaltquellen-Rauschmesssystems auf VNA-Basis oftmals schlechter als der Impedanzfehler bei einer normalen Rauschquelle. Es ist somit schwierig, eine größere Genauigkeit zu erzielen als mit einer guten Y-Faktor-Messung, bei der die Rauschquelle direkt am Testobjekt angeschlossen ist.

Ausgangsimpedanz des ECal-Moduls variiert

Um diese Einschränkung zu überwinden, verwendet der PNA-X eine Methode, die einer Rauschparametermessung ähnlich ist. Dazu wird ein ECal-Modul in Serie mit dem Eingang des Testobjekts geschaltet und es werden eine Reihe von Rauschleistungsmessungen gemacht, wobei die Ausgangsimpedanz des ECal-Moduls variiert. Anstatt mit dem ECal-Modul den VNA für eine Messung der S-Parameter zu kalibrieren, wird es als einstellbare Impedanz (Tuner) verwendet, die dem Eingang des Testobjekts eine Reihe genau bestimmter Impedanzwerte präsentiert.

An jedem Frequenzmesspunkt wird eine Reihe von Impedanzwerten und den zugehörigen Rauschleistungsmesswerten abgenommen und in die Parametergleichung eingesetzt. Aus den Rauschparametern lässt sich die Rauschzahl des Testobjekts bei 50 Ω gegen die Frequenz berechnen, obwohl in Wirklichkeit nicht genau bei 50 Ω gemessen hat.

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