如何使用网络分析仪的AFR功能(即自动夹具移除功能)?

AFR是什么？为什么需要自动夹具移除功能（AFR -Automatic Fixture Removal）？
AFR(Automatic Fixture Removal)是自动夹具移除功能。许多器件没有同轴连接器，因此在同轴环境中测量需要使用夹具固定或传输线转换连接（例如，从同轴到PCB微带线的转换，用来测量背板传输线、高速连接器、表贴无源器件、有源器件（放大器，混频器，）等等）。为了保证被测器件（DUT）的测量精度需要精确移除夹具效应。
自动夹具移除选件，添加了功能强大的向导程序，引导您表征夹具并从测量结果中移除夹具效应，主要特点如下：
可以更简单地从非同轴器件测量结果中去除夹具效应
从 2x 直通或单端口测量结果中提取夹具的 S参数
在向导程序的逐步引导下表征夹具，并去除测量结果中的夹具效应
去嵌入文件可保存为多种格式，以便日后使用
自动夹具移除（AFR）的要求：
被移除的夹具，可以是完整的直通（Thru）或左边和右边各为直通（Thru）的一半，如下所示。
测试夹具和Thru都由完全相同的介质（转接头及电路基板材料等）制成；最好在同一块介质基板上制作。
单端夹具（Single-ended Fixtures），如下图所示：
支持1-Port（下图中未显示） 或2-Port的单端DUT(被测件)测试配置。
当用于四端口被测件测试配置中时，传输线之间的耦合影响不能被去除。

差分或平衡夹具（Differential (Balanced) Fixtures），如下图所示：
只支持 4 Port 被测件（DUT）的配置，并且包含移除了差分线之间的耦合效应。
矢量网络分析仪自动夹具移除（AFR）的实际测试向导
（该例子中以测试PCB单端传输线参数为例）

该例子中测试的是基于PCB板的传输线，该被测传输线由于长度L较短，在低频段损耗非常小，所以如果不做夹具去嵌入，夹具本身所带入的插损对测试结果影响很大；另外，在高频段，由于同轴接头与带状传输线连接处阻抗连续性较差，造成信号多次反射，使得测试结果波动较大无法得到真实且可重复的结果。
如上图所示上面“2X Throu”是一个直通的标准夹具（在实际中也可以中开路或短路标准件）用于去除测试夹具的同轴接口，同轴接口和PCB上的传输线及PCB上一小段传输线所带入的误差。
第二个是我们实际测试的夹具，测试对象就是位于中间的长度=L的传输线（该传输线可以是任意的走线方式），其它两端和上面“2X Throu”是一致的，等效于把上面直通标准件一分为二到被测传输线两端，通过对2倍直通测量后就可以在实际测试中把测试夹具两端1/2直通引入的误差消除掉，尤其是对于超低损耗传输线测试。
提前准备工作，同轴端口校准，具体测试过程如下：
a. 如下图所示，设置完矢量网络分析仪参数（参数，频率，功率，中频等），通过电子校准件（Ecal）对矢量网络分析仪做2端口校准，硬件连接如下，只需要一次连接自动校准完成。
备注：使用机械校准件也可以，只是会很容易代理操作及重复性误差。
矢量网络分析仪VNA操作
Cal > Main > Other Cals > Ecal，然后在校准向导Cal Type Selection / Configuration 中选择2 Port ECal ，点击“NEXT”，根据向导完成2端口校准。

b. 如下图所示，VNA中打开AFR界面，硬件连接“2倍直通标准夹具”到同轴校准端面：。
矢量网络分析仪VNA操作
Cal > Fixtures> Automatic Fixture Removal Wizard，如下图所示，AFR应用界面被调出。

连接“2倍直通标准夹具”到测试电缆端口，并调用AFR功能
功率放大器特性分析
自动夹具移除功能AFR的5步操作
第一步
这时“2倍直通标准夹具”已经连接到测试电缆端口，选择测试类型，此处由于测试夹具为单端微带线测试，选择“Single Ended“；测试端口，选择”2 Port“；其它勾选项绿色框中可根据实际情况选择，一般选择默认选项；

第二步：定义标准件
如下图所示，该实例中选择“Thru“,另外高级设置中填写Lenth长度，默认情况下标准夹具和实际测试夹具的2个半长直通是相同长度，因此默认为”0“ns；

第三步：测量标准件
如下图所示，点击“Measure”矢量网络分析仪对标准夹具进行测量；绿色框图部分可选择进行，点击左下方的”Save All Measurements”对标准夹具测试结果保存成一个.s2p文件（此处是2端口测试），未来后续测试中标准夹具测试就可以省略，直接点击“Load”加载即可，然后走向下一步；

第四步：夹具移除
如下图所示，注意观察VNA的Port和对应的需要去除夹具的勾选项选择是否正确，然后点击“Apply Correction” 将标准夹具整体测试S参数通过算法处理为2个.s2p文件，并分别在VNA的Port1和Port2上进行夹具去嵌入，将夹具移除应用到测试中，也可以观察S参数曲线是否有变化；

第五步：保存夹具移除数据
在第三步保存的是标准夹具的整体.s2p文件，是对标准夹具从两个同轴端口看进去的整体参数数据；如下图所示，因为该AFR主要是应用在网络分析仪去除夹具，所以保存格式选择”VNA Format”;另外可以直接点击下方“Save Fixture Files”将前面生成的2个.s2p保存下来，并分别标注是对应VNA的哪个Port，后续可以直接在外部通过夹具去嵌入中直接使用这两个数据文件；点击“Exit”推出AFR自动夹具移除的整个过程。
后续检查
从第五步AFR自动夹具移除过程推出后，如下图，在右上角“Apply Fixtures“显示是”ON“的状态，说明刚才的AFR过程的夹具去嵌是被应用上了；
另外从” Fixture Setup”里面的”2 Port De-embedding“界面可以看到，Enable是被勾选了的；
另外VNA的每个Port去嵌的文件及路径也是可直接观察，可以看到每个Port口使用的去嵌都是.s2p文件，也就是AFR都是矢量去嵌入，常规的端口延申及响应修正都是标量去嵌，一旦测试频率较高或者被测件稍有变化，测试结果会有剧烈变动，并且每次测试都可能得到不同的结果，可靠性和一致性无法保证，AFR则可以达到可靠且精确的测试结果。

如下图所示，通过AFR自动夹具移除后VNA依旧连接着标准夹具，这时反射S参数可以基本达到-40dB以下，S21的幅度在0dB并且变化小于0.001dB,S21延时参数整个13.5GHz 范围内基本都小于100fs；所以去嵌后可以看到结果是非常优秀的。

AFR自动夹具移除后VNA的参数显示（连接的是标准夹具）。

AFR前后测试标准夹具结果对比及说明
最后：连接测试夹具，测试长度为L的传输线参数，如下图所示连接测试:

AFR自动夹具移除前后测试长度为100mm的微带线插损（红色为夹具修正前的测试结果，测试曲线波动较大，且在某些频点有谐振情况）测试曲线稳定平滑且符合预期。

审核编辑 黄宇