如何使用網絡分析儀的AFR功能(即自動夾具移除功能)?

AFR是什么？為什么需要自動夾具移除功能（AFR -Automatic Fixture Removal）？

AFR(Automatic Fixture Removal)是自動夾具移除功能。許多器件沒有同軸連接器，因此在同軸環境中測量需要使用夾具固定或傳輸線轉換連接（例如，從同軸到PCB微帶線的轉換，用來測量背板傳輸線、高速連接器、表貼無源器件、有源器件（放大器，混頻器，）等等）。為了保證被測器件（DUT）的測量精度需要精確移除夾具效應。

自動夾具移除選件，添加了功能強大的向導程序，引導您表征夾具并從測量結果中移除夾具效應，主要特點如下：

可以更簡單地從非同軸器件測量結果中去除夾具效應

從 2x 直通或單端口測量結果中提取夾具的 S參數

在向導程序的逐步引導下表征夾具，并去除測量結果中的夾具效應

去嵌入文件可保存為多種格式，以便日后使用

自動夾具移除（AFR）的要求：

被移除的夾具，可以是完整的直通（Thru）或左邊和右邊各為直通（Thru）的一半，如下所示。

測試夾具和Thru都由完全相同的介質（轉接頭及電路基板材料等）制成；最好在同一塊介質基板上制作。

單端夾具（Single-ended Fixtures），如下圖所示：

支持1-Port（下圖中未顯示） 或2-Port的單端DUT(被測件)測試配置。
當用于四端口被測件測試配置中時，傳輸線之間的耦合影響不能被去除。

差分或平衡夾具（Differential (Balanced) Fixtures），如下圖所示：

只支持 4 Port 被測件（DUT）的配置，并且包含移除了差分線之間的耦合效應。 

矢量網絡分析儀自動夾具移除（AFR）的實際測試向導

（該例子中以測試PCB單端傳輸線參數為例）

該例子中測試的是基于PCB板的傳輸線，該被測傳輸線由于長度L較短，在低頻段損耗非常小，所以如果不做夾具去嵌入，夾具本身所帶入的插損對測試結果影響很大；另外，在高頻段，由于同軸接頭與帶狀傳輸線連接處阻抗連續性較差，造成信號多次反射，使得測試結果波動較大無法得到真實且可重復的結果。

如上圖所示上面“2X Throu”是一個直通的標準夾具（在實際中也可以中開路或短路標準件）用于去除測試夾具的同軸接口，同軸接口和PCB上的傳輸線及PCB上一小段傳輸線所帶入的誤差。

第二個是我們實際測試的夾具，測試對象就是位于中間的長度=L的傳輸線（該傳輸線可以是任意的走線方式），其它兩端和上面“2X Throu”是一致的，等效于把上面直通標準件一分為二到被測傳輸線兩端，通過對2倍直通測量后就可以在實際測試中把測試夾具兩端1/2直通引入的誤差消除掉，尤其是對于超低損耗傳輸線測試。

提前準備工作，同軸端口校準，具體測試過程如下：

a. 如下圖所示，設置完矢量網絡分析儀參數（參數，頻率，功率，中頻等），通過電子校準件（Ecal）對矢量網絡分析儀做2端口校準，硬件連接如下，只需要一次連接自動校準完成。

備注：使用機械校準件也可以，只是會很容易代理操作及重復性誤差。

矢量網絡分析儀VNA操作

Cal > Main > Other Cals > Ecal，然后在校準向導Cal Type Selection / Configuration 中選擇2 Port ECal ，點擊“NEXT”，根據向導完成2端口校準。

b. 如下圖所示，VNA中打開AFR界面，硬件連接“2倍直通標準夾具”到同軸校準端面：。

矢量網絡分析儀VNA操作

Cal > Fixtures> Automatic Fixture Removal Wizard，如下圖所示，AFR應用界面被調出。

連接“2倍直通標準夾具”到測試電纜端口，并調用AFR功能

功率放大器特性分析

自動夾具移除功能AFR的5步操作

第一步

這時“2倍直通標準夾具”已經連接到測試電纜端口，選擇測試類型，此處由于測試夾具為單端微帶線測試，選擇“Single Ended“；測試端口，選擇”2 Port“；其它勾選項綠色框中可根據實際情況選擇，一般選擇默認選項；

第二步：定義標準件

如下圖所示，該實例中選擇“Thru“,另外高級設置中填寫Lenth長度，默認情況下標準夾具和實際測試夾具的2個半長直通是相同長度，因此默認為”0“ns；

第三步：測量標準件

點擊“Measure”矢量網絡分析儀對標準夾具進行測量；綠色框圖部分可選擇進行，點擊左下方的”Save All Measurements”對標準夾具測試結果保存成一個.s2p文件（此處是2端口測試），未來后續測試中標準夾具測試就可以省略，直接點擊“Load”加載即可，然后走向下一步；

第四步：夾具移除

注意觀察VNA的Port和對應的需要去除夾具的勾選項選擇是否正確，然后點擊“Apply Correction” 將標準夾具整體測試S參數通過算法處理為2個.s2p文件，并分別在VNA的Port1和Port2上進行夾具去嵌入，將夾具移除應用到測試中，也可以觀察S參數曲線是否有變化；

第五步：保存夾具移除數據

在第三步保存的是標準夾具的整體.s2p文件，是對標準夾具從兩個同軸端口看進去的整體參數數據；因為該AFR主要是應用在網絡分析儀去除夾具，所以保存格式選擇”VNA Format”;另外可以直接點擊下方“Save Fixture Files”將前面生成的2個.s2p保存下來，并分別標注是對應VNA的哪個Port，后續可以直接在外部通過夾具去嵌入中直接使用這兩個數據文件；點擊“Exit”推出AFR自動夾具移除的整個過程。

后續檢查

從第五步AFR自動夾具移除過程推出后，如下圖，在右上角“Apply Fixtures“顯示是”ON“的狀態，說明剛才的AFR過程的夾具去嵌是被應用上了；

另外從” Fixture Setup”里面的”2 Port De-embedding“界面可以看到，Enable是被勾選了的；

另外VNA的每個Port去嵌的文件及路徑也是可直接觀察，可以看到每個Port口使用的去嵌都是.s2p文件，也就是AFR都是矢量去嵌入，常規的端口延申及響應修正都是標量去嵌，一旦測試頻率較高或者被測件稍有變化，測試結果會有劇烈變動，并且每次測試都可能得到不同的結果，可靠性和一致性無法保證，AFR則可以達到可靠且精確的測試結果。

如下圖所示，通過AFR自動夾具移除后VNA依舊連接著標準夾具，這時反射S參數可以基本達到-40dB以下，S21的幅度在0dB并且變化小于0.001dB,S21延時參數整個13.5GHz 范圍內基本都小于100fs；所以去嵌后可以看到結果是非常優秀的。

AFR自動夾具移除后VNA的參數顯示（連接的是標準夾具）。

AFR前后測試標準夾具結果對比及說明

最后：連接測試夾具，測試長度為L的傳輸線參數，如下圖所示連接測試:

AFR自動夾具移除前后測試長度為100mm的微帶線插損（紅色為夾具修正前的測試結果，測試曲線波動較大，且在某些頻點有諧振情況）測試曲線穩定平滑且符合預期。