R&S ZNA vs. ZNB：哪一款 VNA 最適合你的材料實驗室？

在建置高頻介電材料實驗室時，選擇合適的向量網路分析儀 (VNA) 是最關鍵也最昂貴的決策。Rohde & Schwarz (R&S) 的 ZNB (通用型) 與 ZNA (高階型) 均為業界標竿，但兩者在架構設計、頻率擴充性與軟體整合度上存在顯著差異。對於 5G/6G 材料研發而言，究竟該選擇性價比極高的 ZNB，還是直攻頂級架構的 ZNA？本文將從動態範圍、毫米波擴充能力、操作架構以及針對不同治具 (SPDR/SCR/FPOR) 的適配性進行深度剖析，協助您根據研發目標做出最精準的投資。

實驗室的「心臟」——如何定義你的量測需求？

如果說測試治具（如諧振腔或傳輸線）是材料量測的「手」，那麼向量網路分析儀 (VNA) 就是「大腦」與「心臟」，它負責發出微波訊號、接收經過材料調變後的微弱訊號，並將其轉換為我們熟知的 S 參數（散射參數）；在 5G 尚未普及的年代，大多數材料測試僅需覆蓋到 10 GHz 或 20 GHz，此時一台標準的 VNA 綽綽有餘，然而，隨著 AI 伺服器背板邁向 112Gbps SerDes，以及 6G 亞太赫茲 (Sub-THz) 研究的啟動，材料實驗室面臨了前所未有的挑戰：

1. 頻率跨度大：
   從 kHz 等級的電源完整性，一路延伸到 170 GHz 甚至 1.1 THz 的 6G 通訊。
2. 損耗極低：
   新一代 Ultra Low Loss 材料的損耗因數 (Df) 低至 0.001 以下，對儀器的底噪與穩定度要求極為苛刻。

在 R&S 的產品線中，ZNB 系列被定位為「通用型工作馬 (General Purpose Workhorse)」，以速度與動態範圍見長；而 ZNA 系列則被定義為「高階旗艦 (High-End)」，專為挑戰物理極限而生。兩者都能量測 S 參數，但在極端條件下的表現卻大相徑庭。

架構對決：硬體設計的物理差異

要理解兩者的適用場景，必須先拆解其硬體架構。

R&S ZNB：極致的通用性與動態範圍

ZNB 的設計理念是「在標準頻段內提供最佳性能」。

• 動態範圍 (Dynamic Range)：
  ZNB 擁有高達 140 dB 的寬廣動態範圍，這意味著在量測高阻帶濾波器或極低損耗的共振峰時，它能「看」得非常深，底噪極低；對於大多數 43.5 GHz 以下的 SPDR (分裂柱諧振腔) 或 SCR (分裂圓柱諧振腔) 測試，ZNB 的性能是過剩且完美的。
• 掃描速度：
  針對產線與品管 (QC) 需求，ZNB 的掃描速度極快。在進行大量樣品的 Dk/Df 篩選時，它能顯著提升生產量 (Throughput)。
• 接收器架構：
  雖然是通用型，但 ZNB 仍具備優異的接收器線性度，足以應對大多數被動元件 (Passive Components) 的測試需求。

R&S ZNA：專為毫米波與主動元件設計

ZNA 的設計理念則是「無妥協的靈活性與擴充性」。

• 多源架構 (Four Sources)：
  不同於傳統 VNA 僅有 1 或 2 個訊號源，ZNA 4-Port 機型可配備 4 個獨立訊號源，雖然量測被動材料通常只需要一個源，但若您的實驗室未來計畫涉足 主動元件 (如放大器、混頻器) 的材料特性分析（例如在晶片上直接量測），多源架構能提供不可替代的測試彈性（如互調失真 IMD 測試）。
• 相位同調與觸控介面：
  ZNA 採用了全觸控操作介面，並強调「以待測物為中心 (DUT-centric)」的操作邏輯，在物理層面上，它具備更嚴謹的相位控制能力，這對於 陣列天線材料 或 相位敏感型 的介電量測至關重要。
• 後面板 LO 輸出：
  這是 ZNA 與 ZNB 在 6G 應用上的最大分水嶺，ZNA 設計了專用的 LO (本地振盪器) 輸出與輸入介面，這使得它在驅動外部毫米波轉換器 (Millimeter-wave Converters) 時，能夠實現更精確的頻率鎖定與相位控制。

頻率戰場：從 RF 到太赫茲 (THz)

選擇 VNA 的首要考量通常是「頻率」。

40 GHz 以下的主戰場 (ZNB 的優勢區)

如果您的材料應用主要集中在：

• PCB 電路板 (FR-4, M6, M7 等級)
• Sub-6GHz 5G 天線
• 24GHz / 28GHz / 39GHz 毫米波頻段

在這個範圍內，R&S ZNB40 (或 ZNB43) 是性價比極高的選擇，它能完美覆蓋 IPC 標準定義的 SPDR (1-20 GHz) 以及大部分 SCR (10-40 GHz) 的測試需求，其 140 dB 的動態範圍確保了在量測高 Q 值共振腔時，能精確捕捉到深陷的共振峰底，計算出的 Df 值準確無誤。對於大多數 PCB 板廠與銅箔基板 (CCL) 廠的品管實驗室，ZNB 是標準配備。

 

R&S ZNB VNA 具備 140 dB 動態範圍、5 µs/點高速量測，支援 48 埠，適用於 RF 元件測試、產線高傳輸量和 SCPI 自動化。

跨越 50 GHz 的分水嶺 (ZNA 的統治區)

當需求延伸至：

• 77GHz / 79GHz 車用雷達
• 110GHz - 170GHz (D-Band) 6G 通訊
• 300GHz 以上的太赫茲研究

此時，單機 VNA 已無法滿足，必須搭配 毫米波轉換器 (如 R&S ZCxxx 系列)，雖然 ZNB 也能透過軟體選配控制毫米波模組，但 R&S ZNA 在此領域展現了其旗艦價值：

• 原生整合 (Native Integration)：
  ZNA 的硬體介面（特別是後面板的 LO/IF 路徑）是專為無縫連接轉換器設計的，這意味著在進行 FPOR (法布里-珀羅開放式諧振器) 測試時，系統的穩定度更高，頻率漂移更小。
• 高頻功率控制：
  在毫米波頻段，功率對材料加熱效應顯著，ZNA 具備更精細的功率掃描與位準控制功能 (ALC)，能避免在大功率下燒毀脆弱的薄膜樣品或造成 Dk 值的熱漂移。
• 單機 67GHz：
  ZNA 提供單機高達 67GHz 的型號 (ZNA67)，這使得它能夠在不外掛模組的情況下，直接量測 60GHz WiGig 頻段的材料，減少了系統複雜度與連接器引入的誤差。

R&S ZNA 向量網路分析儀專為航太、衛星測試應用而生，具備四個相位同調訊號源、170 dB 高動態範圍與 0.002 dB 超低追蹤雜訊，提供高效能、DUT 為中心的操作體驗，輕鬆應對複雜的射頻量測與生產任務。

針對特定治具的適配性分析

材料實驗室通常擁有多種測試治具，VNA 必須能與其完美搭配。

對應 SPDR (分裂柱介電諧振器)

推薦：R&S ZNB SPDR 是量測 PCB 薄板平面特性的黃金標準，由於 SPDR 的共振頻率通常固定且低於 20 GHz，ZNB 的頻率覆蓋完全足夠，重點在於 ZNB 的 頻率掃描速度，能讓操作員在幾秒鐘內完成「空腔」與「負載」的比對量測，非常適合產線快速 QC。

對應 SCR (分裂圓柱諧振器)

推薦：R&S ZNB (高頻版) 或 ZNA SCR 用於量測 5G 與車用雷達材料，頻率可達 80 GHz。

• 若測試頻率僅至 40 GHz：ZNB43 是最佳解。
• 若需測試 77 GHz：
  您有兩種選擇，一是使用 ZNA67 搭配 1.85mm 介面 (勉強覆蓋至 70GHz 邊緣)；二是使用 VNA (ZNB 或 ZNA) 搭配 E-Band (60-90 GHz) 毫米波轉換器，在此配置下，ZNA 對轉換器的控制更為流暢，但 ZNB 搭配 ZC 模組也是常見的高性價比組合。

對應 FPOR (法布里-珀羅開放式諧振器)

推薦：R&S ZNA  FPOR 主要用於 110 GHz 以上的 6G D-Band 測試，這是一個純粹的毫米波/太赫茲應用，由於涉及極高頻的波束準直與高斯光束分析，對系統的 相位穩定度 與 動態範圍 要求極高，ZNA 搭配 ZC170 (D-Band 轉換器) 是目前業界公認量測 Dk/Df 精準度最高的組合，能解析出低至 的損耗角正切。

對應 Delta-L 4.0 (PCB 傳輸損耗)

推薦：R&S ZNB 或 ZNA (視頻率而定) Delta-L 是量測 PCB 傳輸線插入損耗的工業標準，這需要 VNA 具備強大的 去嵌入 (De-embedding) 運算能力，R&S 的 ZNB 與 ZNA 均支援 Delta-L 4.0 軟體選配 (K231)，若測試頻率在 40 GHz (PCIe 6.0) 以內，ZNB 綽綽有餘；若未來需支援 PCIe 7.0 或 112G SerDes，頻率需求將推升至 60-70 GHz，此時 ZNA67 將成為必須。

軟體定義的未來：不只是硬體

除了硬體規格，現代 VNA 的價值很大程度取決於「軟體生態系」。

自動化與去嵌入

無論是 ZNB 還是 ZNA，R&S 都提供了強大的去嵌入工具：

• EaZy De-embedding (EZD)
• In-Situ De-embedding (ISD, IEEE 370 compliant)
• Smart Fixture De-embedding (SFD)
  這些功能對於消除測試治具（如連接器、轉接板）的效應至關重要，ZNA 由於運算核心更強大，在處理複雜的多埠去嵌入或即時時域分析 (TDR) 時，反應速度會略快於 ZNB。

真實量測不確定度分析 (Real-time Uncertainty)

在計量級實驗室中，報告數據必須包含「不確定度」，R&S 與瑞士計量局 (METAS) 合作，在 ZNA 與 ZNB 上均支援 VNA Tools，能即時計算 S 參數的不確定度。這對於通過 ISO 17025 認證的實驗室來說是殺手級功能。

預算與野心的平衡

回到最初的問題：哪一款 VNA 最適合您的實驗室？

選擇 R&S ZNB，如果：

• 您的主要任務是 生產監控 (QC)、進料檢驗 (IQC) 或 配方篩選。
• 關注的頻率範圍主要在 43.5 GHz 以下 (涵蓋絕大多數 5G FR1/FR2 應用)。
• 預算有限，需要最高的 性價比 (Price/Performance)。
• 主要使用標準治具如 SPDR、傳輸線或低頻 SCR。

選擇 R&S ZNA，如果：

• 您身處 前瞻研究院 或 旗艦級實驗室，目標是 6G、Sub-THz 或 衛星通訊。
• 需要測試 110 GHz 以上 的材料 (D-Band, G-Band)。
• 需要極致的 硬體擴充性 (4 訊號源、後面板 LO 介面) 以應對未來 10 年的需求。
• 實驗室同時負責 主動元件 (Amplifiers) 與 被動材料 的特性分析。

對於 90% 的 PCB 與材料供應商而言，ZNB 是最務實且強大的選擇，它穩健、快速且精準，但對於那 10% 致力於定義未來的研發先驅，ZNA 則是探索未知頻譜時不可或缺的精密導航儀。

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