- RS多端口毫米波測(cè)量用變頻模塊應(yīng)用
- 增加矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀使用的變頻模塊數(shù)目
- 使用6個(gè)變頻模塊
通過(guò)使用變頻模塊R&S ZVA-Z110，羅德與施瓦茨(Rohde&Schwar)公司的高端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可將覆蓋頻率擴(kuò)展到75~110GHz毫米波波段(W波段)R&S ZVA-Z110是以易于操作和幫助客戶(hù)節(jié)約時(shí)間和成本為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)的，因此，采用正確的4端口網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)操作一對(duì)變頻模塊，并不需要增加額外的硬件電路最近幾年中，多端口測(cè)量已經(jīng)變得越來(lái)越重要本文描述的解決方案是首個(gè)在W波段進(jìn)行完整的多端口和平衡測(cè)量的方案
變頻模塊內(nèi)有什么？
圖1顯示了R&S ZVA-Z110內(nèi)部的CAD結(jié)構(gòu)圖和原理框圖該變頻模塊包含用作隔離參考和測(cè)量信號(hào)的通道源倍頻器、可調(diào)節(jié)波導(dǎo)衰減器、定向耦合器這些參考和測(cè)量通道通過(guò)諧波混頻器進(jìn)行下變頻
圖1：R&S ZVA-Z110的透明CAD結(jié)構(gòu)圖和原理框圖（不包含測(cè)試端口的適配器)
濾波器的S參數(shù)測(cè)量
下面以一混頻器設(shè)置個(gè)90GHz帶通濾波器的測(cè)量為例，來(lái)討論測(cè)試步驟
步驟1：配置和設(shè)置
在圖2所示的A、B、C三個(gè)區(qū)域進(jìn)行如下測(cè)量配置：在A區(qū)擇變頻模塊型號(hào)，在B區(qū)選擇電纜連接方式，在C區(qū)點(diǎn)擊應(yīng)用按鍵并連接變頻模塊到網(wǎng)絡(luò)分析儀(見(jiàn)圖 3)，然后將頻率軸調(diào)節(jié)成75GHz到110GHz(見(jiàn)圖2底部)此外，變頻模塊的所有測(cè)量參數(shù)會(huì)被自動(dòng)設(shè)置(例如射頻和本振的倍頻系數(shù)、最佳功率電平、復(fù)位設(shè)置、連接類(lèi)型WR10，以及定義和選擇波導(dǎo)校準(zhǔn)套件R&S ZV-WR10)
圖2：設(shè)置對(duì)話(huà)框
步驟2：校準(zhǔn)
本 例采用TOSM校準(zhǔn)技術(shù)和R&S ZV-WR10波導(dǎo)校準(zhǔn)套件進(jìn)行校準(zhǔn)(見(jiàn)圖3)R&S ZV-WR10波導(dǎo)校準(zhǔn)套件還支持其他的校準(zhǔn)方式，如TRL、UOSM、TOM、TRM和OSM它還包含滑動(dòng)匹配器，可以把方向性和負(fù)載匹配的指標(biāo)提高到42dB和40dB由于波導(dǎo)開(kāi)路時(shí)的輻射影響，波導(dǎo)校準(zhǔn)件中的開(kāi)路件都是由偏移短路代替，該偏移短路由一個(gè)墊片(執(zhí)行頻帶中心頻率的λ/4偏移)和短路器組成
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步驟3：測(cè)量
圖3顯示了利用混頻器的作用R&S ZVA24矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和兩個(gè)R&S ZVA-Z110變頻模塊測(cè)量90GHz帶通濾波器的全部設(shè)置測(cè)量具有高抑制特性的濾波器要求很高的動(dòng)態(tài)范圍R&S ZVA-Z110變頻模塊樹(shù)立了新的動(dòng)態(tài)范圍標(biāo)準(zhǔn)，其典型值>110dB，可以輕松滿(mǎn)足測(cè)量濾波器時(shí)的高動(dòng)態(tài)要求這樣，用戶(hù)可以增加測(cè)量帶寬，如增加到1kHz，以獲得更高的測(cè)量速度
圖3：帶R&S ZV-WR10波導(dǎo)校準(zhǔn)套件的90GHz帶通濾波器完整毫米波測(cè)量的設(shè)置
除了濾波器測(cè)試，Z110還適用于其他多種的應(yīng)用，包括：1. 由于內(nèi)置了W波段的衰減器，所以它可以提供很低的激勵(lì)電平，這樣進(jìn)行低噪聲放大器測(cè)試等類(lèi)似應(yīng)用將不存在任何問(wèn)題2. 可用在那些緊湊型設(shè)計(jì)和需要快速掃描的生產(chǎn)線(xiàn)上在粒子敏感環(huán)境中，比如在晶元探針臺(tái)上，無(wú)需風(fēng)扇的無(wú)源散熱是另一個(gè)優(yōu)勢(shì)3. 針對(duì)毫米波頻段的多端口和平衡端口測(cè)量應(yīng)用
多端口測(cè)量
到目前為止，多端口和平衡端口測(cè)量被混頻器設(shè)置限制為大約50GHz帶寬，但在W波段中也有許多應(yīng)用采用平衡電路或多端口器件(如測(cè)距雷達(dá)、國(guó)防和航空應(yīng)用)利用R&S ZVA-Z110變頻模塊和R&S ZVT20矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以提供高達(dá)6個(gè)測(cè)量端口
定向耦合器的三端口測(cè)量
1．為什么采用三端口測(cè)量？
采用3個(gè)變頻模塊和合適的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，連接一次就可以完成一個(gè)三端口的耦合器的測(cè)量(圖4)這可以節(jié)約測(cè)量時(shí)間，并能同時(shí)測(cè)量所有的3×3S參數(shù)，而不需要多次連接和多次的二端口校準(zhǔn)采用全3端口的校準(zhǔn)取代多次的二端口校準(zhǔn)，可以獲得更加精確的測(cè)量結(jié)果
圖4：三端口測(cè)量只需三個(gè)變頻模塊
R&S ZVT20可以使用高達(dá)4個(gè)變頻模塊，而不需要外部信號(hào)源這種解決方案非常緊湊，不需要額外硬件，并提供很高的測(cè)量速度在上文提到的三端口應(yīng)用中，只需三個(gè)變頻模塊R&S ZVT20的測(cè)量端口5和6為變頻模塊提供本振信號(hào)如果混頻器設(shè)置需要，還可以利用外部Wilkinson功分器將本振信號(hào)分配給所有的變頻模塊
UOSM校準(zhǔn)
UOSM 校準(zhǔn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以利用一個(gè)未知的直通件作為標(biāo)準(zhǔn)件這一未知的直通件僅要求具有很好的正、反向互易性，因此，該未知直通件不要求具有良好的匹配和低損耗特性甚至價(jià)格低廉的、帶帶標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤(pán)的波導(dǎo)管節(jié)、波導(dǎo)彎頭和波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)接頭，只要具有互易特性都可以作為直通件在校準(zhǔn)后所有對(duì)輸出端口方向的改變都會(huì)造成(可避免的)精度損失，因此在這個(gè)例子當(dāng)中，一個(gè)H面的波導(dǎo)彎頭在波導(dǎo)測(cè)試端口1和4，以及測(cè)試端口2和4之間建立直通波導(dǎo)測(cè)試端口1和2是通過(guò)兩個(gè)測(cè)試端口的直接連接而建立直通的
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定向耦合器的測(cè)量結(jié)果
圖5所示的測(cè)量結(jié)果是采用1kHz測(cè)量帶寬而得到的曲線(xiàn)Trc1為插入損耗，曲線(xiàn)Trc2為耦合度損耗，曲線(xiàn)Trc3為隔離度，曲線(xiàn)Trc4為通過(guò)Trc3和Trc2運(yùn)算得到的混頻器模塊方向性系數(shù)
圖5：三端口耦合器的測(cè)量結(jié)果
關(guān)鍵指標(biāo)如下：
1. 頻率范圍：75~110GHz；
2. 波導(dǎo)型號(hào)：WR10；
3. 連接類(lèi)型：兼容UG387/U-M精確的波導(dǎo)法蘭盤(pán)；
4. 測(cè)試端口輸出功率：+2dBm，在射頻輸入口處為+7dBm；
5. 輸出功率精度：<4dB(0dB衰減)；
6. 手動(dòng)功率衰減：0~25dB；
7. 動(dòng)態(tài)范圍：95dB(典型值110dB)；
8. 在射頻和本振端的輸入功率：+5~+10dBm(理想值為+7dBm)；
9. 供電特性：100~240V，47~63Hz；
10. 尺寸(W×H×D)：360.5×110×114mm；
11. 引腳的數(shù)目：4個(gè)、3個(gè)或者無(wú)引腳
配置要求
哪些矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以使用該變頻模塊？
最高工作頻率不低于20GHz的R&S ZVA或R&S ZVT都可以使用該變頻模塊，并假設(shè)支持以下兩個(gè)選件：發(fā)生器和接收機(jī)的直接連接選件和變頻控制軟件選件
需要外部信號(hào)源嗎？
在 第二個(gè)例子中(耦合器)，如果變頻器的本振信號(hào)由R&S SMF100A提供并(通過(guò)4端口功分器)被分配給所有的變頻模塊，則4端口R&S ZVA也可以滿(mǎn)足這樣的測(cè)量外部信號(hào)源必須通過(guò)R&S ZVA來(lái)控制，這會(huì)增加掃描時(shí)間，但使用信號(hào)源的列表掃描方式可以改善掃描時(shí)間一般而混頻器言，如果通過(guò)外部信號(hào)源提供本振信號(hào)，可以增加矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀使用的變頻模塊數(shù)目例如：通過(guò)R&S ZVT20和R&S SMF100A以及一個(gè)合適的本振信號(hào)分配網(wǎng)絡(luò)，可以使用6個(gè)變頻模塊此外，只用一臺(tái)兩端口R&S ZVA24網(wǎng)絡(luò)分析儀是不能驅(qū)動(dòng)該變頻模塊的(最少需要4端口)，不過(guò)如果加上一臺(tái)R&S SMF100A就可以使用一個(gè)或者兩個(gè)變頻模塊 .
