RS多端口毫米波測量用變頻模塊應用

　　通過(guò)使用變頻模塊RS ZVA-Z110，羅德與施瓦茨(RohdeSchwar)公司的高端矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀可將覆蓋頻率擴展到75~110GHz毫米波波段(W波段)RS ZVA-Z110是以易于操作和幫助客戶(hù)節約時(shí)間和成本為設計出發(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量的方案

　　變頻模塊內有什么？

　　圖1顯示了RS ZVA-Z110內部的CAD結構圖和原理框圖該變頻模塊包含用作隔離參考和測量信號的通道源倍頻器、可調節波導衰減器、定向耦合器這些參考和測量通道通過(guò)諧波混頻器進(jìn)行下變頻

　　圖1：RS ZVA-Z110的透明CAD結構圖和原理框圖（不包含測試端口的適配器)

　　濾波器的S參數測量

　　下面以一混頻器設置個(gè)90GHz帶通濾波器的測量為例，來(lái)討論測試步驟

　　步驟1：配置和設置

　　在圖2所示的A、B、C三個(gè)區域進(jìn)行如下測量配置：在A(yíng)區擇變頻模塊型號，在B區選擇電纜連接方式，在C區點(diǎn)擊應用按鍵并連接變頻模塊到網(wǎng)絡(luò )分 析儀(見(jiàn)圖 3)，然后將頻率軸調節成75GHz到110GHz(見(jiàn)圖2底部)此外，變頻模塊的所有測量參數會(huì )被自動(dòng)設置(例如射頻和本振的倍頻系數、最佳功率電 平、復位設置、連接類(lèi)型WR10，以及定義和選擇波導校準套件RS ZV-WR10)

　　圖2：設置對話(huà)框

　　步驟2：校準

　　本 例采用TOSM校準技術(shù)和RS ZV-WR10波導校準套件進(jìn)行校準(見(jiàn)圖3)RS ZV-WR10波導校準套件還支持其他的校準方式，如TRL、UOSM、TOM、TRM和OSM它還包含滑動(dòng)匹配器，可以把方向性和負載匹配的指標提高 到42dB和40dB由于波導開(kāi)路時(shí)的輻射影響，波導校準件中的開(kāi)路件都是由偏移短路代替，該偏移短路由一個(gè)墊片(執行頻帶中心頻率的λ/4偏移)和短 路器組成

　　步驟3：測量

　　圖3顯示了利用混頻器的作用RS ZVA24矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和兩個(gè)RS ZVA-Z110變頻模塊測量90GHz帶通濾波器的全部設置測量具有高抑制特性的濾波器要求很高的動(dòng)態(tài)范圍RS ZVA-Z110變頻模塊樹(shù)立了新的動(dòng)態(tài)范圍標準，其典型值>110dB，可以輕松滿(mǎn)足測量濾波器時(shí)的高動(dòng)態(tài)要求這樣，用戶(hù)可以增加測量帶寬，如 增加到1kHz，以獲得更高的測量速度

　　圖3：帶RS ZV-WR10波導校準套件的90GHz帶通濾波器完整毫米波測量的設置

　　除了濾波器測試，Z110還適用于其他多種的應用，包括：1. 由于內置了W波段的衰減器，所以它可以提供很低的激勵電平，這樣進(jìn)行低噪聲放大器測試等類(lèi)似應用將不存在任何問(wèn)題2. 可用在那些緊湊型設計和需要快速掃描的生產(chǎn)線(xiàn)上在粒子敏感環(huán)境中，比如在晶元探針臺上，無(wú)需風(fēng)扇的無(wú)源散熱是另一個(gè)優(yōu)勢3. 針對毫米波頻段的多端口和平衡端口測量應用

　　多端口測量

　　到目前為止，多端口和平衡端口測量被混頻器設置限制為大約50GHz帶寬，但在W波段中也有許多應用采用平衡電路或多端口器件(如測距雷達、國防和航空應用)利用RS ZVA-Z110變頻模塊和RS ZVT20矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，可以提供高達6個(gè)測量端口

　　定向耦合器的三端口測量

　　1．為什么采用三端口測量？

　　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量(圖4)這可以節約測量時(shí)間，并能同時(shí)測量所有的3×3S參數，而不需要多次連接和多次的二端口校準采用全3端口的校準取代多次的二端口校準，可以獲得更加精確的測量結果

　　圖4：三端口測量只需三個(gè)變頻模塊

　　2．測量設置

　　RS ZVT20可以使用高達4個(gè)變頻模塊，而不需要外部信號源這種解決方案非常緊湊，不需要額外硬件，并提供很高的測量速度在上文提到的三端口應用中，只 需三個(gè)變頻模塊RS ZVT20的測量端口5和6為變頻模塊提供本振信號如果混頻器設置需要，還可以利用外部Wilkinson功分器將本振信號分配給所有的變頻模塊

　　UOSM校準

　　UOSM 校準技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以利用一個(gè)未知的直通件作為標準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、帶帶標準法蘭盤(pán)的波導管節、波導彎頭和波導扭轉接頭，只要具有互易特性都可以作為直通件在校準后所有對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)例子當中，一個(gè)H面的波導彎頭在波導測試端口1和4，以及測試端口2和4之間建立直通波導測試端口1和2是通過(guò)兩 個(gè)測試端口的直接連接而建立直通的

　　定向耦合器的測量結果

　　圖5所示的測量結果是采用1kHz測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運算得到的混頻器模塊方向性系數

　　圖5：三端口耦合器的測量結果

　　關(guān)鍵指標如下：

　　1. 頻率范圍：75~110GHz；

　　2. 波導型號：WR10；

　　3. 連接類(lèi)型：兼容UG387/U-M精確的波導法蘭盤(pán)；

　　4. 測試端口輸出功率：+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RS ZVA或RS ZVT都可以使用該變頻模塊，并假設支持以下兩個(gè)選件：發(fā)生器和接收機的直接連接選件和變頻控制軟件選件

　　需要外部信號源嗎？

　　在 第二個(gè)例子中(耦合器)，如果變頻器的本振信號由RS 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RS ZVA也可以滿(mǎn)足這樣的測量外部信號源必須通過(guò)RS ZVA來(lái)控制，這會(huì )增加掃描時(shí)間，但使用信號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)外部信號源提供本振信號，可以增加矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀使用 的變頻模塊數目例如：通過(guò)RS ZVT20和RS SMF100A以及一個(gè)合適的本振信號分配網(wǎng)絡(luò )，可以使用6個(gè)變頻模塊此外，只用一臺兩端口RS ZVA24網(wǎng)絡(luò )分析儀是不能驅動(dòng)該變頻模塊的(最少需要4端口)，不過(guò)如果加上一臺RS SMF100A就可以使用一個(gè)或者兩個(gè)變頻模塊 .