E波段微波互連測試

　　隨著(zhù)各種無(wú)線(xiàn)設備的廣泛使用，使得數據傳輸已經(jīng)變得非常的擁擠，現有的頻譜資源越來(lái)越緊缺，迫切需要更高的頻段更大的帶寬來(lái)滿(mǎn)足基站到網(wǎng)絡(luò )之間的互連傳輸需求。發(fā)展到現在，在E波段的71GHz和86GHz頻率處，已經(jīng)可以分別提供5GHz的帶寬，用以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的互連通信。E波段的高頻率特性，給測試測量?jì)x器帶來(lái)了很大的挑戰，尤其是在進(jìn)行收發(fā)模塊和傳輸系統的測試應用當中。

　　E波段：更大帶寬實(shí)現更多數據傳輸

　　早在30年前，在日內瓦舉行的世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì )上(WARC-79)，國際電信聯(lián)盟就通過(guò)了將71~76GHz 和 81GHz~86GHz兩個(gè)E波段頻段用于通信傳輸的決定。然而E波段應用一直沒(méi)有太大的發(fā)展，直到20多年之后，提高傳輸速率的需求不斷增加，迫切需要新的頻段來(lái)滿(mǎn)足應用需求，加上E波段元器件大規模商業(yè)生產(chǎn)的出現，才開(kāi)始得到業(yè)界的廣泛重視，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )和歐洲官方機構簽發(fā)了專(zhuān)門(mén)的頻段許可，并頒布了具體的技術(shù)規范，來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)的應用?，F在，Gbit/s的數據傳輸已經(jīng)不是什么問(wèn)題了，基于E波段劃分出來(lái)的兩個(gè)連續的5GHz頻段，傳輸帶寬可達到幾百兆赫茲，采用簡(jiǎn)單的BPSK等調制方式，就可實(shí)現很高的數據傳輸速率，再加上簡(jiǎn)單可靠的收發(fā)模塊，可以很方便的進(jìn)行毫米波的互連傳輸。隨著(zhù)技術(shù)的演進(jìn)，還可以采用更為復雜的調制方式來(lái)達到更高的傳輸速率。E波段同樣具有良好的傳輸特性，開(kāi)闊場(chǎng)測試數據顯示，在正常天氣條件下衰減為0.5dB每公里，可傳輸距離和38GHz頻段差不多。

　　然而，這種高頻應用卻給測試測量帶來(lái)了新的挑戰。眾所周知，頻譜管理在微波互連中是至關(guān)重要的，不僅保護自身不受其它微波源的干擾，還要對自身發(fā)射的功率和頻譜進(jìn)行限定，避免不同通信之間的相互干擾。對于E波段通信也是如此，特別是發(fā)射功率譜密度，在ETSI TS 102 524 V1.1中做了專(zhuān)門(mén)的描述。這種功率譜密度測量，就是E波段測試的挑戰之一。

　　E波段頻譜測量：諧波混頻器是關(guān)鍵

　　頻譜分析儀是最適合進(jìn)行上述頻譜測量的儀器，然而目前最高端的頻譜分析儀也只能工作到67GHz，對于 E波段的頻譜測量來(lái)說(shuō)是不能滿(mǎn)足要求的，必須采用頻率擴展的測量方法，也就是外接諧波混頻器的方法，該方法利用頻譜儀的本振輸出信號作為混頻器的本振輸入，利用其產(chǎn)生的高次諧波和輸入的毫米波信號進(jìn)行下變頻，得到可被頻譜儀測量的中頻信號。但是，諧波混頻器產(chǎn)生的大量高次諧波信號和輸入信號的高次諧波一起又會(huì )生成新的組合頻率分量，只要落在中頻頻率處，就會(huì )顯示在頻譜儀的上，造成很多虛假信號的出現，同時(shí)，由于沒(méi)有高頻預選器，也沒(méi)辦法濾除鏡像信號。因此，必須采取進(jìn)一步的措施來(lái)得到準確的測試結果。

　　對于連續波輸入信號，頻譜儀可以通過(guò)兩次掃描的測量方法來(lái)區分真實(shí)信號和鏡像信號以及虛假的組合頻率分量。具體的做法是，首先進(jìn)行一次參考測量掃描，再進(jìn)行一次實(shí)際測量掃描，測量掃描與參考掃描之間本振信號頻率相差為2倍的中頻，測量掃描的低(下)邊帶與參考掃描的高(上)邊帶是所需要的信號，在諧波變頻次數m相同的情況下，真實(shí)信號經(jīng)過(guò)測量掃描得到的下邊帶與參考掃描得到的上邊帶處于同一個(gè)位置。這樣就可以把鏡像信號和虛假組合頻率分量清除掉，只顯示出真實(shí)信號的頻譜。

　　如果混頻器輸入的是調制信號，那么測量就會(huì )更加的復雜。待測真實(shí)信號和鏡頻信號可能會(huì )部分交疊在一起，尤其是超大帶寬的調制信號，就很難將兩者區分開(kāi)來(lái)了。

　　圖1中藍色曲線(xiàn)標示的是實(shí)際測量結果，黑色曲線(xiàn)代表的是參考測量結果?？梢钥闯?，輸入信號和鏡像信號是分開(kāi)的，依舊是可以被減掉的(橙色曲線(xiàn))，但如果輸入信號帶寬是1GHz，那就沒(méi)辦法進(jìn)行區分。

　　圖1：R&S FSQ信號與頻譜分析儀測量E波段500MHz帶寬信號的頻譜結果。

　　圖1中的信號與頻譜分析儀中頻頻率只有404MHz，輸入信號和鏡像信號的頻率間距為808MHz，對于500MHz帶寬的輸入信號，如果符合ETSI TS 102 524 V1.1規定的EIRP功率譜密度，通過(guò)從實(shí)際測量頻譜中減去參考測量的頻譜，就可得到準確真實(shí)的頻譜。如果輸入信號帶寬增加到1GHz，那么輸入信號和鏡像信號的頻譜將會(huì )交疊在一起，鏡像信號會(huì )嚴重影響信號(I/Q數據)的時(shí)域分析，而且也不能通過(guò)參考測量濾除掉，因此將無(wú)法得到準確的結果。

　　E波段頻譜分析：測量寬帶調制信號

　　現代的高端信號與頻譜分析儀不僅可以選配LO/IF接口支持外部混頻器，還具有比傳統儀表更大的測量?jì)?yōu)勢，比如說(shuō)羅德與施瓦茨公司(R&S)的FSW，具有1.3?GHz的中頻頻率，無(wú)鏡像頻率范圍為2.6GHz，可以非常容易的測量高達GHz的寬帶調制信號的EIRP功率譜密度。連接上R&S的諧波混頻器，依舊可以實(shí)現業(yè)內一流的動(dòng)態(tài)范圍。拿R&S FS-Z90(60 GHz~90GHz)來(lái)說(shuō)，該混頻器在80GHz頻率處的變頻損耗典型值為23dB，連接到FSW進(jìn)行頻率擴展后，FSW在80GHz頻率處的顯示平均噪聲電平可達–150dBm/Hz，1dB 壓縮點(diǎn)可達–3dBm，動(dòng)態(tài)范圍達到140dB以上，遠大于ETSI所要求的50dB，為測量功率譜密度提供了足夠的動(dòng)態(tài)范圍。R&S FS-Z90諧波混頻器還集成有隔離器，可以實(shí)現1.4:1的電壓駐波比，和無(wú)隔離器的諧波混頻器相比，由輸入失配引起的功率測量誤差降低了5倍。

　　圖2中輸出信號和鏡像信號的間距是2.6GHz。測量寬帶信號的功率譜特性和分析寬帶信號的調制質(zhì)量都沒(méi)有任何難度。

　　圖2：R&S FSW 信號與頻譜分析儀測量和圖1一樣的E波段微波互連信號的頻譜測量結果。

　　圖2中輸入信號的帶寬是500MHz，和鏡像信號的頻率間距是2.6GHz，所要求的50dB動(dòng)態(tài)范圍也完全在儀表性能指標之內，因此可以實(shí)現準確的頻譜測量。

　　R&S FSW不僅可以測量頻譜，也可以分析調制質(zhì)量，信號分析帶寬高達320MHz，可以非常容易的捕獲，解調寬帶信號，同時(shí)進(jìn)行調制質(zhì)量分析。