多端口毫米波測量用變頻模塊

　　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R&S 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：R&S 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R&S 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R&S ZV-WR10波導校準套件進(jìn)行校準(見(jiàn)圖3)。R&S 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。R&S 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R&S 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

　　R&S 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。R&S ZVT20的測量端口5和6為變頻模塊提供本振信號。如果需要，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。