多端口毫米波测量用变频模块.docx

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1、多端口毫米波测量用变频模块 通过使用变频模块R&S ZVA-Z110,罗德与施瓦茨（Rohde&Schwar）公司的高端矢 量网络分析仪可将覆盖频率扩展到75110GHz毫米波波段（W波段）。R&S ZVA- ZU0是以易于操作和帮助客户节约时间和成本为设计出发点的，因此，采用正 确的4端口网络分析仪来操作一对变频模块，并不需要增加额外的硬件电路。 最近几年中，多端口测量已经变得越来越重要。本文描述的解决方案是首个在 W波段进行完整的多端口和平衡测量的方案。变频模块内有什么？图1显示了 R&S ZVA-Z110内部的CAD结构图和原理框图。该变频模块包含用作 隔离参考和测量信号的通道源倍频器、

2、可调节波导衰减器、定向耦合器。这些 参考和测量通道通过谐波混频器进行下变频。9.3 GHz 10： 3 1图1： R&S ZVA-Z110的透明CAD结构图和原理框图（不包含测试端口的适配 器）。滤波器的S参数测量下面以一个90GHz带通滤波器的测量为例，来讨论测试步骤。步骤1：配置和设置在图2所示的A、B、C三个区域进行如下测量配置：在A区择变频模块型号， 在B区选择电缆连接方式，在C区点击应用按键并连接变频模块到网络分析仪 （见图3）,然后将频率轴调节成75GHz到110GHz （见图2底部）。此外，变频模 块的所有测量参数会被自动设置（例如射频和本振的倍频系数、最佳功率电平、 复位设置、

3、连接类型WR10,以及定义和选择波导校准套件R&S ZV-WR10o ）图2：设置对话框。步骤2：校准 本例采用TOSM校准技术和R&S ZV-WR10波导校准套件进行校准（见图3）。R&S ZV-WR10波导校准套件还支持其他的校准方式，如TRL、UOSM、TOM、TRM和 OSMo它还包含滑动匹配器，可以把方向性和负载匹配的指标提高到42dB和 40dBo由于波导开路时的辐射影响，波导校准件中的开路件都是由偏移短路代 替，该偏移短路由一个垫片（执行频带中心频率的人/4偏移）和短路器组成。步骤3：测量图3显示了利用R&S ZVA24矢量网络分析仪和两个R&S ZVA-Z110变频模块测量 9

4、0GHz带通滤波器的全部设置。测量具有高抑制特性的滤波器要求很高的动态 范围。R&S ZVA-Z110变频模块树立了新的动态范围标准，其典型值110dB,可 以轻松满足测量滤波器时的高动态要求。这样，用户可以增加测量带宽，如增 加到1kHz,以获得更高的测量速度。图3：带R&S ZV-WR10波导校准套件的90GHz带通滤波器完整毫米波测量的设 置。除了滤波器测试，Z110还适用于其他多种的应用，包括：1.由于内置了 W波 段的衰减器，所以它可以提供很低的激励电平，这样进行低噪声放大器测试等 类似应用将不存在任何问题。2.可用在那些紧凑型设计和需要快速扫描的生产 线上。在粒子敏感环境中，比如在

5、晶元探针台上，无需风扇的无源散热是另一 个优势。3.针对毫米波频段的多端口和平衡端口测量应用。多端口测量到目前为止，多端口和平衡端口测量被限制为大约50GHz带宽，但在W波段中 也有许多应用采用平衡电路或多端口器件（如测距雷达、国防和航空应用）。利 用R&S ZVA-Z110变频模块和R&S ZVT20矢量网络分析仪，可以提供高达6个测 量端口。定向耦合器的三端口测量1 .为什么采用三端口测量?采用3个变频模块和合适的矢量网络分析仪，连接一次就可以完成一个三端口 的耦合器的测量（图4）。这可以节约测量时间，并能同时测量所有的3X3S参 数，而不需要多次连接和多次的二端口校准。采用全3端口的校准

6、取代多次的 二端口校准，可以获得更加精确的测量结果。图4：三端口测量只需三个变频模块。2 .测量设置R&S ZVT20可以使用高达4个变频模块，而不需要外部信号源。这种解决方案 非常紧凑，不需要额外硬件，并提供很高的测量速度。在上文提到的三端口应 用中，只需三个变频模块。R&S ZVT20的测量端口5和6为变频模块提供本振 信号。如果需要，还可以利用外部Wilkinson功分器将本振信号分配给所有的 变频模块。UOSM校准UOSM校准技术的优点是可以利用一个未知的直通件作为标准件。这一未知的直 通件仅要求具有很好的正、反向互易性，因此，该未知直通件不要求具有良好 的匹配和低损耗特性。甚至价格低

7、廉的、带带标准法兰盘的遗导管节、波导弯 头和波导扭转接头，只要具有互易特性都可以作为直通件。在校准后所有对输 出端口方向的改变都会造成（可避免的）精度损失，因此在这个例子当中，一个 H面的波导弯头在波导测试端口 1和4,以及测试端口 2和4之间建立直通。波 导测试端口 1和2是通过两个测试端口的直接连接而建立直通的。定向耦合器的测量结果图5所示的测量结果是采用1kHz测量带宽而得到的。曲线Trcl为插入损耗， 曲线Trc2为耦合度损耗，曲线Trc3为隔离度，曲线Trc4为通过Trc3和Trc2 运算得到的方向性系数。. Tr 6melSyWen 的6* HbCM MOwYkdBaM Start

8、 TSGKr dBmStop tIOGKtf r 1 8 SOOOOO GHi 皿】75000TO6HI Mk3 11000000 OtWdB/d6Md0 WcB/ ROdB Cal Maa 论MBScxMo I 二 trtfi - -一I . Mo .图5：三端口耦合器的测量结果。关键指标如下:1 .频率范围：75110GHz；2 .波导型号：WR10；3 .连接类型：兼容UG387/U-M精确的波导法兰盘；4 .测试端口输出功率：+2dBm,在射频输入口处为+7dBm；5 .输出功率精度：4dB（0dB衰减）；6 .手动功率衰减：025dB；7 .动态范围：95dB（典型值llOdB）；8

9、 .在射频和本振端的输入功率：+5+10dBni （理想值为+7dBm）；9 .供电特性：100240V, 4763Hz；10 .尺寸（WXHXD）： 360. 5X 110 XI 14mm；11 .引脚的数目：4个、3个或者无引脚。配置要求哪些矢量网络分析仪可以使用该变频模块？最高工作频率不低于20GHz的R&S ZVA或R&S ZVT都可以使用该变频模块，并 假设支持以下两个选件：发生器和接收机的直接连接选件和变频控制软件选 件。需要外部信号源吗？在第二个例子中（耦合器），如果变频器的本振信号由R&S SMF100A提供并（通过 4端口功分器）被分配给所有的变频模块,则4端口 R&S ZVA也可以满足这样的 测量。外部信号源必须通过R&S ZVA来控制，这会增加扫描时间，但使用信号 源的列表扫描方式可以改善扫描时间。一般而言，如果通过外部信号源提供本 振信号，可以增加矢量网络分析仪使用的变频模块数目。例如：通过R&S ZVT20和R&S SMF100A以及一个合适的本振信号分配网络，可以使用6个变频 模块。此外，只用一台两端口 R&S ZVA24网络分析仪是不能驱动该变频模块的 （最少需要4端口），不过如果加上一台R&S SMF100A就可以使用一个或者两个 变频模块。