- RS多端口毫米波測量用變頻模塊應用
- 增加矢量網絡分析儀使用的變頻模塊數目
- 使用6個變頻模塊
通過使用變頻模塊R&S ZVA-Z110，羅德與施瓦茨(Rohde&Schwar)公司的高端矢量網絡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節約時間和成本為設計出發點的，因此，采用正確的4端口網絡分析儀來操作一對變頻模塊，并不需要增加額外的硬件電路最近幾年中，多端口測量已經變得越來越重要本文描述的解決方案是首個在W波段進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諧波混頻器進行下變頻
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
下面以一混頻器設置個90GHz帶通濾波器的測量為例，來討論測試步驟
步驟1：配置和設置
在圖2所示的A、B、C三個區域進行如下測量配置：在A區擇變頻模塊型號，在B區選擇電纜連接方式，在C區點擊應用按鍵并連接變頻模塊到網絡分析儀(見圖 3)，然后將頻率軸調節成75GHz到110GHz(見圖2底部)此外，變頻模塊的所有測量參數會被自動設置(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：設置對話框
步驟2：校準
本 例采用TOSM校準技術和R&S ZV-WR10波導校準套件進行校準(見圖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由于波導開路時的輻射影響，波導校準件中的開路件都是由偏移短路代替，該偏移短路由一個墊片(執行頻帶中心頻率的λ/4偏移)和短路器組成
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步驟3：測量
圖3顯示了利用混頻器的作用R&S ZVA24矢量網絡分析儀和兩個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態范圍R&S ZVA-Z110變頻模塊樹立了新的動態范圍標準，其典型值>110dB，可以輕松滿足測量濾波器時的高動態要求這樣，用戶可以增加測量帶寬，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，這樣進行低噪聲放大器測試等類似應用將不存在任何問題2. 可用在那些緊湊型設計和需要快速掃描的生產線上在粒子敏感環境中，比如在晶元探針臺上，無需風扇的無源散熱是另一個優勢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R&S ZVA-Z110變頻模塊和R&S ZVT20矢量網絡分析儀，可以提供高達6個測量端口
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個變頻模塊和合適的矢量網絡分析儀，連接一次就可以完成一個三端口的耦合器的測量(圖4)這可以節約測量時間，并能同時測量所有的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變頻模塊
R&S ZVT20可以使用高達4個變頻模塊，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 校準技術的優點是可以利用一個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格低廉的、帶帶標準法蘭盤的波導管節、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造成(可避免的)精度損失，因此在這個例子當中，一個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是通過兩個測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Trc1為插入損耗，曲線Trc2為耦合度損耗，曲線Trc3為隔離度，曲線Trc4為通過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
關鍵指標如下：
1. 頻率范圍：75~110GHz；
2. 波導型號：WR10；
3. 連接類型：兼容UG387/U-M精確的波導法蘭盤；
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. 手動功率衰減：0~25dB；
7. 動態范圍：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、3個或者無引腳
配置要求
哪些矢量網絡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，并假設支持以下兩個選件：發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 第二個例子中(耦合器)，如果變頻器的本振信號由R&S SMF100A提供并(通過4端口功分器)被分配給所有的變頻模塊，則4端口R&S ZVA也可以滿足這樣的測量外部信號源必須通過R&S ZVA來控制，這會增加掃描時間，但使用信號源的列表掃描方式可以改善掃描時間一般而混頻器言，如果通過外部信號源提供本振信號，可以增加矢量網絡分析儀使用的變頻模塊數目例如：通過R&S ZVT20和R&S SMF100A以及一個合適的本振信號分配網絡，可以使用6個變頻模塊此外，只用一臺兩端口R&S ZVA24網絡分析儀是不能驅動該變頻模塊的(最少需要4端口)，不過如果加上一臺R&S SMF100A就可以使用一個或者兩個變頻模塊 .
