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(wǎng)絡(luò)分析儀可將覆蓋頻率擴(kuò)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(jié)約時間和成本為設(shè)計出發(fā)點的，因此，采用正確的4端口網(wǎng)絡(luò)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(jīng)變得越來越重要。本文描述的解決方案是首個在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(nèi)有什么？
圖1顯示了R&S ZVA-Z110內(nèi)部的CAD結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)波導(dǎo)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(jìn)行下變頻。
圖1：R&S ZVA-Z110的透明CAD結(jié)構(gòu)圖和原理框圖（不包含測試端口的適配器)。
濾波器的S參數(shù)測量
下面以一個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(shè)置
在圖2所示的A、B、C三個區(qū)域進(jìn)行如下測量配置：在A區(qū)擇變頻模塊型號，在B區(qū)選擇電纜連接方式，在C區(qū)點擊應(yīng)用按鍵并連接變頻模塊到網(wǎng)絡(luò)分析儀(見圖 3)，然后將頻率軸調(diào)節(jié)成75GHz到110GHz(見圖2底部)。此外，變頻模塊的所有測量參數(shù)會被自動設(shè)置(例如射頻和本振的倍頻系數(shù)、最佳功率電平、復(fù)位設(shè)置、連接類型WR10，以及定義和選擇波導(dǎo)校準(zhǔn)套件R&S ZV-WR10。)
圖2：設(shè)置對話框。
步驟2：校準(zhǔn)
本例采用TOSM校準(zhǔn)技術(shù)和R&S ZV-WR10波導(dǎo)校準(zhǔn)套件進(jìn)行校準(zhǔn)(見圖3)。R&S ZV-WR10波導(dǎo)校準(zhǔn)套件還支持其他的校準(zhǔn)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(fù)載匹配的指標(biāo)提高到42dB和40dB。由于波導(dǎo)開路時的輻射影響，波導(dǎo)校準(zhǔn)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(zhí)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R&S ZVA-Z110變頻模塊測量90GHz帶通濾波器的全部設(shè)置。測量具有高抑制特性的濾波器要求很高的動態(tài)范圍。R&S ZVA-Z110變頻模塊樹立了新的動態(tài)范圍標(biāo)準(zhǔn)，其典型值>110dB，可以輕松滿足測量濾波器時的高動態(tài)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(dǎo)校準(zhǔn)套件的90GHz帶通濾波器完整毫米波測量的設(shè)置。
除了濾波器測試，Z110還適用于其他多種的應(yīng)用，包括：1. 由于內(nèi)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似應(yīng)用將不存在任何問題。2. 可用在那些緊湊型設(shè)計和需要快速掃描的生產(chǎn)線上。在粒子敏感環(huán)境中，比如在晶元探針臺上，無需風(fēng)扇的無源散熱是另一個優(yōu)勢。3. 針對毫米波頻段的多端口和平衡端口測量應(yīng)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(yīng)用采用平衡電路或多端口器件(如測距雷達(dá)、國防和航空應(yīng)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(dá)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(wǎng)絡(luò)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(jié)約測量時間，并能同時測量所有的3×3S參數(shù)，而不需要多次連接和多次的二端口校準(zhǔn)。采用全3端口的校準(zhǔn)取代多次的二端口校準(zhǔn)，可以獲得更加精確的測量結(jié)果。
圖4：三端口測量只需三個變頻模塊。
2．測量設(shè)置
R&S ZVT20可以使用高達(dá)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(yīng)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(zhǔn)
UOSM 校準(zhǔn)技術(shù)的優(yōu)點是可以利用一個未知的直通件作為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)法蘭盤的波導(dǎo)管節(jié)、波導(dǎo)彎頭和波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)接頭，只要具有互易特性都可以作為直通件。在校準(zhǔn)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(dāng)中，一個H面的波導(dǎo)彎頭在波導(dǎo)測試端口1和4，以及測試端口2和4之間建立直通。波導(dǎo)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。
定向耦合器的測量結(jié)果
圖5所示的測量結(jié)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(yùn)算得到的方向性系數(shù)。
圖5：三端口耦合器的測量結(jié)果。
關(guān)鍵指標(biāo)如下：
1. 頻率范圍：75~110GHz；
2. 波導(dǎo)型號：WR10；
3. 連接類型：兼容UG387/U-M精確的波導(dǎo)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(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(shù)目：4個、3個或者無引腳。
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R&S ZVA或R&S ZVT都可以使用該變頻模塊，并假設(shè)支持以下兩個選件：發(fā)生器和接收機(jī)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。一般而言，如果通過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(shù)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(wǎng)絡(luò)，可以使用6個變頻模塊。此外，只用一臺兩端口R&S ZVA24網(wǎng)絡(luò)分析儀是不能驅(qū)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。
更多信息
這一文章僅僅給出一些概況，更多的信息可以通過網(wǎng)站(http://www.rohde-schwarz.com)下載。網(wǎng)站上提供了兩篇應(yīng)用文檔 (1EZ55、1EZ56)和數(shù)據(jù)手冊。如果讀者對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀感興趣，推薦閱讀“Fundamentals of Vector Network Analysis”。
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