毫米波測量技術(shù)有哪些挑戰(zhàn)?毫米波測量技術(shù)有哪些優(yōu)點?

隨著毫米波的使用，大家對毫米波越來越了解。5G毫米波、毫米波雷達固然是應(yīng)用重點，但毫米波測量技術(shù)同樣不可忽略。為增進大家對毫米波測量技術(shù)的認識，本文將對毫米波測量技術(shù)的挑戰(zhàn)和優(yōu)點予以介紹。如果你對毫米波抑或毫米波測量技術(shù)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

1.前言

當(dāng)前最有吸引力的毫米波應(yīng)用主要在E頻段與V頻段。E頻段對應(yīng)于60GHz～90GHz的頻率范圍，在此頻段上由于大氣衰減的影響只能采取視線傳輸(LOS)方式。實際上，很多大氣中的分子，例如氧氣、水蒸氣或氮氣，可以在這個頻段內(nèi)的特定波長上吸收能量。然而，在實踐中，這些頻率范圍上足夠多的可用頻譜資源還是驅(qū)使著產(chǎn)業(yè)來將未來的技術(shù)應(yīng)用到這些頻率范圍上來。與此類似，V頻段對應(yīng)于40GHz～75GHz，被廣泛用于衛(wèi)星通信。

在這些頻段上有3個正在被開發(fā)的關(guān)鍵應(yīng)用，它們是：移動回傳、汽車雷達、Wi-Gig(ad)。

第一個應(yīng)用依賴于這樣的事實：當(dāng)前的超異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)充滿著多個小基站，大幅提高了對回傳線路的傳輸容量的需求。核心網(wǎng)絡(luò)必須處理大量的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)揭粋€特定區(qū)域中的每個節(jié)點。因此，基于大于1GHz帶寬的毫米波無線鏈路的這些連接，我們可以滿足現(xiàn)代和未來的網(wǎng)絡(luò)上回傳需求并提供了一個比光纖更的解決方案。移動回傳與汽車雷達都是最重要的應(yīng)用。79 GHz頻段將很有可能成為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)雷達技術(shù)的標準頻率。該技術(shù)可以采用高達4Ghz帶寬的信號進行工作，從而在汽車移動環(huán)境中檢測目標時達到所需的精度。最后，Wi-Gig是一個新的WLAN 802.11標準，已經(jīng)被開發(fā)用于了非常高的速率傳輸服務(wù)，比如未壓縮的高清晰度電視(HDTV)和瞬間的音樂和圖像傳輸，其工作在60GHz頻率及占用2GHz帶寬。

鑒于在這些頻率上傳輸?shù)奶攸c，將需要適當(dāng)?shù)臏y量儀器以確保所有這些技術(shù)的實現(xiàn)。這些儀器會需要一個優(yōu)秀的動態(tài)范圍，以應(yīng)對高度衰減的信號和測量超寬帶信號的能力。

2、毫米波設(shè)備的挑戰(zhàn)與不同的測量方案

2.1、諧波

諧波混頻器的設(shè)備工作在這樣一種方式：參與到混合過程中的有限的本振(LO)頻率被諧波成分所影響。使用這些類型混頻器的主要優(yōu)點是它提供的簡單和性價比的解決方案。

然而，從這些系統(tǒng)存在著2個主要的問題。首先，被用來影響本振信號的多重諧波隨著頻率的增加而按比例引入損耗。因此，該解決方案的動態(tài)范圍變得非常差。其次，鏡像反應(yīng)的影響在此很重要，原因是在過程中多個頻率成分會不被歡迎地混合進來。在測量結(jié)果上影響最大的鏡像反應(yīng)是會顯示在中頻(IF)的2倍偏移位置。作為一個例子，如果1臺頻譜加上1臺設(shè)計工作在1.58 GHz中頻頻率的諧波混頻器對來自于FMCW雷達的4GHz帶寬信號進行測量，一些重要的測試項目，如頻率誤差、占用帶寬或發(fā)射功率將不能被測量，因為會有一個與實際雷達信號重疊的鏡像響應(yīng)。在某些情況下，這個問題可能通過鏡像抑制方法來解決。然而，這種解決方法在FMCW調(diào)頻連續(xù)波調(diào)制的情況下是無效的，因為發(fā)射頻率是不斷變化的。

2.2、典型下變頻配置

克服基于諧波混頻器的解決方案的鏡像響應(yīng)的典型的方法是使用一個經(jīng)典的下變頻設(shè)置連接到頻譜分析儀。一方面，由于基本混頻器使用的配置，不使用諧波來影響本振信號，一個理想的中頻頻率可以根據(jù)待測試的和帶寬來設(shè)計?；旧希粋€連續(xù)波結(jié)合一個乘法器將向下變頻信號提供需要的本振信號。

另一方面，一個系統(tǒng)需要由例如混頻器、本地、乘法器、濾波器和增益放大器等多個部件來組建。顯而易見地，因為上述設(shè)備在使用時都需要配置、校準和維護，可以明白下變頻配置會是很耗費時間。

2.3、高性能基本混頻器

下圖顯示了安立的高性能基本混頻器的設(shè)想。MA2808A與MA2806A， 分別工作在E 頻段與V頻段，可以被理解為集成的下變頻器，基于波導(dǎo)技術(shù)與內(nèi)置單級乘法器，低噪聲放大器、濾波器設(shè)計為一體。這些設(shè)備對于之前討論的問題提供了一個解決方案：他們擁有出色的動態(tài)范圍，鏡像反應(yīng)發(fā)生在距離需要信號很遠的地方，他們與頻譜分析儀之間只需要一個連接即可工作。

一方面來看，高性能基本混頻器對比諧波混頻器有2個主要的好處：更好的靈敏度或DANL，得益于更低的轉(zhuǎn)換損失;及更好的鏡像反應(yīng)抑制，得益于使用1.875GHz中頻。除此之外，內(nèi)部混頻/濾波技術(shù)與獨一無二的極化轉(zhuǎn)移功能使得測量4GHz帶寬的毫米波信號變得可行。另一方面，高性能基本混頻器對比傳統(tǒng)下變頻器有以下好處：他們允許一個簡單的配置或連接到頻譜分析儀，轉(zhuǎn)換損耗能夠簡單地通過單鍵操作從USB內(nèi)存中被加入，提供一個比常用下變頻器更好的1dB壓縮點性能。毫無疑問，這個緊湊的測試系統(tǒng)能夠簡化設(shè)計和制造現(xiàn)場的布局，同時降低測量儀器的維護和校準成本。

3、針對毫米波設(shè)備的典型測量項目

毫米波設(shè)備的測量可以分為2個不同部分：射頻輸出特性(遵循ETSI EN 302 264-1)與調(diào)制或信號特性(依賴于實際待測試的技術(shù))。在接下來的部分，我們會解釋安立的高性能毫米波方案在每個部分是如何展現(xiàn)其突出的優(yōu)勢的。

3.1、發(fā)射功率，頻率誤差與足夠靈敏度下的雜散輻射

在許多情況下，由于在這些頻率上信號的性質(zhì)-極大地受到反射、衰減或材料吸收的影響，發(fā)射功率和毫米波設(shè)備的頻譜發(fā)射模板需要在Over The Air (OTA)下進行測試。因此，測試設(shè)備需要具備良好的靈敏度。例如，如果測試天線距離待測件50厘米，79 GHz信號的自由空間損耗將在65分貝左右。由于ETSI EN 302 264-1所定義的最大輻射平均(EIRP)要求測量《-40dBm /MHz，考慮測試天線增益23 dBi，對測試設(shè)備在79 GHz的要求將約為142 dBm / Hz。

一般情況下，一個典型的諧波混頻器，其特征在于轉(zhuǎn)換損耗約15dB至20dB。當(dāng)其與頻譜分析儀結(jié)合在一起時，我們可以估計顯示平均噪聲電平(DANL)約在- 135 dBm / Hz至140 dBm / Hz之間，這將使其難以達到上述要求。然而，新的具備卓越的本底噪聲性能的MS2840A頻譜分析儀和MA2808A高性能基本混頻器相結(jié)合，發(fā)射功率和雜散發(fā)射所需要的靈敏度至少可以達到8dB。

3.2、寬帶調(diào)制測試

測試毫米波質(zhì)量，頻譜分析儀的相位噪聲性能是非常重要的。例如，當(dāng)測試FMCW汽車雷達，必須對相位噪聲特性和待測件的頻率線性度進行驗證。當(dāng)發(fā)送和接收的信號之間的時間與頻率差別小，頻譜分析儀的相位噪聲性能差，因為收到的信號可能被掩蓋在發(fā)射信號的相位噪聲里，兩種信號就不能區(qū)分，如下圖所示。

MS2840A與MA2808A相結(jié)合，在79GHz上低于-100 dBc(100 kHz偏移)和低于-110 dBc / Hz(1 MHz偏移)的優(yōu)秀相位噪聲性能可以滿足汽車雷達技術(shù)至少-90 dBc / Hz(100 kHz偏移)和- 100 dBc / Hz(1MHz偏移)的相位噪聲性能的需求。

以上便是此次小編帶來的“毫米波”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對毫米波測量技術(shù)的挑戰(zhàn)和優(yōu)點具備一定的認知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!