Agilent_毫米波实验室方案.doc

Agilent 毫米波实验室系统方案第一章：毫米波技术应用背景 毫米波，太赫兹（THz）是介于微波和红外之间的一种相干电磁辐射，是人类目前尚未完全开发的电磁波谱“空隙区”。由于其频率范围处于电子学和光子学的交叉区域，太赫兹波的理论研究处在经典理论和量子跃迁理论的过渡区，其性质表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性，从而具有许多方面不同的应用。主要应用在光谱、成像和通信领域。 太赫兹的特殊性质及其有关的应用表现在： （1）对衣物、塑料、陶瓷、硅片、纸张和干木材等一系列物质，具有较好的穿透性能，从而可以探测X射线、可见光和红外不可探测的材料内部缺陷和隐藏物； （2）利用适当的小孔或针尖，可以达到较高的空间分辨率，获得微波成像难以得到的高分辨清晰图像； （3）太赫兹波的光子能量很低，穿过物质时不易发生电离，所以可以进行安全的无损检测； （4）由于对水分的吸收很敏感，探测含有水分的物质（例如树叶、生物组织等）时，可以表征水分的含量和分布，从而可以用于生物医学成像和光检测； （5）不同物质在太赫兹波谱区域，具有不同的吸收和色散性质，很多凝聚态物质和生物大分子的振动和转动能级落在太赫兹波段，可以通过太赫兹光谱测量获得其特征光谱，用于区分材料的结构和种类等； （6）太赫兹频谱范围介于微波和红外之间，是电子学与光子学研究的交叉领域，其瞬态性和相干性提供了进行时间分辨光谱测量的条件，从而可以通过电光取样获得时间分辨的电场变化信息，同时得到其电场振幅和相位的测量，这为太赫兹时域光谱学提供了基础。图一.射频到太赫兹的频谱分布第二章：毫米波技术典型应用2.1 毫米波雷达总体测试仪表毫米波雷达的总体测试要求主要包括了对发射和接收链路中的各有关节点的射频指标进行测试，这些指标主要包括了频谱，杂散，相噪，功率，噪声系数等指标，而对这些指标的测试精度和能力是保证一部雷达总体性能的核心。完成对这些雷达关键指标测量的主要仪器包括了毫米波频谱仪，信号源，功率计，噪声系数分析仪等等，下面分别为这些仪表的原理和组成。2.1.1 毫米波信号源 信号源是微波电路测试中的重要仪表，信号源需合成输出各种激励信号来验证各种电路的性能参数。包含正弦波点频信号，调制信号，扫描信号等。 Agilent PSG 系列信号可满足110GHz 频段内信号合成需求。一体化的毫米波信号源输出频率范围达到67GHz ，Agilent E8257D PSG 信号源输出频率范围为250kHz67GHz，具有相位噪声指标高，功率精度高等优点。Agilent E8267D 矢量信号源输出频率范围为44GHz，具备IQ 矢量调制能力，可输出44GHz 频段内的任意调制信号，如数字调制信号，雷达信号等。通过外置倍频器，可将PSG 输出频段扩展为110GHz。图2 为Agilent PSG 信号源配置框图。图2 通过倍频器扩展至110GHz的信号源性能参数：主机频率范围：250kHz67GHz频率分辨率：0.001Hz最小输出功率(选件1E1)：-135dBm老化率：110-7/年（标准配置）倍频器模块1 E8257DS15 50GHz75GHz模块频率范围：50GHz75GHz最大输出功率：8dBm75Ghz频率分辨率：0.012Hz射频输出端口：波导WR15端口驻波：2.0可以产生AM, FM, PM和脉冲调制的信号倍频器模块2 E8257DS10 75GHz110GHz模块频率范围：75GHz110GHz最大输出功率：5dBm110GHz射频输出端口：波导WR10端口驻波：500MHz) -30dBm+20dBm(50MHz500MHz)探头型号频率范围最大驻波功率范围接口形式N1922A50MHz40GHz1.5-35dBm+20dBm2.4mmR8486A26.5G40GHz1.4-30dBm+20dBm(平均功率)UG-599/UQ8486A33GHz50GHz1.5-30dBm+20dBm(平均功率)UG-383/UV8486A50GHz75GHz1.04-30dBm+20dBm(平均功率)UG-385/UW8486A75GHz110GHz1.08-30dBm+20dBm(平均功率)UG-387/U8487A50MHz50GHz1.530dBm+20dBm(平均功率)2.4mm技术特点：N1912A功率计可连接各种频段的功率探头，覆盖射频和毫米波的要求。就有测试精度高，测试速度快的特点。2.2 毫米波器件测试 网络分析仪是对射频微波，毫米波器件测试的重要仪表。网络分析仪可以完成对被测电路传输和反射参数的精确测试。典型的被测电路包含：放大器，滤波器，混频器，传输线，天线等。Agilent 可提供700GHz到1THz频段网络分析仪测试系统。Agilent PNA-X为整个太赫兹网络仪的核心，具备完整的测试功能，包含线性S参数测试，非线性功率压缩点测试，交调测试及噪声系数测试功能。一体化PNAX网络仪的测试频率范围为70GHz，利用PNA-X网络仪灵活的配置结构，可方便地将70GHz网络仪测试频率范围扩展至700GHz。频率扩展的方法是将网络仪内部的激励信号通过外置倍频器完成频率扩展，同时可以利用外置的谐波混频器来替代内部接收机的混频处理电路。外置的扩频电路及中频信号处理电路都集成在测试扩展机箱中，测试使用都非常方便。太赫兹网络仪系统的组成配置如图6所示，图8为以PNA-X太赫兹网络仪为核心的芯片建模测试系统。 图6.110GHz毫米波网络仪图7. 110GHz芯片建模测试系统2.3 毫米波天线测试天线测试的参数主要参数包含:天线辐射场形，增益，邻深，轴比，极化等参数。根据测试频段及被测天线的性能指标，天线测试可采用近场和远场测试方案。远场天线测试通过发射天线到接收天线在远场条件下进行测试，而近场测试系统使用扫描架完成天线辐射信号近场分布的扫描，然后经过FFT计算得到天线的远场分布。天线测试系统包括网络分析仪，测试转台，转台控制器，信号源，发射天线，参考天线，测试软件等部分。图8和9为天线测试系统组成和典型测试显示结果。天线测试系统的射频子系统主要包含网络分析仪，信号源，外置混频器等。网络仪是包含了激励和接收机的综合系统，在天线测试中，可以使用网络仪的激励作为天线的激励信号，利用网络仪的接收机完成对被测天线的分析。毫米波频段测试应用中，需要对网络仪激励源和接收机频率范围进行扩展，激励源的频率扩展是采用倍频器方式。接收机的频率扩展采用谐波混频方式。Agilent天线测试系统中网络仪还采用外混频方案，外置混频器可以直接安装在被测天线输出端口，这样可减小测试连接电缆损耗造成的测试动态范围，Agilent提供的系列谐波混频器工作频率范围为325GHz。测试时外混频器将天线接收机的信号进行变频处理为中频信号，天线与接收机连接传输的信号为中频信号，这样可大大提高天线测试系统的测试动态范围。图9为毫米波天线测试系统组成框图。图8. 毫米波天线测试框图图9.毫米波天线测试仪表第三章：安捷伦毫米波仪表配置及报价1. 信号源 250kHz110GHz1.1配置方案：E8257D（选件567），毫米波倍频器1.2性能参数：主机频率范围：250kHz67GHz频率分辨率：0.001Hz最小输出功率(选件1E1)：-135dBm老化率：110-7/年（标准配置）倍频器模块 E8257DS10 75GHz110GHz模块频率范围：75GHz110GHz最大输出功率：5dBm110GHz射频输出端口：波导WR10端口驻波：500MHz) -30dBm+20dBm(50MHz500MHz)探头型号频率范围最大驻波功率范围接口形式N1922A50MHz40GHz1.5-35dBm+20dBm2.4mmR8486A26.5G40GHz1.4-30dBm+20dBm(平均功率)UG-599/UQ8486A33GHz50GHz1.5-30dBm+20dBm(平均功率)UG-383/UV8486A50GHz75GHz1.04-30dBm+