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毫米波测量技术挑战和优点

2019年11月05日 文章来源:网络整理 热度:181℃ 作者:刘英

当前最有吸引力的毫米波应用主要在E频段与V频段。E频段对应于60GHz~90GHz的频率范围,在此频段上由于大气衰减的影响只能采取视线传输(LOS)方式。实际上,很多大气中的分子,例如氧气、水蒸气或氮气,可以在这个频段内的特定波长上吸收能量。然而,在实践中,这些频率范围上足够多的可用频谱资源还是驱使着产业来将未来的技术应用到这些频率范围上来。与此类似,V频段对应于40GHz~75GHz,被广泛用于卫星通信。

在这些频段上有3个正在被开发的关键应用,它们是:移动回传、汽车雷达、Wi-Gig(ad)。

第一个应用依赖于这样的事实:当前的超异构网络充满着多个小基站,大幅提高了对回传线路的传输容量的需求。核心网络必须处理大量的数据被传输到一个特定区域中的每个节点。因此,基于大于1GHz带宽的毫米波无线链路的这些连接,我们可以满足现代和未来的网络上回传需求并提供了一个比光纤更的解决方案。移动回传与汽车雷达都是最重要的应用。79 GHz频段将很有可能成为FMCW(调频连续波)雷达技术的标准频率。该技术可以采用高达4Ghz带宽的信号进行工作,从而在汽车移动环境中检测目标时达到所需的精度。最后,Wi-Gig是一个新的WLAN 802.11标准,已经被开发用于了非常高的速率传输服务,比如未压缩的高清晰度电视(HDTV)和瞬间的音乐和图像传输,其工作在60GHz频率及占用2GHz带宽。

鉴于在这些频率上传输的特点,将需要适当的测量仪器以确保所有这些技术的实现。这些仪器会需要一个优秀的动态范围,以应对高度衰减的信号和测量超宽带信号的能力。

2、毫米波设备的挑战与不同的测量方案

2.1、谐波

谐波混频器的设备工作在这样一种方式:参与到混合过程中的有限的本振(LO)频率被谐波成分所影响。使用这些类型混频器的主要优点是它提供的简单和性价比的解决方案。

然而,从这些系统存在着2个主要的问题。首先,被用来影响本振信号的多重谐波随着频率的增加而按比例引入损耗。因此,该解决方案的动态范围变得非常差。其次,镜像反应的影响在此很重要,原因是在过程中多个频率成分会不被欢迎地混合进来。在测量结果上影响最大的镜像反应是会显示在中频(IF)的2倍偏移位置。作为一个例子,如果1台频谱加上1台设计工作在1.58 GHz中频频率的谐波混频器对来自于FMCW雷达的4GHz带宽信号进行测量,一些重要的测试项目,如频率误差、占用带宽或发射功率将不能被测量,因为会有一个与实际雷达信号重叠的镜像响应。在某些情况下,这个问题可能通过镜像抑制方法来解决。然而,这种解决方法在FMCW调频连续波调制的情况下是无效的,因为发射频率是不断变化的。

2.2、典型下变频配置

克服基于谐波混频器的解决方案的镜像响应的典型的方法是使用一个经典的下变频设置连接到频谱分析仪。一方面,由于基本混频器使用的配置,不使用谐波来影响本振信号,一个理想的中频频率可以根据待测试的和带宽来设计。基本上,一个连续波结合一个乘法器将向下变频信号提供需要的本振信号。

毫米波测量技术挑战和优点

另一方面,一个系统需要由例如混频器、本地、乘法器、滤波器和增益放大器等多个部件来组建。显而易见地,因为上述设备在使用时都需要配置、校准和维护,可以明白下变频配置会是很耗费时间。

2.3、高性能基本混频器

下图显示了安立的高性能基本混频器的设想。MA2808A与MA2806A, 分别工作在E 频段与V频段,可以被理解为集成的下变频器,基于波导技术与内置单级乘法器,低噪声放大器、滤波器设计为一体。这些设备对于之前讨论的问题提供了一个解决方案:他们拥有出色的动态范围,镜像反应发生在距离需要信号很远的地方,他们与频谱分析仪之间只需要一个连接即可工作。

毫米波测量技术挑战和优点

一方面来看,高性能基本混频器对比谐波混频器有2个主要的好处:更好的灵敏度或DANL,得益于更低的转换损失;及更好的镜像反应抑制,得益于使用1.875GHz中频。除此之外,内部混频/滤波技术与独一无二的极化转移功能使得测量4GHz带宽的毫米波信号变得可行。另一方面,高性能基本混频器对比传统下变频器有以下好处:他们允许一个简单的配置或连接到频谱分析仪,转换损耗能够简单地通过单键操作从USB内存中被加入,提供一个比常用下变频器更好的1dB压缩点性能。毫无疑问,这个紧凑的测试系统能够简化设计和制造现场的布局,同时降低测量仪器的维护和校准成本。

3、针对毫米波设备的典型测量项目

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