微波测量仪器.ppt

微波仪器设备及测试技术微波微波波长很短的电磁波波长很短的电磁波 频率频率f：300MHz 300GHz波长：波长：1m 1mm毫米波高端毫米波高端:亚毫米波段亚毫米波段 10.1mm远红外远红外:0.3mm0.01mm微微 波波微波毫米波的应用微波毫米波的应用 短波 L S C X Ku K Ka U V W 1 2 4 8 12 18 26 40 50 60 75 110 170 300 1000米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 音频通信短波超短波通信、超视距雷达、广播电视预警雷达、导航、移动通信雷达、微波通信、卫星通信机载火控雷达雷达、卫星电视、微波通信遥感雷达、侦察、通信精确制导目标RCS星间通信、遥感、弹道轨迹、汽车防撞电子侦察目标RCS弹道轨迹无源成像射电天文雷达、侦察、通信精确制导目标RCS毫米波信号传输的几个低损耗窗口：毫米波信号传输的几个低损耗窗口：35GHz35GHz（8mm8mm）、）、94GHz(3mm)94GHz(3mm)、140GHz(2mm)140GHz(2mm)、220GHz(1mm220GHz(1mm）无线通信1 引言引言1.1 微波测试技术的地位和作用微波测试技术的地位和作用n n重要性：测试是认识客观事物的基本方法；测试技术是信息技术的源头和重要组成部分n n现代微波测试技术与传统微波测试技术的主要差别：自动测量；宽频带；用软件技术修正误差；多参数测量网络测量网络测量2国内外微波测试仪器的现状国内外微波测试仪器的现状n n射频和微波频段已成熟，重点转向毫米波频段的研究n n向高频率、宽频段和高性能方向发展，打破西方的封锁2 微波测试仪器的分类微波测试仪器的分类n n传统的分类方法：a)信号源；b)信号分析仪；c)噪声分析仪；d)功率计；e)频率计；f)网络分析仪n n从测试技术角度来分，可分为：a)信号分析；b)网络分析3 微波毫米波测试用传输线和射微波毫米波测试用传输线和射频连接频连接(Radio frequency joint)n n微波毫米波测试用连接器已标准化，国际化同轴测试仪器波导测试仪器同轴连接器频率范围波导频率范围N型DC 18GHzWR 4218 26.5GHz7mmDC 18GHzWR 2826.5 40GHz3.5mmDC 26.5GHzWR 2233 50GHzK (2.95mm)DC 40GHzWR 1940 60GHz2.4mmDC 50GHzWR 1550 75GHzV (1.85mm)DC 60GHzWR 1075 110GHz1.0mmDC 110GHzWR 6110 170GHzn n在厘米波段，接头标准各厂商较为一致n n在毫米波段，各厂商采用的接头有差异n n我国可能采用的接头为：N型、7mm、3.5mm、2.4mm、1mm。4 微波毫米波测试仪器中的微波微波毫米波测试仪器中的微波测试技术测试技术4.1 微波毫米波信号源微波毫米波信号源 一般经济型扫频发生器将退出历史舞台（1）频率合成技术 n n频率合成器：已有专用集成块，且具有高分辨率n n锁相式频率合成器DDS频率合成器（2）宽带同轴信号发生器）宽带同轴信号发生器n nYIG振荡器+倍频方案n n双YIG振荡器+倍频方案（3）毫米波信号发生器毫米波信号发生器n n倍频方案的相位噪声有恶化趋势n n在3mm或更高频段也可直接用基波振荡器，可提高功率输出，抑制杂波（4）提高信号发生器的频谱纯度提高信号发生器的频谱纯度n nYIG跟踪滤波器n n双YIG跟踪滤波器n n开关滤波器（5）调制方式）调制方式n nAM、FM和PMMG3690B系列信号源Highest Output Power:MG3694B,40 GHz:+17/+15 dBm Faster Switching time:5ms/1 GHz step4.2 微波毫米波信号分析仪微波毫米波信号分析仪n n分析仪种类（主要讨论频谱分析仪）n n频谱分析仪的需求n n频谱分析仪的本振：高性能谱仪采用锁相频率合成技术n n预选频混频技术：26.5GHz以下采用单YIG,26.5GHz以上采用双YIG。n n基波混频n n毫米波波导频谱仪：采用外加混频器模块，用YIG滤波器滤掉杂波n n 7.1 GHz 7.1 GHz 手持便携频谱分析仪手持便携频谱分析仪手持便携频谱分析仪手持便携频谱分析仪n n坚固的坚固的坚固的坚固的 6.4 6.4 磅设计磅设计磅设计磅设计 n n优异的性能优异的性能优异的性能优异的性能n n大而亮大而亮大而亮大而亮,阳光下可看清的阳光下可看清的阳光下可看清的阳光下可看清的 TFT TFT 彩色显彩色显彩色显彩色显示示示示n n通过通过通过通过 USB 2.0 USB 2.0 或或或或 LAN LAN 容易远控容易远控容易远控容易远控54.3 微波毫米波相位噪声分析仪微波毫米波相位噪声分析仪n n微波毫米波相位噪声的两种测试方法：(a)直接频谱分析法 (b)先解调（下混频），后分析法n n相位噪声测试仪的关键技术：(a)频率变换技术 (b)相位解调技术 (c)相位噪声特性曲线的测试技术4.4 微波毫米波噪声系数测试仪微波毫米波噪声系数测试仪n n噪声系数定义n n噪声系数测试仪的用途n n噪声系数测试仪现状4.5 微波毫米波频率计微波毫米波频率计n n测试方法（谐振腔法，计数法）n n频率计数法的工作方式n n发展现状（技术基本成熟）n n关键技术（宽带取样变频技术）n n毫米波频率计（谐波混频技术拓宽频带）4.6 微波毫米波功率测量仪器微波毫米波功率测量仪器n n微波毫米波功率检测传感器：肖特基检波二极管功率头n n计算机技术用于功率测试（对温度、频率和功率在三维空间上采用软件修正）n n连续波功率计的动态范围：-7020dBmn n峰值功率计44.7 宽带取样示波器宽带取样示波器n n特点：直观，方便n n需求：高速数字通信n n关键技术：高速宽带取样器技术；窄脉冲形成电路；电荷放大器和滤波器；精密时基和触发电路；数据采集和处理技术等4.8 微波毫米波网络分析仪微波毫米波网络分析仪4.8.1 微波毫米波矢量网络分析仪微波毫米波矢量网络分析仪n n历史n n误差模型n n校准技术（已知的标准件）n n测试方式（扣除方式）n n校准常用方法：12项误差校准方法；TRL校准方法n n技术性能：扩展到了毫米波；110135dB的动态范围；n n值得注意的动向：（1）频率扩展问题：已达到1mm频段 （2）高速计算机技术的应用：测试和数据处理速度大幅提高 （3）矢量网络分析仪的应用极为广泛 （4）射频矢量网络分析仪的发展特点：够用为原则，以降低成本3Agilent 8363B 矢量网络分析仪矢量网络分析仪多端口微波矢网多端口微波矢网平衡传输线平衡传输线ME7808B 毫米波 VNA 系统n n波导解决方案波导解决方案波导解决方案波导解决方案 n n频段范围：频段范围：频段范围：频段范围：n nV-Band(50-75 GHz)V-Band(50-75 GHz)n nE-Band(60-90 GHz)E-Band(60-90 GHz)n nExtended E-Band(56-94 Extended E-Band(56-94 GHz)GHz)n nW-Band(75-110 GHz)W-Band(75-110 GHz)n nExtended W-Band(65-110 Extended W-Band(65-110 GHz)GHz)n nHigher frequency bands(up to Higher frequency bands(up to 325 GHz)325 GHz)多端口微波矢网多端口微波矢网On Wafer On Wafer 在片平衡传输线测量在片平衡传输线测量OpenOpenShortShortLoadLoadThru 1-2Thru 1-2Thru 1-4Thru 1-4Thru 1-3 and Thru 1-3 and 2-42-4Thru 2-3Thru 2-3Thru 3-4Thru 3-4GSGSG 在片校准件剥离测量夹具剥离测量夹具夹具的插入损耗不能被忽略夹具的插入损耗不能被忽略VNA Port 1VNA Port 2同轴校准参考面同轴校准参考面双端口植入双端口植入/剥离剥离4.8.2 标量网络分析仪标量网络分析仪n n特点：适用于标量测试的情况；价格低于矢量网络分析仪n n性能：6075dB的动态范围；采用脉冲调制技术降低了外界的干扰4.9 微波毫米波测试系统微波毫米波测试系统(Test system)n n意义：用于现代复杂电子系统的多参数快速测量n n构成：系统集成、接口技术和测试软件n n应用：a）相控阵技术；b）有源相控阵雷达；c）测试用仪器；d）GPIB总线(Bus)(Bus)、MMS模块化仪器、VXI总线T/RT/R组件测试系统组件测试系统天线测试系统天线测试系统RCSRCS测试系统测试系统 雷达吸波材料反射系数测试系统雷达吸波材料反射系数测试系统4.10 VXI总线测试系统总线测试系统n nVXI总线标准n nVXI总线的特点n nVXI总线微波测试系统4.11 调制域分析仪调制域分析仪4.11.1 概述概述 调制域调制域调制域调制域4.11.2 调制域分析仪调制域分析仪n n调制域分析仪：上世纪九十年代推出的用于测量频率与时间关系的仪器n n典型仪器：安捷伦5371A，53310，5372A，5373A等4.11.3 调制域分析仪的应用领域调制域分析仪的应用领域n n应用：应用：n n测量数字系统中的信号抖动测量数字系统中的信号抖动n n用于用于VCOVCO阶跃响应分析阶跃响应分析n n脉冲编码数据分析脉冲编码数据分析n n直接观测线性调频脉冲的线性度直接观测线性调频脉冲的线性度n n检验蜂窝状无线电的信道切换特性检验蜂窝状无线电的信道切换特性n n捷变频信号的分析捷变频信号的分析n n雷达、电子战和监视系统分析雷达、电子战和监视系统分析n n扩频通信中的性能分析扩频通信中的性能分析