1、介紹
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?yán)走_(dá),、Wi-Gig(802.11ad)。
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低成本的解決方案。移動回傳與汽車?yán)走_(dá)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(dá)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)頻率,。該技術(shù)可以采用高達(dá)4Ghz帶寬的信號進(jìn)行工作,，從而在汽車移動環(huán)境中檢測目標(biāo)時達(dá)到所需的精度,。最后,，Wi-Gig是一個新的WLAN 802.11標(biāo)準(zhǔn)，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、諧波混頻器
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(jìn)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臺頻譜分析儀加上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(dá)的4GHz帶寬信號進(jìn)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(dá)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)待測試的信號的頻率和帶寬來設(shè)計,?；旧希粋€連續(xù)波信號發(fā)生器結(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、本地信號源,、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(zhǔn)和維護(hù)，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(yuǎn)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(hù)和校準(zhǔn)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(jìn)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功率譜密度(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(dá)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(dá)到8dB。
3.2,、寬帶調(diào)制測試
測試毫米波信號的調(diào)制質(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?yán)走_(dá),，必須對相位噪聲特性和待測件的頻率線性度進(jìn)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?yán)走_(dá)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,。
4,、總結(jié)
隨著即將到來的5G網(wǎng)絡(luò)和ADAS的推廣,，毫米波系統(tǒng)的需求也越來越大。測試這些超寬帶技術(shù),，帶外部混頻器的頻譜分析儀必須避免鏡像響應(yīng)問題,，必須為OTA測試提供足夠的靈敏度，必須為調(diào)制分析具備足夠的調(diào)制相位噪聲性能,。MS2830A/MS2840A頻譜分析儀和MA2808A高性能波導(dǎo)混頻器的組合是滿足這些需求的理想解決方案,。