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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。AgilentPSG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，AgilentE8257DPSG信号源输出频率范围为250kHz~67GHz，具有相位噪声指标高，功率精度高等优点。AgilentE8267D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AgilentPSG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：250kHz~67GHz频率分辨率：0.001Hz最小输出功率(选件1E1)：-135dBm老化率：±1×10-7/年（标准配置）倍频器模块1E8257DS1550GHz~75GHz模块频率范围：50GHz~75GHz最大输出功率：8dBm@75Ghz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2E8257DS1075GHz~110GHz模块频率范围：75GHz~110GHz最大输出功率：5dBm@110GHz射频输出端口：波导WR10端口驻波：2.0可以产生AM,FM,PM和脉冲调制的信号技术特点：完整的110G信号合成技术解决方案。倍频器可以直接与安捷伦PSG信号源相连接使用，PSG信号源输出功率大，可自己驱动倍频器，不需要外置的放大推动。输出具有极高的频谱纯度和分辨率。2.1.2毫米波频谱仪频谱分析仪是对射频微波，毫米波信号进行参数分析的基本仪表。频谱分析仪可提供被测信号的功率，带宽，杂散，相位噪声等基本参数。AgilentN9030A系列频谱分析仪可满足325GHz频段内频谱分析的要求。一体化的N9030A频谱分析仪测试频率范围为50GHz。PXA频谱采用全数字中频处理技术，测试频率分辨率，灵敏度，测试动态范围，测试速度等都是先进频谱分析仪的代表。通过外置谐波混频器，PXA的测试频率范围可扩展为325GHz，其具备中频识别功能，对混频输出的正确中频信号进行识别，正确显示被测毫米波信号的频谱特性。图3为N9030A毫米波测试配置框图及测试应用。该频谱仪还可与AgilentE8257D连接进行同步扫频测试，完成标量网络仪的测试功能。下表为N9030A和混频器连接的测试数据：2.1.3毫米波噪声系数仪微波毫米波前端的噪声系数性能会影响处理输出信号的信噪比性能，噪声系数参数是对接收机参数测试的重要指标。针对毫米波器件噪声系数测试，AgilentNFA噪声系数表能提供高精度噪声系数测试功能。噪声系数表能完成对低噪声放大器，混频器，接收机设备噪声系数和增益参数的测试。具有测试精度高，测试速度快的特点。图5.安捷伦毫米波噪声系数分析仪频率范围：10MHz~26.5GHz测量带宽;4MHz.2MHz,1MHz,400kHz,200kHz,100kHz噪声系数不确定度：频率范围噪声源ENR10MHz~3GHz4~7dB12~17dB20~22dB噪声系数测量范围不确定度0~20dB±0.05dB0~30dB±0.05dB0~35dB±0.1dB增益测量范围不确定度-20~+40dB±0.17dB频率范围噪声源ENR3GHz~26.5GHz4~7dB12~17dB20~22dB噪声系数测量范围不确定度0~20dB±0.15dB0~30dB±0.15dB0~35dB±0.2dB增益测量范围不确定度-20~+40dB±0.17dB技术特点：Agilent的N8975A尤其适合测量小噪声系数以及微波以及毫米波的测量。通过扩展可以测到110GHz。（110G可以通过校准后测量，AGILENT独有）配置：N8975A10Mhz~26.5GHz噪声系数仪主机N8975AZK4026.5GHz~40GHz变频器N8975AZK6350GHz~63.5GHz变频器N8975AZK7461.5GHz~75GHz变频器N8975AZK8875GHz~88.5GHz变频器N8975AZK9886.5GHz~100GHz变频器346CK01噪声源2.1.4毫米波功率计功率计测试得到被信号的精确功率参数。Agilent提供毫米波频段的功率计产品，完成对信号的功率参数测量，包括对雷达脉冲调制信号的峰值功率，平均功率，脉冲时间等参数的测试。图6为AgilentN1911AP系列功率计。最大采样率：100Msamples/s视频带宽：≥30MHz上升下降时间：≤13ns最小脉冲宽度：50ns动态范围：-35dBm~+20dBm(500MHz)-30dBm~+20dBm(50MHz~500MHz)探头型号频率范围最大驻波功率范围接口形式N1922A50MHz~40GHz1.5-35dBm~+20dBm2.4mmR8486A26.5G~40GHz1.4-30dBm~+20dBm(平均功率)UG-599/UQ8486A33GHz~50GHz1.5-30dBm~+20dBm(平均功率)UG-383/UV8486A50GHz~75GHz1.04-30dBm~+20dBm(平均功率)UG-385/UW8486A75GHz~110GHz1.08-30dBm~+20dBm(平均功率)UG-387/U8487A50MHz~50GHz1.530dBm~+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。AgilentPNA-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PNA－X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250kHz~110GHz1.1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：250kHz~67GHz频率分辨率：0.001Hz最小输出功率(选件1E1)：-135dBm老化率：±1×10-7/年（标准配置）倍频器模块E8257DS1075GHz~110GHz模块频率范围：75GHz~110GHz最大输出功率：5dBm@110GHz射频输出端口：波导WR10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E8257DS05140GHz~220GHz模块频率范围：140GHz~220GHz倍频器模块E8257DS06110GHz~170GHz模块频率范围：110GHz~170GHz1.3技术特点：完整的220G信号合成技术解决方案。倍频器可以直接与安捷伦PSG信号源相连接使用，PSG信号源输出功率大，可自己驱动倍频器，不需要外置的放大推动。输出具有极高的频谱纯度和分辨率。1.4配置和报价倍频器模块E8257DS1075GHz~110GHz模块USD33000需转口倍频器模块E8257DS05140GHz~220GHz模块USD40000需转口倍频器模块E8257DS06110GHz~170GHz模块USD42000需转口2频谱仪3Hz~325GHz2.1.配置方案：微波频谱仪加外置混频器N9030A3Hz~50GHz高性能微波频谱仪M1970V,M1970W外置混频器2.2性能指标：N9030A频率范围：3Hz~50GHz老化率：±1×10-7/年分辨率带宽：1Hz~3MHz（10%步进）,4,5,6,8MHz视频带宽：1H