一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米s參數(shù)測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，采用分體式結構，包括：矢量網絡分析儀主機、矢量網絡分析儀擴頻控制機和140GHz～325GHz?S參數(shù)擴頻模塊；S參數(shù)擴頻模塊包括140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號發(fā)生單元、信號接收單元和信號分離單元。本發(fā)明高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)采用低次諧波混頻方案，提高系統(tǒng)的動態(tài)范圍；同時本振倍頻鏈路使用空間多層倍頻技術，通過空間進行驅動功率分配，在不增加單層倍頻鏈路功率的情況下，提高整個倍頻器的壓縮點，解決了大功率本振輸出的問題，同時也提高了擴頻裝置的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及測試【技術領域】，特別涉及一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 由于毫米波系統(tǒng)具有體積小、波束窄、容量大、分辨率高、抗干擾能力強及保密性 好等特點，在軍事及民用上都具有重要的戰(zhàn)略意義，隨著毫米波和亞毫米波的發(fā)展，以及光 電技術的廣泛應用，電磁頻譜迅速擴展起來，電磁頻譜已經從極低頻發(fā)展1毫米頻段。lmm 信號的頻率范圍為140GHz至325GHz，位于毫米波信號的高端和太赫茲信號的低端，包含多 個大氣窗口，在雷達、通信、成像等領域有著廣泛的應用前景，成為國內外眾多科研機構競 相開發(fā)利用的頻譜資源。傳輸參數(shù)測試是1毫米系統(tǒng)開發(fā)的基本保障條件，如何實現(xiàn)大動 態(tài)和高穩(wěn)定的1毫米傳輸參數(shù)測試系統(tǒng)，是1毫米頻譜資源利用的關鍵。
[0003] 1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)在實現(xiàn)上常采用的方案，是以微波測試儀器為基礎，外加1 毫米S參數(shù)擴頻裝置的方案。整個系統(tǒng)的技術指標主要取決于擴頻裝置的性能指標。1毫米 S參數(shù)擴頻模塊在具體的實現(xiàn)方案上，依據(jù)測試通道和參考通道混頻器的不同，可分為低次 諧波混頻和高次諧波混頻兩種方案。其中，低次諧波混頻方案由于混頻器的變頻損耗較小， 使得S參數(shù)擴頻裝置接收機具有較高靈敏度，致使整個矢量網絡分析系統(tǒng)具有較大的動態(tài) 范圍。但低次諧波混頻方案對本振要求較高。由于缺乏毫米波功率放大器，目前，毫米波本 振信號的產生，經常采用低端大功率信號直接驅動倍頻器的方式實現(xiàn)，同時為提高倍頻器 的壓縮點，國內外在倍頻器的設計上，是通過串聯(lián)多級管芯的方式實現(xiàn)，保證各個管芯承受 合理的功率難度較大，降低了倍頻器的穩(wěn)定性?；诟叽沃C波混頻的方案對本振要求較低， 實現(xiàn)起來較為容易，同時需要的部件比較少，使得擴頻裝置的穩(wěn)定性有了很大的提高。但是 其諧波次數(shù)較高，導致變頻信號較大，從而降低了接收機的靈敏度，使得整個測試裝置和以 這些測試裝置為基礎研發(fā)的矢量網絡分析儀，RCS測試系統(tǒng)，天線測試系統(tǒng)，都具有較小的 動態(tài)范圍，難以滿足大動態(tài)系統(tǒng)的需求。
[0004] 因此如何保持擴頻裝置的高穩(wěn)定性同時提高動態(tài)范圍，是目前的1毫米S參數(shù)測 試系統(tǒng)所要解決的首要問題。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提出一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，解決了目前1毫米S參數(shù) 測試系統(tǒng)所要解決的如何保持擴頻裝置的高穩(wěn)定性同時提高動態(tài)范圍的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，采用分體式結構，包括：矢量網絡分析 儀主機（1)、矢量網絡分析儀擴頻控制機（2)和140GHz?325GHz S參數(shù)擴頻模塊（3) ;S參 數(shù)擴頻模塊包括140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號發(fā)生單元、信號接收單元和信號分 離單元；
[0008] 140GHZ-220GHZ信號發(fā)生單元包括8mm倍頻放大器（108)，接收擴頻控制機（2) 輸入的11. 66GHZ-18. 33GHz頻段的射頻信號，二次倍頻放大后產生23. 33GHZ-36. 67GHz頻 段的信號，驅動3mm多層倍頻器（104)產生70GHz-110GHz頻段的信號，經3mm波導放大器 (107)放大，直接驅動末級140GHz-220GHz二倍頻器（105)，產生140GHz-220GHz的信號， 該信號經隔離器（102)和雙定向耦合器（101)實現(xiàn)信號的分離，一路作為參考信號耦合 至第一參考通道，一路作為第一測試通道測試的激勵信號，雙定向耦合器（101)還耦和到 140GHz-220GHz測試信號；第一參考通道通過L形隔離器（109)接收雙定向耦合器（101)耦 合的參考信號，第一測試通道接收雙定向耦合器（101)耦合的140GHz-220GHz測試信號，第 一參考通道和第一測試通道分別經二次諧波混頻器（103)進行下混頻產生中頻信號，其中 二次諧波混頻器（103)的本振鏈路包含8_波導放大器（106)，對擴頻控制機（2)輸入的本 振信號二次倍頻放大產生23. 33GHZ-36. 67GHz頻段的信號，驅動3mm多層倍頻器（104)產 生70GHz-110GHz頻段的大功率信號到二次諧波混頻器（103)進行下混頻；
[0009] 220GHZ-325GHZ信號發(fā)生單元包括8mm倍頻放大器（208)，接收擴頻控制機（2)輸 入的12. 22GHZ-18. 05GHz頻段的射頻信號，二次倍頻放大后產生24. 44GHZ-36. 1GHz頻段的 信號，驅動3mm多層倍頻器（207)產生73. 32GHZ-108. 3GHz頻段的信號，經3mm波導放大器 (203)放大后驅動末級三倍頻器（202)，產生220GHz-325GHz的信號，該信號經雙定向耦合 器（201)實現(xiàn)信號的分離，一路作為參考信號耦合至第二參考通道，另一路作為第二測試 通道測試的激勵信號，雙定向耦合器（201)還耦和到220GHz-325GHz測試信號；第二參考通 道通過彎波導（210)接收雙定向耦合器（201)耦合的參考信號，第二測試通道接收雙定向 耦合器（201)耦合的220GHz-325GHz測試信號，第二參考通道和第二測試通道分別經二次 諧波混頻器（204)進行下混頻產生中頻信號，其中二次諧波混頻器（204)的本振鏈路包含 6mm二倍頻器（209)，接收擴頻控制機（2)輸入的9. 17GHZ-13. 54GHz本振信號，經四次倍頻 放大產生36. 67GHZ-54. 16GHz頻段的信號，經6mm波導多層放大器（206)放大，驅動2mm多 層三倍頻器（205)，產生llOGHz-162. 5GHz頻段的大功率信號到二次諧波混頻器（204)進行 下混頻。
[0010] 可選地，所述擴頻控制機輸入的本振信號經功分器分為兩路，分別送入第一測試 通道和第一參考通道。
[0011] 可選地，所述擴頻控制機輸入的本振信號經功分器分為兩路，經過二倍頻器倍頻 后分別送入第二測試通道和第二參考通道。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：
[0013] (1)采用低次諧波混頻方案，提高系統(tǒng)的動態(tài)范圍；
[0014] (2)同時本振倍頻鏈路使用空間多層倍頻技術，通過空間進行驅動功率分配，在不 增加單層倍頻鏈路的功率的情況下，提高整個倍頻器的壓縮點，解決了大功率本振輸出的 問題，同時也提高了擴頻裝置的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016] 圖1為本發(fā)明高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)的整體框圖；
[0017] 圖2為140GHz-220GHz信號發(fā)生單元的控制框圖；
[0018] 圖3為220GHz-325GHz信號發(fā)生單元的控制框圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020] 現(xiàn)有的1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，都是以微波測試儀器為基礎，外加1毫米擴頻裝置 的方案實現(xiàn)。如何實現(xiàn)大動態(tài)高穩(wěn)定的1毫米S參數(shù)擴頻裝置，是目前1毫米S參數(shù)測試 系統(tǒng)首先要解決的問題。1毫米S參數(shù)測試裝置接收通道和參考通道采用低次諧波混頻的 方案，由于混頻器具有較低的變頻損耗，因此擴頻裝置具有較高的靈敏度，致使S參數(shù)測試 系統(tǒng)具有較大的動態(tài)范圍，但這種方案需要解決高頻本振產生及因此帶來的穩(wěn)定性問題。 1毫米S參數(shù)高次諧波混頻的方案對本振要求較低，實現(xiàn)起來較為容易，有源功率器件相對 較少，但擴頻裝置的靈敏度相對較低，因此動態(tài)范圍及性能指標也相對較差。
[0021] 本發(fā)明針對以上問題，采用低次諧波混頻方案，提高系統(tǒng)的動態(tài)范圍。同時本振倍 頻鏈路使用空間多層倍頻技術，通過空間進行驅動功率分配，在不增加單層倍頻鏈路的功 率的情況下，提高整個倍頻器的壓縮點，解決了大功率本振輸出的問題，同時也提高了擴頻 裝置的穩(wěn)定性。
[0022] 本發(fā)明高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)采用分體式結構，如圖1所示，包括三 個部分：20GHz矢量網絡分析儀主機1、矢量網絡分析儀擴頻控制機2和140GHz?325GHz S參數(shù)擴頻模塊3。
[0023] 20GHz矢量網絡分析儀主機1提供射頻與本振信號、硬件控制接口、中頻輸入接 口和擴頻系統(tǒng)的總體控制。擴頻控制機2接收矢量網絡分析儀主機1射頻、本振信號，并 進行功分、開關倍頻放大濾波，然后將信號送至140GHz-220GHz及220GHz-325GHz S參數(shù) 測試模塊3,同時接收S參數(shù)模塊3產生的中頻信號并進行預處理。140GHz-220GHz及 220GHz-325GHz S參數(shù)測試模塊3倍頻產生140GHz-220GHz及220GHz-325GHz激勵信號，通 過信號分離裝置實現(xiàn)正向、反向信號提取，將140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號混頻到 中頻信號，
[0024] 送至控制機2。
[0025] S參數(shù)擴頻模塊3包括140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號發(fā)生單元、信號接收 單元和信號分離單元三部分。140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號發(fā)生單元是本發(fā)明的 關鍵，其性能指標直接決定了 140GHz-220GHz及220GHz-325GHz矢量網絡分析儀的動態(tài)范 圍、反射跟蹤和傳輸跟蹤等關鍵技術指標。
[0026] 如圖2所示，140GHz-220GHz信號發(fā)生單元采用12次倍頻級聯(lián)的方案，包括8mm 倍頻放大器108,接收擴頻控制機2輸入的11. 66GHZ-18. 33GHz頻段的射頻信號，二次倍頻 放大后產生23. 33GHz-36. 67GHz頻段的信號，驅動3mm多層倍頻器104產生70GHz-110GHz 頻段的信號，經3mm波導放大器107放大，直接驅動末級140GHz-220GHz二倍頻器105,產 生140GHz-220GHz的信號，該信號經隔離器102和雙定向耦合器101實現(xiàn)信號的分離，一 路作為參考信號耦合至第一參考通道，用于發(fā)生功率的定標，一路作為第一測試通道測試 的激勵信號，上述雙定向耦合器101還耦和到140GHz-220GHz測試信號。第一參考通道通 過L形隔離器109接收上述雙定向耦合器101耦合的參考信號，第一測試通道接收上述雙 定向耦合器101耦合的140GHz-220GHz測試信號，第一參考通道和第一測試通道分別經二 次諧波混頻器103進行下混頻產生中頻信號，其中二次諧波混頻器的本振鏈路，用于產生 70GHZ-110GHz大功率本振信號，整個本振鏈路包含8_波導放大器106，對擴頻控制機2輸 入的本振信號二次倍頻放大產生23. 33GHZ-36. 67GHz頻段的信號，驅動3mm多層倍頻器104 產生70GHz-110GHz頻段的大功率信號到二次諧波混頻器103進行下混頻。擴頻控制機2 輸入的本振信號經功分器分為兩路，分別送入第一測試通道和第一參考通道。第一測試通 道和第一參考通道接收機在設計中，綜合應用了空間多層倍頻技術及寬帶可調諧分諧波混 頻技術，大大提高了其穩(wěn)定性。
[0027] 如圖3所示，220GHz-325GHz信號發(fā)生單元采用18次倍頻級聯(lián)的方案，包括 8mm倍頻放大器208，接收擴頻控制機2輸入的12. 22GHZ-18. 05GHz頻段的射頻信號， 二次倍頻放大后產生24. 44GHZ-36. 1GHz頻段的信號，驅動3mm多層倍頻器207產生 73. 32GHZ-108. 3GHz頻段的信號，經3mm波導放大器203放大后驅動末級三倍頻器202,產 生220GHz-325GHz的信號，該信號經雙定向耦合器201實現(xiàn)信號的分離，一路作為參考信 號耦合至第二參考通道，用于發(fā)生功率的定標，一路作為第二測試通道測試的激勵信號，上 述雙定向耦合器201還耦和到220GHz-325GHz測試信號。第二參考通道通過彎波導210 接收上述雙定向耦合器201耦合的參考信號，第二測試通道接收上述雙定向耦合器201耦 合的220GHz-325GHz測試信號，第二參考通道和第二測試通道分別經二次諧波混頻器204 進行下混頻產生中頻信號，其中二次諧波混頻器的本振鏈路，用于產生1 lOGHz-162. 5GHz 大功率本振信號，整個本振鏈路包含6mm二倍頻器209，接收擴頻控制機2輸入的 9. 17GHz-13. 54GHz本振信號，經四次倍頻放大產生36. 67GHz-54. 16GHz頻段的信號，經6mm 波導多層放大器206放大，驅動2mm多層三倍頻器205,產生llOGHz-162. 5GHz頻段的大功 率信號到二次諧波混頻器204進行下混頻。擴頻控制機2輸入的本振信號經功分器分為兩 路，經過二倍頻器倍頻后分別送入第二測試通道和第二參考通道。
[0028] 本發(fā)明高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)采用低次諧波混頻方案，提高系統(tǒng)的 動態(tài)范圍；同時本振倍頻鏈路使用空間多層倍頻技術，通過空間進行驅動功率分配，在不增 加單層倍頻鏈路的功率的情況下，提高整個倍頻器的壓縮點，解決了大功率本振輸出的問 題，同時也提高了擴頻裝置的穩(wěn)定性。
[0029] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，采用分體式結構，包括：矢量網絡分析儀 主機（1)、矢量網絡分析儀擴頻控制機⑵和140GHz?325GHz S參數(shù)擴頻模塊（3) ;S參 數(shù)擴頻模塊包括140GHz-220GHz及220GHz-325GHz信號發(fā)生單元、信號接收單元和信號分 離單元；其特征在于： 140GHz-220GHz信號發(fā)生單元包括8mm倍頻放大器（108)，接收擴頻控制機（2)輸入的 11. 66GHZ-18. 33GHz頻段的射頻信號，二次倍頻放大后產生23. 33GHZ-36. 67GHz頻段的信 號，驅動3mm多層倍頻器（104)產生70GHz-110GHz頻段的信號，經3mm波導放大器（107)放 大，直接驅動末級140GHz-220GHz二倍頻器（105)，產生140GHz-220GHz的信號，該信號經隔 離器（102)和雙定向耦合器（101)實現(xiàn)信號的分離，一路作為參考信號耦合至第一參考通 道，一路作為第一測試通道測試的激勵信號，雙定向耦合器（101)還耦和到140GHz-220GHz 測試信號；第一參考通道通過L形隔離器（109)接收雙定向耦合器（101)耦合的參考信 號，第一測試通道接收雙定向耦合器（101)耦合的140GHz-220GHz測試信號，第一參考通 道和第一測試通道分別經二次諧波混頻器（103)進行下混頻產生中頻信號，其中二次諧 波混頻器（103)的本振鏈路包含8mm波導放大器（106)，對擴頻控制機（2)輸入的本振信 號二次倍頻放大產生23. 33GHZ-36. 67GHz頻段的信號，驅動3mm多層倍頻器（104)產生 70GHz-110GHz頻段的大功率信號到二次諧波混頻器（103)進行下混頻； 220GHz-325GHz信號發(fā)生單元包括8mm倍頻放大器（208)，接收擴頻控制機（2)輸入 的12. 22GHZ-18. 05GHz頻段的射頻信號，二次倍頻放大后產生24. 44GHZ-36. 1GHz頻段的信 號，驅動3mm多層倍頻器（207)產生73. 32GHZ-108. 3GHz頻段的信號，經3mm波導放大器 (203)放大后驅動末級三倍頻器（202)，產生220GHz-325GHz的信號，該信號經雙定向耦合 器（201)實現(xiàn)信號的分離，一路作為參考信號耦合至第二參考通道，另一路作為第二測試 通道測試的激勵信號，雙定向耦合器（201)還耦和到220GHz-325GHz測試信號；第二參考通 道通過彎波導（210)接收雙定向耦合器（201)耦合的參考信號，第二測試通道接收雙定向 耦合器（201)耦合的220GHz-325GHz測試信號，第二參考通道和第二測試通道分別經二次 諧波混頻器（204)進行下混頻產生中頻信號，其中二次諧波混頻器（204)的本振鏈路包含 6mm二倍頻器（209)，接收擴頻控制機（2)輸入的9. 17GHZ-13. 54GHz本振信號，經四次倍頻 放大產生36. 67GHZ-54. 16GHz頻段的信號，經6mm波導多層放大器（206)放大，驅動2mm多 層三倍頻器（205)，產生llOGHz-162. 5GHz頻段的大功率信號到二次諧波混頻器（204)進行 下混頻。
2. 如權利要求1所述的高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述擴頻控 制機輸入的本振信號經功分器分為兩路，分別送入第一測試通道和第一參考通道。
3. 如權利要求1所述的高穩(wěn)定大動態(tài)1毫米S參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述擴頻控 制機輸入的本振信號經功分器分為兩路，經過二倍頻器倍頻后分別送入第二測試通道和第 二參考通道。
【文檔編號】G01R31/00GK104142447SQ201410357580
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權日:2014年7月21日
【發(fā)明者】鄧建欽, 年夫順, 姜萬順, 陳卓, 王沫, 辛海鳴 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所