通過使用變頻模塊R&S ZVA-Z110，羅德與施瓦茨(Rohde&Schwar)公司的高端矢量網絡分析儀可將覆蓋頻率擴展到75~110GHz毫米波波段(W波段)。R&S ZVA-Z110是以易于操作和幫助客戶節約時間和成本為設計出發點的，因此，采用正確的4端口網絡分析儀來操作一對變頻模塊，并不需要增加額外的硬件電路。最近幾年中，多端口測量已經變得越來越重要。本文描述的解決方案是首個在W波段進行完整的多端口和平衡測量的方案。

變頻模塊內有什么？

圖1顯示了R&S ZVA-Z110內部的CAD結構圖和原理框圖。該變頻模塊包含用作隔離參考和測量信號的通道源倍頻器、可調節波導衰減器、定向耦合器。這些參考和測量通道通過諧波混頻器進行下變頻。

圖1：R&S ZVA-Z110的透明CAD結構圖和原理框圖（不包含測試端口的適配器)。

濾波器的S參數測量

下面以一個90GHz帶通濾波器的測量為例，來討論測試步驟。

步驟1：配置和設置

在圖2所示的A、B、C三個區域進行如下測量配置：在A區擇變頻模塊型號，在B區選擇電纜連接方式，在C區點擊應用按鍵并連接變頻模塊到網絡分析儀(見圖 3)，然后將頻率軸調節成75GHz到110GHz(見圖2底部)。此外，變頻模塊的所有測量參數會被自動設置(例如射頻和本振的倍頻系數、最佳功率電平、復位設置、連接類型WR10，以及定義和選擇波導校準套件R&S ZV-WR10。)

圖2：設置對話框。

步驟2：校準

本例采用TOSM校準技術和R&S ZV-WR10波導校準套件進行校準(見圖3)。R&S ZV-WR10波導校準套件還支持其他的校準方式，如TRL、UOSM、TOM、TRM和OSM。它還包含滑動匹配器，可以把方向性和負載匹配的指標提高到42dB和40dB。由于波導開路時的輻射影響，波導校準件中的開路件都是由偏移短路代替，該偏移短路由一個墊片(執行頻帶中心頻率的λ/4偏移)和短路器組成。

步驟3：測量

圖3顯示了利用R&S ZVA24矢量網絡分析儀和兩個R&S ZVA-Z110變頻模塊測量90GHz帶通濾波器的全部設置。測量具有高抑制特性的濾波器要求很高的動態范圍。R&S ZVA-Z110變頻模塊樹立了新的動態范圍標準，其典型值>110dB，可以輕松滿足測量濾波器時的高動態要求。這樣，用戶可以增加測量帶寬，如增加到1kHz，以獲得更高的測量速度。

圖3：帶R&S ZV-WR10波導校準套件的90GHz帶通濾波器完整毫米波測量的設置。

除了濾波器測試，Z110還適用于其他多種的應用，包括：1. 由于內置了W波段的衰減器，所以它可以提供很低的激勵電平，這樣進行低噪聲放大器測試等類似應用將不存在任何問題。2. 可用在那些緊湊型設計和需要快速掃描的生產線上。在粒子敏感環境中，比如在晶元探針臺上，無需風扇的無源散熱是另一個優勢。3. 針對毫米波頻段的多端口和平衡端口測量應用。

多端口測量

到目前為止，多端口和平衡端口測量被限制為大約50GHz帶寬，但在W波段中也有許多應用采用平衡電路或多端口器件(如測距雷達、國防和航空應用)。利用R&S ZVA-Z110變頻模塊和R&S ZVT20矢量網絡分析儀，可以提供高達6個測量端口。

定向耦合器的三端口測量

1．為什么采用三端口測量？

采用3個變頻模塊和合適的矢量網絡分析儀，連接一次就可以完成一個三端口的耦合器的測量(圖4)。這可以節約測量時間，并能同時測量所有的3×3S參數，而不需要多次連接和多次的二端口校準。采用全3端口的校準取代多次的二端口校準，可以獲得更加精確的測量結果。

圖4：三端口測量只需三個變頻模塊。

2．測量設置

R&S ZVT20可以使用高達4個變頻模塊，而不需要外部信號源。這種解決方案非常緊湊，不需要額外硬件，并提供很高的測量速度。在上文提到的三端口應用中，只需三個變頻模塊。R&S ZVT20的測量端口5和6為變頻模塊提供本振信號。如果需要，還可以利用外部Wilkinson功分器將本振信號分配給所有的變頻模塊。

UOSM校準

UOSM 校準技術的優點是可以利用一個未知的直通件作為標準件。這一未知的直通件僅要求具有很好的正、反向互易性，因此，該未知直通件不要求具有良好的匹配和低損耗特性。甚至價格低廉的、帶帶標準法蘭盤的波導管節、波導彎頭和波導扭轉接頭，只要具有互易特性都可以作為直通件。在校準后所有對輸出端口方向的改變都會造成(可避免的)精度損失，因此在這個例子當中，一個H面的波導彎頭在波導測試端口1和4，以及測試端口2和4之間建立直通。波導測試端口1和2是通過兩個測試端口的直接連接而建立直通的。

定向耦合器的測量結果

圖5所示的測量結果是采用1kHz測量帶寬而得到的。曲線Trc1為插入損耗，曲線Trc2為耦合度損耗，曲線Trc3為隔離度，曲線Trc4為通過Trc3和Trc2運算得到的方向性系數。

圖5：三端口耦合器的測量結果。

關鍵指標如下：

1. 頻率范圍：75~110GHz；

2. 波導型號：WR10；

3. 連接類型：兼容UG387/U-M精確的波導法蘭盤；

4. 測試端口輸出功率：+2dBm，在射頻輸入口處為+7dBm；

5. 輸出功率精度：<4dB(0dB衰減)；

6. 手動功率衰減：0~25dB；

7. 動態范圍：95dB(典型值110dB)；

8. 在射頻和本振端的輸入功率：+5~+10dBm(理想值為+7dBm)；

9. 供電特性：100~240V，47~63Hz；

10. 尺寸(W×H×D)：360.5×110×114mm；

11. 引腳的數目：4個、3個或者無引腳。

配置要求

哪些矢量網絡分析儀可以使用該變頻模塊？

最高工作頻率不低于20GHz的R&S ZVA或R&S ZVT都可以使用該變頻模塊，并假設支持以下兩個選件：發生器和接收機的直接連接選件和變頻控制軟件選件。

需要外部信號源嗎？

在第二個例子中(耦合器)，如果變頻器的本振信號由R&S SMF100A提供并(通過4端口功分器)被分配給所有的變頻模塊，則4端口R&S ZVA也可以滿足這樣的測量。外部信號源必須通過R&S ZVA來控制，這會增加掃描時間，但使用信號源的列表掃描方式可以改善掃描時間。一般而言，如果通過外部信號源提供本振信號，可以增加矢量網絡分析儀使用的變頻模塊數目。例如：通過R&S ZVT20和R&S SMF100A以及一個合適的本振信號分配網絡，可以使用6個變頻模塊。此外，只用一臺兩端口R&S ZVA24網絡分析儀是不能驅動該變頻模塊的(最少需要4端口)，不過如果加上一臺R&S SMF100A就可以使用一個或者兩個變頻模塊。