? ? 隨著寬帶通信、輔助駕駛、智能家居、安防傳感等應(yīng)用的推動(dòng)，毫米波和太赫茲技術(shù)受到了越來(lái)越多關(guān)注。毫米波太赫茲相關(guān)的產(chǎn)品需求也在日益增加，而相關(guān)的測(cè)試測(cè)量手段卻非常有限。毫米波測(cè)量?jī)x器是電子測(cè)量?jī)x器中最昂貴的儀器，也是眾多精貴科學(xué)儀器中的集大成者，其中毫米波網(wǎng)絡(luò)分析儀更是無(wú)線(xiàn)電測(cè)量?jī)x器的佼佼者。
? ? 由于高頻同軸連接損耗大，因此市場(chǎng)上網(wǎng)絡(luò)分析儀的主機(jī)頻率只到67GHz（有國(guó)產(chǎn)品牌推出1.00mm連接器的樣機(jī)）。在67GHz以上則普遍采用擴(kuò)頻模塊的方式來(lái)將網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量頻率擴(kuò)展搬移到毫米波太赫茲頻段。目前最高頻率的擴(kuò)頻模塊可以達(dá)到1500GHz，世界上有三家品牌推出了750GHz以上的網(wǎng)絡(luò)分析儀擴(kuò)頻模塊產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)分析儀因其強(qiáng)大的傳輸參數(shù)測(cè)量能力，在器件測(cè)試、材料表征、雷達(dá)成像等方面為廣大科研人員提供了強(qiáng)有力的科研工具。
圖1、FEV系列網(wǎng)分?jǐn)U頻模塊搭配R&SZVA系列網(wǎng)分
圖2、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射接收模塊原理圖
圖3、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射參考模塊原理圖
1、毫米波太赫茲芯片測(cè)試
為保證系統(tǒng)測(cè)試精度，一般需要對(duì)矢網(wǎng)內(nèi)部噪聲接收機(jī)的增益、帶寬校準(zhǔn)及S參數(shù)校準(zhǔn)、矢網(wǎng)擴(kuò)頻模塊S參數(shù)校準(zhǔn)和探針尖上S參數(shù)校準(zhǔn)，大部分還需要功率掃描能力。由于擴(kuò)頻模塊與探針是波導(dǎo)硬連接，接觸上細(xì)微的偏差就可能造成較大的測(cè)量誤差，且校準(zhǔn)極為繁瑣，影響效率。具有較高穩(wěn)定度的測(cè)試儀表則可以降低系統(tǒng)誤差、保證測(cè)試的準(zhǔn)確性、提高測(cè)試效率。此外芯片測(cè)試的超寬帶需求還要求測(cè)試設(shè)備指標(biāo)平坦度高。平坦度差則測(cè)試平臺(tái)對(duì)不同的頻率傳輸不一致，將使系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)下降，誤差向量幅度（EVM）惡化，幅度誤差和相位誤差嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。
值得注意的是，在測(cè)試EVM和鄰信道功率比（ACPR）時(shí)，一定要注意合適的載波輸入功率，如果輸入功率過(guò)大就會(huì)造成線(xiàn)性度變差，EVM也會(huì)偏大，因此一般需要加上可調(diào)衰減器進(jìn)行測(cè)試。在非線(xiàn)性器件測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)、端口匹配、定向度等指標(biāo)對(duì)器件的測(cè)試結(jié)果極為重要，這也是反映擴(kuò)頻模塊能力的重要指標(biāo)。
圖5、探針實(shí)物圖
（Measure Bandwidth=10Hz）
(Test Duration=2h)
圖8、75-110GHz擴(kuò)頻模塊相位穩(wěn)定度曲線(xiàn)圖
2、天線(xiàn)測(cè)試
與射頻器件的傳導(dǎo)測(cè)試不同，天線(xiàn)測(cè)試是一種在自由空間驗(yàn)證無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品空口性能的測(cè)試方法。天線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和高精度旋轉(zhuǎn)臺(tái)或掃描架為核心，在電磁暗室中通過(guò)配置不同頻段的擴(kuò)頻模塊，可實(shí)現(xiàn)太赫茲頻段的測(cè)試能力。
天線(xiàn)測(cè)試對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍有較高的要求，因?yàn)榭臻g衰減會(huì)損失一定的測(cè)試動(dòng)態(tài)。測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍是由發(fā)射信號(hào)功率大小、天線(xiàn)增益和網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)靈敏度決定的。在天線(xiàn)方向圖測(cè)試中，當(dāng)天線(xiàn)方向圖的旁瓣電平接近于測(cè)試系統(tǒng)的噪聲時(shí)，系統(tǒng)噪聲直接影響旁瓣電平測(cè)試精度，為了減少這種影響，實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于最小動(dòng)態(tài)范圍的要求。因此為了提高零深和副瓣測(cè)試靈敏度，測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍這一指標(biāo)必然十分重要。提高測(cè)試端口功率及接收機(jī)靈敏度，從而改善測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。
3、材料測(cè)試
圖9、材料介電特性測(cè)量方法
一般對(duì)高頻材料的介電特性測(cè)量多為自由空間或者過(guò)模波導(dǎo)腔測(cè)試方法。這類(lèi)測(cè)試方法中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都是核心儀表。配合毫米波太赫茲頻段收發(fā)天線(xiàn)、測(cè)量夾具以及主控軟件等，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1THz以上的測(cè)試。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的微波信號(hào)通過(guò)太赫茲擴(kuò)頻模塊將頻率至太赫茲頻段，信號(hào)經(jīng)由發(fā)射天線(xiàn)，通過(guò)待測(cè)樣品后由接收天線(xiàn)接收并存儲(chǔ)，經(jīng)相應(yīng)的算法軟件分析便可得到樣品的電磁參數(shù)。
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀擴(kuò)頻模塊的幅度和相位穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。幅度和相位的不穩(wěn)定度會(huì)對(duì)測(cè)試提取結(jié)果帶來(lái)誤差，會(huì)嚴(yán)重影響算法處理后得到的材料參數(shù)，尤其是對(duì)于損耗正切角極低的材料尤為關(guān)鍵。
圖10、170-260GHz擴(kuò)頻模塊輸出功率曲線(xiàn)圖
4、成像與檢測(cè)
? ?矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀搭配擴(kuò)頻模塊還可以快速搭建一套太赫茲成像與檢測(cè)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)為雷達(dá)成像、RCS測(cè)量、材料的無(wú)損檢測(cè)提供了通用快捷的研究手段。其中對(duì)于無(wú)損成像研究可以采用點(diǎn)頻二維成像和調(diào)頻連續(xù)波掃頻三維成像。系統(tǒng)利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部雙源提供擴(kuò)頻模塊的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和本振驅(qū)動(dòng)信號(hào)，擴(kuò)頻模塊的參考中頻和測(cè)試中頻直接輸入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部的接收機(jī)，可獲得信號(hào)的幅度和相位信息。利用太赫茲成像算法就可得到無(wú)損檢測(cè)結(jié)果。
圖12、材料檢測(cè)模型
圖13、反射式太赫茲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)圖
下面是采用蘇州伏波電子科技有限公司的FEV系列擴(kuò)頻模塊在330-500GHz采用反射式太赫茲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)預(yù)置缺陷的聚四氟乙烯-橡膠復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)，得到11-12mm處有空氣槽缺陷存在。
圖14、聚四氟乙烯-橡膠復(fù)合材料空洞缺陷實(shí)物圖
圖15、空洞缺陷測(cè)試結(jié)果
?圖16、脫粘缺陷測(cè)試結(jié)果
?圖17、膠接面不均勻測(cè)試結(jié)果
蘇州伏波電子科技有限公司
? ?蘇州伏波電子科技有限公司是國(guó)內(nèi)一家致力于毫米波太赫茲國(guó)產(chǎn)化的民企企業(yè)，是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，經(jīng)過(guò)三年的發(fā)展公司產(chǎn)品覆蓋DC-500GHz，頻率擴(kuò)展產(chǎn)品和毫米波標(biāo)準(zhǔn)器件產(chǎn)品得到國(guó)內(nèi)眾多科研院所和企業(yè)的應(yīng)用，并獲得好評(píng)。為進(jìn)一步促進(jìn)毫米波技術(shù)的應(yīng)用，并與國(guó)內(nèi)行業(yè)伙伴深入合作，特面向全國(guó)招募毫米波太赫茲應(yīng)用研究和商務(wù)代理伙伴。期待與各界朋友攜手，實(shí)現(xiàn)中國(guó)毫米波太赫茲技術(shù)的蓬勃發(fā)展。
