微波毫米波测试技术及仪器发展动态-上

微波毫米波测试技术及仪器发展动态(上)2008年微波技术新进展微波测试技术的地位和作用测试的重要性微波测试在民用，尤其是在军事上的重要性现代微波测试技术与传统微波测试技术的主要差别C4I(Command,Control,Communication,Computer,Information)系统为测试技术不仅提出了新的课题，而且还提供了巨大的市场国内外微波测试仪器的现状品种多样化，以满足不同的需要向高频率、宽频段和高性能方向发展智能化，协同化相互技术封锁国外高端仪器对中国进行禁运信号发生器信号分析仪网络分析仪微波毫米波测试仪器频谱分析仪功率放大器相位噪声测试仪取样示波器功率计测试接收机信号模拟发生器综合测试仪矢量网络分析仪标量网络分析仪阻抗调配器噪声系数测试仪数字存储示波器合成信号发生器信号模拟发生器微波测试仪器的分类微波毫米波测试用传输线和射频连接(Radiofrequencyjoint)微波毫米波测试用连接器已标准化、国际化同轴测试仪器波导测试仪器同轴连接器频率范围波导频率范围N型DC-18GHzWR-4218-26.5GHz7mmDC-18GHzWR-2826.5-40GHzSMA(3.5mm)DC-26.5GHzWR-2233-50GHzK(2.95mm)DC-40GHzWR-1940-60GHz2.4mmDC-50GHzWR-1550-75GHzV(1.85mm)DC-60GHzWR-1075-110GHz1.0mmDC-110GHzWR-6110-170GHz6美国安捷伦（原hp公司）日本安立德国罗德&施瓦茨国内41所微波毫米波测试仪器市场主要被安捷伦、R&S和安立三家公司所垄断，我国微波毫米波测试仪器刚刚起步,已经形成了“探索一代、预研一代、研制一代和生产一代”的科研生产体系,具备小批量生产能力微波毫米波仪器主要供应商仪器门类安捷伦公司R&S公司安立公司中电41所网络分析仪5个系列3个系列3个系列3个系列信号发生器7种系列6个系列2个系列3个系列信号分析仪8个系列7个系列3个系列5个系列噪声系数测试仪1个系列————1个系列功率计2个系列5个系列1个系列3个系列频率计4个系列——1个系列1个系列相位噪声测试仪1个系列1个系列——综合测试仪——————1个系列微波毫米波仪器主要系列仪器门类安捷伦公司R&S公司安立公司中电41所网络分析仪67GHz/110GHz40GHz65GHz/110GHz60GHz/170GHz信号发生器67GHz/325GHz60GHz65GHz/325GHz60GHz/170GHz信号分析仪50GHz/325GHz50GHz/110GHz40GHz50GHz/170GHz噪声系数测试仪25.5GHz/110GHz————40GHz/110GHz功率计50GHz/110GHz40GHz50GHz40GHz/170GHz频率计46GHz——40GHz40GHz相位噪声测试仪7GHz50GHz————综合测试仪——————20GHz微波毫米波仪器技术水平对比总体发展趋势1、现代电子测试仪器蚕食了现代计算机更新换代速度与计算机发展保持同步9奔腾计算芯片Windows操作系统共享计算机外设资源共享计算机软件资源仪器更新换代速度平均5~10年平均3年2、仪器成为庞大计算机网络的一个终端设备，实现从终端测量向网络测量转变！打破了时间和空间的限制！◇通过测量网络的协议，对通信网络和计算机网络的运行状况进行实时监测与状态分析。◇利用嵌入式测试技术、计算机网络和通信网络构建分布式网络化的测试系统，实现远程测试与故障诊断。网络就是测量总体发展趋势数字化仪器结构框图外部电源用户接口信息系统接口模拟部分模拟信号电源ADC或DAC输入或输出信号控制数字数据物理包装处理器包括RAM,ROM,I/O等高速、高分辨率采用标准接口采用DSP技术，多种测量算法采用超大规模集成电路、FPGA、EPLD及专用集成电路，实现复杂、多功能关键：高速A/D和D/A变换器3、数字化速率提高、位置处理前移，实现从模拟体制到数字体制的转变！总体发展趋势124、利用现代高速数字信号处理技术，实现从稳态测量到瞬态测量的转变！稳态信号测量：功率、频率、频谱瞬态信号测量：复杂电磁环境、调制样式、跳变模式、信息含量等参量测量。总体发展趋势13信号识别调制识别信号仿真信息测量信息还原5、利用数字通信调制与解调技术，实现从信号测量到信息测量的转变！总体发展趋势6、利用微波毫米波MMIC集成电路，使混合集成成为微波毫米波信号处理的必然选择！总体发展趋势7、一体化和多仪器协同测量总体发展趋势——信号源——一般经济型扫频发生器将退出历史舞台，取而代之的是频率合成技术频率合成器：已有专用集成块，且具有高分辨率锁相式频率合成器DDS频率合成器YIG振荡器+倍频方案双YIG振荡器+倍频方案倍频方案的相位噪声有恶化趋势，在3mm或更高频段也可直接用基波振荡器（宽带速调管；窄带固态振荡器），可提高功率输出，抑制杂波微波毫米波仪器特点主要对射频信号特征、质量的分析频谱分析仪的本振：高性能频率合成源预选频混频技术：26.5GHz以下采用单YIG26.5GHz以上采用双YIG基波混频毫米波波导频谱仪：采用外加混频器模块——信号分析仪——微波毫米波仪器特点相位噪声的单位：dBc/Hz(在偏离载波某点）微波毫米波相位噪声的两种测试方法：a)直接频谱分析法（频谱分析仪）b)先解调，后分析法(相位噪声测试仪）相位噪声测试仪的关键技术：a)频率变换技术b)相位解调技术c)相位噪声特性曲线的测试——相位噪声测试仪——微波毫米波仪器特点噪声系数单位：dB噪声系数定义：噪声系数测试仪的用途噪声系数测试仪现状输出信噪比输入信噪比N——噪声系数测试仪信号源——微波毫米波仪器特点频率计数法的工作方式发展现状关键技术努力方向毫米波频率计－外谐波混频——频率计——微波毫米波仪器特点微波毫米波功率检测传感器肖特基检波二极管功率头计算机技术用于功率测试连续波功率计的动态范围峰值功率计——功率测量仪器——微波毫米波仪器特点矢量网络分析仪(Vectornetworkanalyzer)标量网络分析仪(Scalarnetworkanalyzer)误差模型（Errormodel)校准技术(Calibrationtechniques)校准方式(Calibrationmethod)测试方式(Measurementmethod)值得注意的动向：(1)频率扩展问题(2)高速计算机技术的应用(3)拓展矢量网络分析仪的应用空间(4)射频矢量网络分析仪的发展特点——网络分析仪——微波毫米波仪器特点微波毫米波宽带测试仪器发展状况（一）宽带同轴信号产生器4GHz/20GHz/40GHz/70GHz（1）高纯信号发生技术直接合成：低噪声晶振+倍频间接合成：锁频环FLL高纯本振取样变频高纯信号输出低噪声参考环高纯取样本振环取样变频低噪声振荡器低噪声鉴相及驱动信号调理高分辨力参考发生频率范围：250kHz-70GHz频率分辨率：0.001Hz单边带相位噪声（10GHz）：100Hz-90dBc/Hz1kHz-110dBc/Hz10kHz-115dBc/Hz100kHz-115dBc/Hz宽带信号产生器（1）高纯信号发生技术频率分辨率：0.001Hz输出功率：-135dBm～+20dBm(max)单边带相位噪声(10GHz)：PSGE8257D频率范围:Option520：250kHzto20GHzOption540：250kHzto40GHzOption550：250kHzto50GHzOption567：250kHzto67GHz(operationalupto70GHz)宽带信号产生器宽带信号产生器（2）捷变频信号发生技术Agilent8791频率范围：0.05-18/40GHz捷变时间：100ns推出年代：90年代SynopsisAWAACSAEROFLEXFS5000ELCOM-TECHUFS频率范围：DC-40GHz捷变时间：100ns推出年代：2004年频率范围：DC-54GHz捷变时间：200ns推出年代：2004年频率范围：300MHz-26.5GHz捷变时间：200ns推出年代：2000年宽带信号产生器直接数字合成(DDS)直接模拟合成(ADS）频率范围：DC-40GHz频率切换时间：100ns功率捷变范围：60dB高速捷变数据发生&基带发生技术捷变频直接模拟上变频技术高精度大动态范围功率捷变技术DDSRFOUTLOADS（2）捷变频信号发生技术关键技术：DDS+ADS宽带信号产生器（3）大调制带宽信号发生技术最新进展：频率范围：250kHz-44GHz基波调制范围：250MHz-20GHz内调制带宽：80MHz外调制带宽：2GHz点频矢量调制+微波上变频宽带基波矢量调制新技术：宽带直接矢量调制MMIC技术高精度I/Q通道调理技术矢量调制误差精密补偿修正技术调制信号输出IQ基带信号发生调制信号输出IQ基带信号发生宽带信号产生器（4）数字射频存储（DRFM）环境模拟仿真技术模拟目标的速度、距离、方位、行进方向、调制格式、天线扫描方式、环境噪声等复杂信息，为雷达告警设备、侦察接收设备等提供仿真测试信号。噪声与干扰信号多普勒调制信号程控数字延迟线调制器DAC上变频器回波信号输出下变频器本振源雷达信号输入ADC三维地图导入、电磁态势编辑、电磁目标参数编辑、三维运动轨迹规划、动态场景播放、多域实时监视、参数实时控制、实战效果评估等功能。宽带信号产生器32（4）数字射频存储（DRFM）环境模拟仿真技术宽带信号产生器（二）宽带高性能信号分析仪3GHz/26.5GHz/40GHz/50GHz测量接收机•场强接收机•EMI测试接收机•瞬时测频接收机•测向接收处理机•TEMPEST接收机信号分析仪•频谱分析仪、•矢量信号分析仪•调制域分析仪、•调制度分析仪•音频信号分析仪•动态信号分析仪•EMC分析仪测量接收机与频谱分析仪界限越来越模糊！宽频带：50GHz、110GHz、325GHz高分辨率：10Hz、1Hz、1mHz高灵敏度：-155dBm大动态范围：140dB低相噪(10kHz)：-123dBc/Hz安捷伦与R&S两大流派的融合！信号分析仪TEMPEST：信息设备的电磁辐射与信息泄漏（1）宽频带信号接收与处理技术宽带开关预选混频组件开关YIG滤波器谐波混频器低波段驱动调谐本振中频微波信号信号分析仪（1）宽频带信号接收与处理技术PSAE444xAPSA系列频谱分析仪频率范围:E4443A：3Hzto6.7GHzE4445A：3Hzto13.2GHzE4440A：3Hzto26.5GHzE4447A：3Hzto42.98GHzE4446A：3Hzto44GHE4448A：3Hzto50GHz具有多种选件，还可选配专用相位噪声测试软件；具有外部谐波混频器接口，实现频率扩展信号分析仪（2）实时频谱分析技术（TEK3408）扫频分析仪实时分析仪频率频率实时分析结果扫频分析结果FSK信号信号分析仪实时信号重叠帧并行处理信号分析仪（2）实时频谱分析技术模拟信号捕获的时间取样记录重叠FFT帧N个样点捕获的时间取样记录FFT帧N个样点典型频谱图重叠FFT处理‘扩展’视图,增强细节分析,平滑频谱增强帧尾脉冲的捕获能力信号分析仪（2）实时频谱分析技术实时分析时域分析频域分析调制域分析多域并行分析与多域显示（3）多域并行分析与多域显示技术信号分析仪（三）宽带矢量网络分析仪10MHz-3GHz/6GHz/9GHz/20GHz/40GHz/67GHz取样混频方案本振频率低，一般只有50MHz-300MHz，变频损耗大，高达50dB，限制了接收机测量灵敏度，本振简单成本低基波混频方案本振频率高，本振复杂成本比较高，尤其是67GHz和50GHz现代宽带同轴毫米波矢量网络分析仪要集成两个信号源，成本增加很多。但基波混频方案变频损耗低，接收机测量灵敏度