毫米波测试系统原理

2017-08-25 11:16:48      点击:

  随着智能手机用户的增加和各种手机应用软件的发展,对无线数据传输速率的要求与日俱增。原有的频谱资源已经非常拥挤,不能满足这些需求,急需新的频谱资源来满足这一需求。有鉴于此,20167月,美国FCC开放了将近11GHz的频谱资源:27.528.35GHz3738.6GHz38.640GHz6471GHz,用于满足该需求。虽然5G还在研发中,目前来看,最快应用的将是家庭宽带毫米波测试系统接入。在此之后,将会在移动通信,基站中大规模应用,并会使用波束赋形天线技术来补偿信号在空间传输中产生的比较大的衰减。

 

  越来越多的行业和应用开始使用毫米波测试系统的频率。在很长的一段时间内,毫米波(大于40GHz频段)主要用于军事领域,包括各种雷达,卫星通信等,民用应用也只限于微波点对点的应用中。由于工作在毫米波频段的同轴电缆和连接器等器件的设计开发难度比较大,很多公司的产品目前使用的连接方式还是以波导为主。安立公司在毫米波半导体器件,微波器件,电缆和接头方面一直有很深的研究,并且有多年的持续投入,在该方面一直处于业界的领先的位置。目前毫米波在工业和消费类领域的应用也越来越多,研发工程师必须知晓测试系统中使用的同轴电缆给测试可能带来的问题。安立公司为此开发了一系列的小型化仪表,可以有效的减少使用同轴电缆和连接器的数量,有效的提高测试精度。

 

  基于毫米波的诸多优点,可以开发很多的应用。然而,高频率的信号传输,也不可避免的带来高的传输损耗,低的测试重复性和外场测试困难等问题。射频和微波信号传播损耗vs.频率(f)与距离(d)的关系见下面的公式

 

  在毫米波的频率,受到大气中,尤其是氧气分子的影响,还会有比较大的大气传播衰减。图2显示了大气传播衰减和频率之间的关系。在60GHz的频段,由于氧气分子对电磁波吸收的加剧,会出现一个衰减的峰值。正因为60GHz传输衰减比较大,传输距离相对短,同频干扰也相对少,因此政府将60GHz频段规定为非授权的频段。同时,衰减较大对测试也带来了挑战,测试仪表需要比较大的输出功率或比较高的接收灵敏度来保证测试的精度。

 

  当频率到70GHz的时候,同轴连接器内导体的直径只有0.5mm,该尺寸已经接近车床机械加工能力的极限,连接器上任何的毛刺甚至灰尘都会影响连接器的在毫米波频段的匹配性能。相对于低频连接器,在使用高频连接器的时候,要务必小心,以免损坏。并且建议在每次使用之前,使用放大镜检查和进行清洁,并且使用力矩扳手进行连接。

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