可以使用矢量网络分析仪进行ρ的测量,图5显示的就是通过上述公式得到的不确定度曲线。例如:一个70GHz的信号源和一个功率计或频谱仪通过电缆连接,信号源和功率计或频谱仪端口的驻波比为2:1(ρ=1/3),一个0dBm的功率测试的最差不确定度可能高达+0.92dB 到‐1.02 dB。如果一个系统的电缆或连接数量更多,相应的误差也会更大。

毫米波应用的挑战 毫米波测试的进展

图5、由于连接处的反射ρ1和 ρ2导致的测试不确定度(±dB)

使用高性能,低损耗的电缆可以降低测试不确定度,但是会带来成本的上升等问题,例如一个2英尺长的精密测试电缆大约需要1000美元,同时在精密的测试电缆也不能完全消除连接端面的失配和电缆自身损耗带来的测试误差(见图6)。如果在一个系统中使用多根电缆的话,问题将会变得更加复杂。例如,假设一个电缆在30GHz时候的损耗是5dB,在70GHz时候的损耗是8dB,同样厂家生产的另一跟电缆,在30GHz时候的损耗是5dB,在70GHz时候的损耗却是10dB。事实上,这种情况很常见,在这种情况下,损耗的计算就变得复杂了,可能需要一个矢量网络分析仪测试每一个频点的实际损耗,这将变得很繁琐并且容易出错。如果能减少甚至消除电缆的使用,将被测件和测试仪表直接连接,将会大大简化测试过程,并且提高测试精度。图6的例子中,如果将频谱仪和被测件直接连接,由于没有了电缆的影响,灵敏度将增加5dB,测试不确定度会降低大约0.4dB。

毫米波应用的挑战 毫米波测试的进展

图6、当使用电缆连接测试仪表和被测件时,由于电缆的反射和损耗引起的测量不确定度

毫米波测试的进展

毫米波测试技术的进展使得测试的精度得到了提高,1983年发明的40 GHz的K型连接器(安立公司专利),1989年发明的70 GHz V型连接器和1997年发明的110GHz W型连接器的都是测试接口技术逐渐发展的例子。

测试仪表也在逐渐发展以满足市场的需求:目前,矢量网络分析仪的一个同轴输出口可以支持70kHz到145GHz,还有非常小巧的USB接口的频谱分析仪,频率范围支持9kHz到110GHz(图7)。

安立的毫米波矢量网络分析仪的外混频器体积非常小,由于使用了非线性传输线(NLTL)技术,单次连接最宽覆盖70kHz-110GHz/145GHz。并且由于使用同轴输出,可以和探针直接连接,大大提高了测试的稳定性和易用性,非常适合晶圆级别的探针测试。同样使用了非线性传输线(NLTL)技术开发的手持频谱仪,频率范围覆盖9kHz-110GHz,体积只比一个智能手机稍大,却可以提供和台式仪表相媲美的性能,但是还具有比较低的价格和小的体积。由于体积很小,仪表可以和大部分的被测件直接连接,而不需要同轴电缆转接。