E波段微波互連測試

　　隨著各種無線設(shè)備的廣泛使用，使得數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)變得非常的擁擠，現(xiàn)有的頻譜資源越來越緊缺，迫切需要更高的頻段更大的帶寬來滿足基站到網(wǎng)絡(luò)之間的互連傳輸需求。發(fā)展到現(xiàn)在，在E波段的71GHz和86GHz頻率處，已經(jīng)可以分別提供5GHz的帶寬，用以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的互連通信。E波段的高頻率特性，給測試測量儀器帶來了很大的挑戰(zhàn)，尤其是在進(jìn)行收發(fā)模塊和傳輸系統(tǒng)的測試應(yīng)用當(dāng)中。

　　E波段：更大帶寬實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)傳輸

　　早在30年前，在日內(nèi)瓦舉行的世界無線電通信大會上(WARC-79)，國際電信聯(lián)盟就通過了將71~76GHz 和 81GHz~86GHz兩個E波段頻段用于通信傳輸?shù)臎Q定。然而E波段應(yīng)用一直沒有太大的發(fā)展，直到20多年之后，提高傳輸速率的需求不斷增加，迫切需要新的頻段來滿足應(yīng)用需求，加上E波段元器件大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的出現(xiàn)，才開始得到業(yè)界的廣泛重視，美國聯(lián)邦通信委員會和歐洲官方機(jī)構(gòu)簽發(fā)了專門的頻段許可，并頒布了具體的技術(shù)規(guī)范，來進(jìn)一步推動相關(guān)的應(yīng)用。現(xiàn)在，Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)不是什么問題了，基于E波段劃分出來的兩個連續(xù)的5GHz頻段，傳輸帶寬可達(dá)到幾百兆赫茲，采用簡單的BPSK等調(diào)制方式，就可實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，再加上簡單可靠的收發(fā)模塊，可以很方便的進(jìn)行毫米波的互連傳輸。隨著技術(shù)的演進(jìn)，還可以采用更為復(fù)雜的調(diào)制方式來達(dá)到更高的傳輸速率。E波段同樣具有良好的傳輸特性，開闊場測試數(shù)據(jù)顯示，在正常天氣條件下衰減為0.5dB每公里，可傳輸距離和38GHz頻段差不多。

　　然而，這種高頻應(yīng)用卻給測試測量帶來了新的挑戰(zhàn)。眾所周知，頻譜管理在微波互連中是至關(guān)重要的，不僅保護(hù)自身不受其它微波源的干擾，還要對自身發(fā)射的功率和頻譜進(jìn)行限定，避免不同通信之間的相互干擾。對于E波段通信也是如此，特別是發(fā)射功率譜密度，在ETSI TS 102 524 V1.1中做了專門的描述。這種功率譜密度測量，就是E波段測試的挑戰(zhàn)之一。

　　E波段頻譜測量：諧波混頻器是關(guān)鍵

　　頻譜分析儀是最適合進(jìn)行上述頻譜測量的儀器，然而目前最高端的頻譜分析儀也只能工作到67GHz，對于 E波段的頻譜測量來說是不能滿足要求的，必須采用頻率擴(kuò)展的測量方法，也就是外接諧波混頻器的方法，該方法利用頻譜儀的本振輸出信號作為混頻器的本振輸入，利用其產(chǎn)生的高次諧波和輸入的毫米波信號進(jìn)行下變頻，得到可被頻譜儀測量的中頻信號。但是，諧波混頻器產(chǎn)生的大量高次諧波信號和輸入信號的高次諧波一起又會生成新的組合頻率分量，只要落在中頻頻率處，就會顯示在頻譜儀的上，造成很多虛假信號的出現(xiàn)，同時，由于沒有高頻預(yù)選器，也沒辦法濾除鏡像信號。因此，必須采取進(jìn)一步的措施來得到準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

　　對于連續(xù)波輸入信號，頻譜儀可以通過兩次掃描的測量方法來區(qū)分真實(shí)信號和鏡像信號以及虛假的組合頻率分量。具體的做法是，首先進(jìn)行一次參考測量掃描，再進(jìn)行一次實(shí)際測量掃描，測量掃描與參考掃描之間本振信號頻率相差為2倍的中頻，測量掃描的低(下)邊帶與參考掃描的高(上)邊帶是所需要的信號，在諧波變頻次數(shù)m相同的情況下，真實(shí)信號經(jīng)過測量掃描得到的下邊帶與參考掃描得到的上邊帶處于同一個位置。這樣就可以把鏡像信號和虛假組合頻率分量清除掉，只顯示出真實(shí)信號的頻譜。

　　如果混頻器輸入的是調(diào)制信號，那么測量就會更加的復(fù)雜。待測真實(shí)信號和鏡頻信號可能會部分交疊在一起，尤其是超大帶寬的調(diào)制信號，就很難將兩者區(qū)分開來了。

　　圖1中藍(lán)色曲線標(biāo)示的是實(shí)際測量結(jié)果，黑色曲線代表的是參考測量結(jié)果?？梢钥闯觯斎胄盘柡顽R像信號是分開的，依舊是可以被減掉的(橙色曲線)，但如果輸入信號帶寬是1GHz，那就沒辦法進(jìn)行區(qū)分。

　　圖1：R&S FSQ信號與頻譜分析儀測量E波段500MHz帶寬信號的頻譜結(jié)果。

　　圖1中的信號與頻譜分析儀中頻頻率只有404MHz，輸入信號和鏡像信號的頻率間距為808MHz，對于500MHz帶寬的輸入信號，如果符合ETSI TS 102 524 V1.1規(guī)定的EIRP功率譜密度，通過從實(shí)際測量頻譜中減去參考測量的頻譜，就可得到準(zhǔn)確真實(shí)的頻譜。如果輸入信號帶寬增加到1GHz，那么輸入信號和鏡像信號的頻譜將會交疊在一起，鏡像信號會嚴(yán)重影響信號(I/Q數(shù)據(jù))的時域分析，而且也不能通過參考測量濾除掉，因此將無法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

　　E波段頻譜分析：測量寬帶調(diào)制信號

　　現(xiàn)代的高端信號與頻譜分析儀不僅可以選配LO/IF接口支持外部混頻器，還具有比傳統(tǒng)儀表更大的測量優(yōu)勢，比如說羅德與施瓦茨公司(R&S)的FSW，具有1.3?GHz的中頻頻率，無鏡像頻率范圍為2.6GHz，可以非常容易的測量高達(dá)GHz的寬帶調(diào)制信號的EIRP功率譜密度。連接上R&S的諧波混頻器，依舊可以實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)一流的動態(tài)范圍。拿R&S FS-Z90(60 GHz~90GHz)來說，該混頻器在80GHz頻率處的變頻損耗典型值為23dB，連接到FSW進(jìn)行頻率擴(kuò)展后，F(xiàn)SW在80GHz頻率處的顯示平均噪聲電平可達(dá)–150dBm/Hz，1dB 壓縮點(diǎn)可達(dá)–3dBm，動態(tài)范圍達(dá)到140dB以上，遠(yuǎn)大于ETSI所要求的50dB，為測量功率譜密度提供了足夠的動態(tài)范圍。R&S FS-Z90諧波混頻器還集成有隔離器，可以實(shí)現(xiàn)1.4:1的電壓駐波比，和無隔離器的諧波混頻器相比，由輸入失配引起的功率測量誤差降低了5倍。

　　圖2中輸出信號和鏡像信號的間距是2.6GHz。測量寬帶信號的功率譜特性和分析寬帶信號的調(diào)制質(zhì)量都沒有任何難度。

　　圖2：R&S FSW 信號與頻譜分析儀測量和圖1一樣的E波段微波互連信號的頻譜測量結(jié)果。

　　圖2中輸入信號的帶寬是500MHz，和鏡像信號的頻率間距是2.6GHz，所要求的50dB動態(tài)范圍也完全在儀表性能指標(biāo)之內(nèi)，因此可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻譜測量。

　　R&S FSW不僅可以測量頻譜，也可以分析調(diào)制質(zhì)量，信號分析帶寬高達(dá)320MHz，可以非常容易的捕獲，解調(diào)寬帶信號，同時進(jìn)行調(diào)制質(zhì)量分析。