毫米波技术技术原理

2019-03-05 15:04:24      点击:

  毫米波技术已经发展了数十年,主要应用于航空航天、国际和微波回程应用领域,虽然开发、制造和支持的成本高昂,但给用户带来的惠益却有目共睹。最近,制造工艺的进步已经使甚高频(EHF)器件的成本得以降低,使其更适合商用和消费者应用。例如,开发人员已经采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术制造出截止频率fT超过500GHz的器件,一些开发人员正致力于将这一经济高效的技术扩展至太兆赫范围。

 

  作为一家独立自主的创新企业,是德科技一直在开发EHF元器件。在微波半导体技术领域的强大实力使其能够开发下一代磷化铟(InP)工艺,支持晶体管开关频率超过300GHz。这样可以让测试设备和其他器件中使用的集成电路(IC)实现更高的带宽。

 

  克服阻碍,实现更佳的测量

 

  在生产商用完整测试设备(提供精确、可重复的毫米波测试结果)时,导引信号和生成功率是带来挑战的两个主要问题。波导就是一个重要的实例:其必须尽可能完美,从而确保毫米波仪器内部的正确工作。管理100GHz至1THz之间的信号要求使用不同的波导频段。在如此短的波长上,法兰连接中的任何歪斜都会产生多余的反射,致使信号质量下降,并且信号功率减小。

 

  想要生成充足的功率电平面临着重重挑战,因为在这些频率上很难同时兼顾放大器效率和线性度。这有可能限制信号发生器或网络分析仪能够产生的最大功率电平。

 

  一旦这些问题得到解决,下一个重大问题就是仪器的校准和测试装置的设置。在极高频率上准确校准功率电平十分困难,但是要想确保测量准确性和避免损坏被测器件(DUT),精确控制功率是必不可少的。

 

  对于新手来说,毫米波测量似乎是一种艺术、科学,可能还要靠运气。实际上,一个全新的开始将为工程师带来很多好处:抛开旧习惯,采用深思熟虑的方法,以及调整所有期望值。例如,测试人员需要仔细关注测量设置的每个阶段:仪器、电缆和附件。这意味着需要花时间确保精密的连接、对输出信号进行干净的上变频、对输入信号进行精准的下变频、降低信号内部的杂散和良好管控的内部谐波。这些因素对于成功进行网络分析及无源或有源器件(分别为S或X参数)的表征十分重要。

 

  合并必要的测量功能

 

  全新的是德科技宽带毫米波解决方案对上述问题给予了足够的重视。测量平台基于一台26.5GHz或67GHzPNA或PNA-X矢量网络分析仪。其他核心组件包括2端口或4端口毫米波测试仪控制器,以及一组紧凑型频率扩展器(“智能模块”)。智能模块包括强化的1.0mm连接器、对流散热模块和内置数据表征模块,支持开机时对端口输出功率进行完全校准。为了简化台式测量,工程师能够在可选的桌面定位器上安装频率扩展器。

 

  新解决方案的测量结果可溯源至国家测量机构。其基础就是1.0mm校准套件,结果使得关键性能参数(如剩余校准误差、系统动态精度和稳定度)的测量不确定度是可溯源的。一个随附的USB热电偶功率传感器(U8489A)覆盖了直流至120GHz的范围,能够利用1.0mm连接器和方便的单次连接简化电源功率校准(图2)。为了进一步提升测量结果,用户可以选择对已连接的测量应用自动夹具去嵌入,或在探针处执行校准,从而提高晶圆上测量的精度。

 

  利用机械技术创新增强稳定度和精度

 

  在毫米波频率,测量系统的整体性能也取决于其物理和机械设计。在新的智能模块内部,是德科技应用了先进的加工能力来制造宽带耦合器技术,可在测量校准期间提供出色的稳定度。

 

  在测试仪控制器和智能频率扩展器模块中,强化的1.0mm测试端口能够确保从测量到测量、日复一日的可重复连接。这可以减少校准不确定度,进一步提高系统级测量精度。

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