毫米波段衰减量测试方法研究

    0　引言

    毫米波是介于微波与光波之间的电磁波,通常毫米波频段是指30GHz到300GHz。由于毫米波的不易受电子干扰、频带宽、分辨率高和携带信息量大等优点,因而被广泛应用于军事和民用领域,毫米波技术的蓬勃发展,必将带动各种新型毫米波仪器设备的出现,为确保设备处于正常工作状态,必须定期对其进行检定、维修和维护。衰减计量作为微波计量主要任务之一必须实时的跟上毫米波技术的发展。

    由于微波技术的迅速发展,必须有相应的衰减测试手段与方法与之适应,较为熟悉的测试方法有功率比法、射频替代法、中频替代法和音频替代法等多种方法,同时在不同频带的替代又可采用串联替代或并联替代。本文将介绍的衰减测试系统则是充分结合各种测试方法优点,实现毫米波段多种固定衰减器和可变衰减器的可靠检定。

    1　衰减测试方法比较与选择

    1. 1　衰减测试方法比较

    1)功率比法

    功率比法测量衰减的原理是根据衰减量的定义,被测衰减器接入到信号源和功率敏感器之间的匹配系统中,根据功率级的两次读数,即可求出被测衰减量。

    功率比法的最大优点是操作方便,并具有频带宽、驻波性能好的优点,而且由于功率敏感器与功率计之间为直流连接,移动和弯曲对测量结果没有什么影响。

    在毫米波段直接采用功率比法的缺点是动态范围小,通常限制在40dB,且对功率计要求较高。

    2)射频替代法

    射频替代法又称高频替代法,被测件的衰减,是通过与工作在同一频率的标准微波衰减器相比较来进行测量的。

    采用射频替代法需有超稳信号源和超稳接收机,衰减标准通常由回转式衰减器充当,故测量上限在50dB左右。

    3)中频替代法

    中频替代法测量衰减的原理使用外差变频将微波信号线性地变为中频信号,然后用中频标准衰减器的衰减量来替代被测衰减器的衰减量。

    在该方法中一般采用精密的波导截止式衰减器作为中频标准衰减器,而波导截止式衰减器的起始衰减的非线性恰恰是中频替代法的误差的一项重要来源。

    1. 2　测试方法选择

    鉴于以上各种方法的比较,本套毫米波段衰减自动校准系统采用串联低中频替代法,即把中频替代法中的频率由通常的30MHz降低到10KHz,从而采用在音频范围内准确度极高的感应分压器代替截止式衰减器作为衰减标准。

    该方法的工作原理如图1所示。

    整个测试系统采用高准确度的感应分压器作为衰减标准,由经被测件衰减后的信号源信号与本振信号在双平衡混频器的线性混频下获得低频信号,再输出至感应分压器,由高稳接收机来监测信号输出的大小,根据被测件插入系统前后感应分压器的分压比变化计算出被测件的衰减量。