[发明专利]一种太赫兹波段低损耗频谱仪扩频装置和扩频方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹波段低损耗频谱仪扩频装置，第一双工器的公共端口与频谱仪连接，第一双工器的本振输出端口依次通过本振倍频器、带通滤波器和放大器后与第二双工器的本振输入端口连接；第二双工器的公共端口与谐波混频器的本振或中频共用端口连接，谐波混频器的射频端口接收射频信号；第二双工器的中频输出端口与第一双工器的中频输入端口连接。本发明还公开了一种太赫兹波段低损耗频谱仪扩频方法。本发明通过本振倍频器对本振信号进行倍频放大，随后在谐波混频器中与射频信号进行混频，并将混频后的中频信号输入到频谱仪中，输入信号不需要进行开关切换选择变频信道，而是直接将输入信号接入到谐波混频器。

技术领域

本发明涉及谐波混频技术领域，具体为一种太赫兹波段低损耗频谱仪扩频装置和扩频方法。

背景技术

作为信号测量的重要仪器之一，频谱分析仪在微波领域有着不可替代的作用。目前国际上可提供频谱分析仪的公司主要为美国是德科技和德国罗德与施瓦茨公司两家，两家公司提供的主流频谱仪的分析频率为50GHz，近来也推出了频率直达67GHz的频谱分析仪。然而，频谱分析仪的工作频率越高，其价格也越昂贵。

为了满足用户对毫米波太赫兹频段测量的需求，频谱分析仪通常会提供用于外部扩频的本振及中频接口，可外接高频谐波混频器来扩展频谱仪的测量频率。是德科技的PXA系列频谱仪提供一个扩频SMA接口，该接口为本振/中频共用接口，通过频谱仪内部自带的双工器分离输出的本振信号和输入的中频信号。该扩频SMA接口可输出3.75～14.1GHz范围内的本振信号用于频谱扩展，并同时接收扩展件输出的中频信号(固定约300MHz)。这种单扩展接口的频谱仪适合与两端口谐波混频器配合实现频率扩展。两端口混频器只有两个物理接口，即一个射频接口和一个本振/中频共用接口。扩频时，该接口与PXA的扩频SMA接口相连，通过设置频谱仪扩展的谐波次数和扩频件带来的损耗，频谱仪即可显示待测信号频率和功率大小。罗德与施瓦茨的FSW系列频谱仪提供三个扩频SMA接口，其中有一个与PXA系列类似的本振/中频共用接口，适配于双端口谐波混频器；另有一对独立的本振和中频接口，适配于三端口谐波混频器。三端口谐波混频器有三个物理接口，分别为射频、本振输入接口和中频输出接口。FSW系列可提供7.65～17.45GHz的本振信号，上限频率高于PXA系列。

毫米波太赫兹频段组件通常采用波导传输方式，符合国际上通行的波导标准，为了适配测量不同频率范围的微波器件，扩频件的工作频段通常为一个标准波导频段，例如V波段(WR-15，频率范围50～75GHz)，E波段(WR-12，频率范围60～90GHz)，W波段(WR-10，频率范围75～110GHz)等。

在本振频率范围固定的情况下，如果频谱仪要扩展到更高的频段，混频器的谐波次数需相应提高。混频器的谐波次数越高，变频损耗相应增大，射频信号经过混频器产生中频信号进入频谱仪后的动态范围就相应减小。当底噪较大时，中频信号有可能被噪声淹没，这样在频谱仪上难以观察到有用信号。例如，当PXA系列频谱仪搭配扩展件测量220～330GHz的射频信号时，传统的混频方案是24次谐波混频，变频损耗将达到50dB以上。在测量功率较小的信号时，待测信号经过混频后的中频信号功率可能与PXA系列频谱仪的噪声功率大小相当，这大大降低了频谱仪的测量动态范围。因此，传统的频谱扩展方法在频率较高时难以满足大动态范围的测试场景，例如对太赫兹天线的零深指标测试。

公开号为CN106095705A的发明专利申请公开了一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置和方法。该申请主要是为把频谱仪主机的工作频率向临近的高频扩展，随着扩频频率的提高，频率的分段会显著增加，从而导致扩频装置结构较为复杂。此外，该扩展装置射频输入端采用单刀多掷的开关进行不同频率段的切换，输入信号采用共同的同轴接口。在扩频频率超过110GHz时，现阶段已经无法提供共同的同轴输入接口，即110GHz以下可以采用1.0mm同轴接头，而110GHz以上必须采用矩形波导。因此，该扩频装置在频率高于110GHz时会失效。因此该申请的扩频装置仍存在一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种结构简单的频谱仪扩频装置。