随着宽带通信、辅助驾驶、智能家居、安防传感等应用的推动，毫米波和太赫兹技术受到了越来越多关注。毫米波太赫兹相关的产品需求也在日益增加，而相关的测试测量手段却非常有限。毫米波测量仪器是电子测量仪器中最昂贵的仪器，也是众多精贵科学仪器中的集大成者，其中毫米波网络分析仪更是无线电测量仪器的佼佼者。
由于高频同轴连接损耗大，因此市场上网络分析仪的主机频率只到67GHz（有国产品牌推出1.00mm连接器的样机）。在67GHz以上则普遍采用扩频模块的方式来将网络分析仪的测量频率扩展搬移到毫米波太赫兹频段。目前最高频率的扩频模块可以达到1500GHz，世界上有三家品牌推出了750GHz以上的网络分析仪扩频模块产品。网络分析仪因其强大的传输参数测量能力，在器件测试、材料表征、雷达成像等方面为广大科研人员提供了强有力的科研工具。
图1、FEV系列网分扩频模块搭配R&SZVA系列网分
图2、矢量网络分析仪发射接收模块原理图
图3、矢量网络分析仪发射参考模块原理图
1、毫米波太赫兹芯片测试
为保证系统测试精度，一般需要对矢网内部噪声接收机的增益、带宽校准及S参数校准、矢网扩频模块S参数校准和探针尖上S参数校准，大部分还需要功率扫描能力。由于扩频模块与探针是波导硬连接，接触上细微的偏差就可能造成较大的测量误差，且校准极为繁琐，影响效率。具有较高稳定度的测试仪表则可以降低系统误差、保证测试的准确性、提高测试效率。此外芯片测试的超宽带需求还要求测试设备指标平坦度高。平坦度差则测试平台对不同的频率传输不一致，将使系统级指标下降，误差向量幅度（EVM）恶化，幅度误差和相位误差严重影响测试结果。
值得注意的是，在测试EVM和邻信道功率比（ACPR）时，一定要注意合适的载波输入功率，如果输入功率过大就会造成线性度变差，EVM也会偏大，因此一般需要加上可调衰减器进行测试。在非线性器件测试过程中，系统的线性动态、端口匹配、定向度等指标对器件的测试结果极为重要，这也是反映扩频模块能力的重要指标。
图5、探针实物图
（Measure Bandwidth=10Hz）
(Test Duration=2h)
图8、75-110GHz扩频模块相位稳定度曲线图
2、天线测试
与射频器件的传导测试不同，天线测试是一种在自由空间验证无线产品空口性能的测试方法。天线测试系统以矢量网络分析仪和高精度旋转台或扫描架为核心，在电磁暗室中通过配置不同频段的扩频模块，可实现太赫兹频段的测试能力。
天线测试对测试系统的动态范围有较高的要求，因为空间衰减会损失一定的测试动态。测试系统的动态范围是由发射信号功率大小、天线增益和网络分析仪接收机灵敏度决定的。在天线方向图测试中，当天线方向图的旁瓣电平接近于测试系统的噪声时，系统噪声直接影响旁瓣电平测试精度，为了减少这种影响，实际测试系统的动态范围应大于最小动态范围的要求。因此为了提高零深和副瓣测试灵敏度，测试系统动态范围这一指标必然十分重要。提高测试端口功率及接收机灵敏度，从而改善测试系统动态范围。
3、材料测试
图9、材料介电特性测量方法
一般对高频材料的介电特性测量多为自由空间或者过模波导腔测试方法。这类测试方法中矢量网络分析仪都是核心仪表。配合毫米波太赫兹频段收发天线、测量夹具以及主控软件等，可实现高达1THz以上的测试。矢量网络分析仪产生的微波信号通过太赫兹扩频模块将频率至太赫兹频段，信号经由发射天线，通过待测样品后由接收天线接收并存储，经相应的算法软件分析便可得到样品的电磁参数。
矢量网络分析仪扩频模块的幅度和相位稳定性对系统测量的准确度至关重要。幅度和相位的不稳定度会对测试提取结果带来误差，会严重影响算法处理后得到的材料参数，尤其是对于损耗正切角极低的材料尤为关键。
图10、170-260GHz扩频模块输出功率曲线图
4、成像与检测
矢量网络分析仪搭配扩频模块还可以快速搭建一套太赫兹成像与检测系统。这类系统为雷达成像、RCS测量、材料的无损检测提供了通用快捷的研究手段。其中对于无损成像研究可以采用点频二维成像和调频连续波扫频三维成像。系统利用矢量网络分析仪内部双源提供扩频模块的射频驱动信号和本振驱动信号，扩频模块的参考中频和测试中频直接输入矢量网络分析仪内部的接收机，可获得信号的幅度和相位信息。利用太赫兹成像算法就可得到无损检测结果。
图12、材料检测模型
图13、反射式太赫兹无损检测系统图
下面是采用苏州伏波电子科技有限公司的FEV系列扩频模块在330-500GHz采用反射式太赫兹无损检测系统对预置缺陷的聚四氟乙烯-橡胶复合材料进行检测，得到11-12mm处有空气槽缺陷存在。
图14、聚四氟乙烯-橡胶复合材料空洞缺陷实物图
图15、空洞缺陷测试结果
图16、脱粘缺陷测试结果
图17、胶接面不均匀测试结果
苏州伏波电子科技有限公司
苏州伏波电子科技有限公司是国内一家致力于毫米波太赫兹国产化的民企企业，是国家高新技术企业，经过三年的发展公司产品覆盖DC-500GHz，频率扩展产品和毫米波标准器件产品得到国内众多科研院所和企业的应用，并获得好评。为进一步促进毫米波技术的应用，并与国内行业伙伴深入合作，特面向全国招募毫米波太赫兹应用研究和商务代理伙伴。期待与各界朋友携手，实现中国毫米波太赫兹技术的蓬勃发展。
