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1、基于矢量网络分析器的毫米波模块设计使用研究人员专为其研究任务设计制造的仪器设备，在高频端毫米波段的科学研究早已取得研究成果。研究中所使用的信号源是乘法器，驱动乘法器的是可工作在110GHz以上的耿氏效应二极管振荡器或反向波振荡器。信号检测由定制的窄带检测器或谐振混频器完成。在研究过程中，研究人员常常受到测试仪器窄带特性的限制。在毫米波频率范围内的研究中，谱线分析、分子微粒特性辨识和材质特性鉴定是几个最基本的研究。由于大气效应对毫米波传输的影响，新兴的毫米波应用包括通信、运输、科学探索及国土安全。20世纪80年代早期出现了能够测量110GHz之内信号吸收，反射以及散射特性的全波导带宽矢量网络分析
2、（VNA）系统。在90年代后期，全波导带宽的容量上升到220GHz。到2002年，220-325GHz波段的VNA系统诞生了。随着325GHz波导VNA系统的出现，研究者开始对更高的波导频带提出需求。正是这种需求推动了500GHz及更高频率的频率扩展模块的发展。这里介绍的325到500GHz VNA频率扩展模块的发展情况代表了使用20GHz合成器时能够实现谐波干扰抑制的最高频率。由于波导通带中的谐波干扰达到了不可滤除的地步，采用实用的乘法器方案达到高于500GHz的下一个频段的计划受到冲击。WR-02.2频率扩展模块结构图1为WR-02.2频率扩展模块的结构图示。此结构与采用20GHz合成器作
3、为本振及射频输入的思想相一致-在20GHz以上时，合成器使用二倍和/或三倍乘法器扩展合成器频率范围同时其相位噪声衰减为20log（n）。这一结构并不比毫米波频率扩展模块中的乘法器/放大器有更多优势。为了达到325-500GHz的范围，射频输入频率经过放大后与大小为30的倍乘因子相乘。为了减小RF电缆与连接界面不匹配引起的幅度波动，在射频倍乘/放大器输入端加入隔离器。倍乘/放大器输出信号通过驱动15倍乘法器链后产生处于WR-02.2频带的输出频率。最初设计中选用的15倍乘法器链经过优化能够用可实现滤波器将带内谐波干扰减到最小。使用2倍或3倍乘法器组成低倍乘因子乘法器链可以避免一些谐波干扰，但是乘
4、法器间信号需要级间放大。W或更高波段放大器很少有商业产品，而且其自身也不是没有问题，更重要的是提升了乘法链的复杂性。经过量热器（calorimeter）测量这种15倍率乘法链，输出功率平均能够达到-32dBm。LO输入频率经过放大并乘以一个净乘数因子4以后，输入到毫米波混频器作为本振输入。在本振倍频/放大器的输入端放置一个输入隔离器，可以减小本振电缆与界面不匹配引起的幅度波动。倍频/放大器的输出信号经等分后，驱动下一个倍频器链，其输出信号提供给毫米波本振端口作为参考信号，并用于测试谐波混频器。为了优化分路器和倍频器间的匹配，倍频器的输入端需要放置一个隔离器。倍频器在WR-15频段输出10dBm最小输出功率，这一射频功率足以使毫米波谐波混频器正常偏置。这种本振链拓扑结构简单，这在低毫米波频段已得到证实，其固有的本振相位连续性保证了最佳的高噪声电平响应。325-500GHz频率信号通过一个10dB耦合器耦合到毫米波谐波混频器射频输入端。毫米波谐波混频器中频输出对5到300MHz输出频率进行了优化。多级中频放大器增益A50dB，可将峰值中频输出提高到-13dBm。选择-13dBm为输出功率是为了防止矢量网络分析器内部中频链路饱和，同时使矢量网络分析系统的动态范围最大化。根据所选用的毫米波矢量网络分析系统的情况，有可能不得不减小-13dBm的中频输出功率，以免毫米波测试设定控制器饱和。