Расширители частоты применяются, когда необходимо проводить измерения, выходящие за рамки стандартного диапазона тестового и измерительного оборудования. Это часто бывает как с уже существующим, так и с недавно приобретённым оборудованием. Существует три основные причины, по которым расширители частоты считаются лучшим решением для расширения возможностей измерений любого тестового оборудования.
1. Технологические ограничения
Из-за технологических ограничений, покрытие необходимого диапазона частот часто невозможно с использованием интегрированного тестового оборудования, полностью оснащённого всем необходимым для выполнения таких измерений. Это особенно актуально для тестирования в высокочастотных миллиметровых волнах и под-ТГц частотах 70 ГГц и выше. Реализация такой системы в интегрированной форме ограничена в основном электрическими и механическими ограничениями доступных соединений и передающих сред. Коаксиальный интерфейс является линией передачи, которая используется в тестовом и измерительном оборудовании уже десятилетия, с различными типами разъёмов и кабелей для обеспечения широкополосного покрытия. Несмотря на то, что на данный момент коаксиальные разъёмы могут работать на частотах до 220 ГГц (разъём 0,6 мм), ограничения по точности обработки и механической прочности, которые необходимы для формирования надёжного и повторяемого соединения, делают такой интерфейс довольно непрактичным.
По этой причине часто предпочтительным выбором для линии передачи становится прямоугольный волновод, особенно для частот 50 ГГц и выше. Он становится доминирующим интерфейсом для высокочастотных миллиметровых волн, под-ТГц и ТГц диапазонов от 100 ГГц до 1 ТГц. Рабочее покрытие прямоугольного волновода определяется между основным и более высокими порядками срезных частот, чтобы обеспечить распространение только желаемого TE10-режима. Таким образом, для покрытия очень широкого диапазона необходимо использовать несколько различных волноводных диапазонов для достижения требуемого покрытия частот. Например, в то время как один коаксиальный интерфейс 0,6 мм может покрывать диапазон частот от DC до 220 ГГц, для покрытия диапазона от 40 до 220 ГГц с помощью прямоугольного волновода необходимо использовать как минимум четыре волноводных диапазона: WR-19, WR-12, WR-08 и WR-05.
Из-за механических (низкая надёжность) и электрических (высокие потери) ограничений коаксиальных разъёмов для высоких частот прямоугольный волновод становится предпочтительным интерфейсом для систем тестирования и измерений на высоких частотах. Однако из-за отсутствия подходящих широкополосных альтернатив интеграция волноводной электроники и соединений, ограниченных полосой пропускания, в тестовое оборудование не имеет практического смысла. Вместо этого гораздо практичнее добавить эту функциональность внешне с помощью специализированных «полосовых» расширителей частоты, которые покрывают интересующий диапазон частот.
Следует также отметить, что особенно при выполнении измерений на очень высоких частотах, нет другого выбора, кроме как использовать системы расширения частоты.
Технологические ограничения значительно влияют на стоимость модернизации и гибкость тестового оборудования, что будет кратко обсуждено ниже.
2. Стоимость изменения оборудования
Стоимость модернизации может быть трудно оправдать, так как оборудование для тестирования и измерений на высоких частотах становится крайне дорогим. Например, замена анализатора 26,5 ГГц на модель с диапазоном 67 ГГц может обойтись в несколько раз дороже, чем расширение его диапазона с помощью систем расширения частоты. Также, когда требуется только определённый диапазон частот, специализированный расширитель частоты, покрывающий нужный диапазон, является гораздо более экономичным решением по сравнению с широкополосным анализатором. Можно захотеть лишь расширить диапазон до интересующей полосы частот на данный момент, а в будущем расширить его в другие частотные диапазоны, если возникнет такая необходимость.
3. Гибкость
Гибкость — ещё одна причина, почему использование расширителей частоты может быть предпочтительным вариантом для расширения возможностей тестового и измерительного оборудования. Расширители частоты можно легко переносить и использовать с различным тестовым оборудованием, что позволяет максимально эффективно использовать ресурсы.
Кроме того, расширители частоты предлагают гибкость в размещении, так как их можно устанавливать очень близко к объектам измерений — будь то интегральные схемы в условиях тестирования на подложке или антенны, тестируемые в анэхоичных камерах на большом расстоянии от тестового оборудования. В таких случаях расширители позволяют расположить устройство непосредственно в плоскости измерений, что способствует максимальной производительности тестовой системы.
Итоги
Таким образом, мы используем расширители частоты, потому что нам нужно проводить измерения на частотах, которые не поддерживаются стандартным тестовым и измерительным оборудованием, или стоимость такого оборудования, если оно доступно, является неоправданно высокой.