izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-4-55-63izmertech-2368Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSМодули расширения частотного диапазона 50–178,4 ГГц для векторных анализаторов цепейFrequency range converter modules 50–178.4 GHz for vector network analyzersМуравьевВ. М.MuravevV. M.

Вячеслав Михайлович Муравьев  

ScopusID: 24512604600 

г. Черноголовка, Московская обл.

Viacheslav M. Muravev 

Chernogolovka, Moscow region 

muravev_vm@mail.ruЗарезинА. М.ZarezinA. M.

Алексей Михайлович Зарезин 

ScopusID: 57210113811

г. Черноголовка, Московская обл.

Alexey M. Zarezin 

Chernogolovka, Moscow region 

zarezin.am@phystech.eduhttps://orcid.org/0009-0001-6153-4845ТитенкоА. Ан.TitenkoA. A.

Анатолий Анатольевич Титенко 

г. Черноголовка, Московская обл.

Anatoliy A. Titenko 

Chernogolovka, Moscow region 

toliatitenko@gmail.comБобоваВ. Д.BobovaV. D.

Василина Дмитриевна Бобова 

г. Черноголовка, Московская обл.

Vasilina D. Bobova 

Chernogolovka, Moscow region 

vasilina.bobova@bk.ruСиногинМ. В.SinoginM. V.

Максим Валерьевич Синогин

г. Челябинск

Maxim V. Sinogin

Chelyabinsk

maxim.sinogin@tairtomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2164-5417КукушкинИ. В.KukushkinI. V.

Игорь Владимирович Кукушкин 

г. Черноголовка, Московская обл.

Igor V. Kukushkin 

Chernogolovka, Moscow region 

kukush@issp.ac.ruЗаостровныхС. А.ZaostrovnyhS. A.

Сергей Александрович Заостровных 

г. Челябинск

Sergey A. Zaostrovnyh

Chelyabinsk

vna@planarchel.ruООО «МВЭЙВ»РоссияMWAVE CompanyRussian FederationООО "МВЭЙВ"РоссияMWAVE CompanyRussian FederationООО «ПЛАНАР»РоссияPLANAR CompanyRussian Federation2025040920257445563Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2368

Современные исследования и разработка аппаратуры сверхвысокочастотного диапазона требуют метрологического измерительного оборудования с динамическим диапазоном измерений более 100 дБ и возможностью перестройки выходной мощности. Разработаны и изготовлены модули расширения частотного диапазона серии ВЕКТОР для векторных анализаторов цепей. Модули расширения частотного диапазона серии ВЕКТОР работают в частотных диапазонах 50–75; 53,57–78,33; 75–110; 78,33–118,1; 110–170 и 118,1–178,4 ГГц. Описана структурная схема разработанных модулей расширения частотного диапазона. Модули расширения частотного диапазона обеспечивают смещение верхней границы диапазона рабочих частот векторного анализатора цепей в случае его применения для измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения (элементов матрицы рассеяния) многополюсников. Векторный анализатор цепей с подключёнными к нему модулями расширения частотного диапазона образуют единую измерительную систему. Исследование характеристик модулей расширения частотного диапазона серии ВЕКТОР показало, что модули ВЕКТОР для частотных диапазонов 50–75; 75–110; 110–170 ГГц имеют типичную выходную мощность и рабочий динамический диапазон соответственно 15 дБм (31,6 мВт) и 125 дБ; 11 дБм (12,6 мВт) и 120 дБ; 1 дБм (1,3 мВт) и 110 дБ.Разработанные модули расширения частотного диапазона совместимы как с отечественными векторными анализаторами цепей, так и с зарубежными аналогами производства фирм Rohde&Schwarz GmbH&Co KG (г. Мюнхен, Германия) и Keysight Technologies (г. Санта-Роза, США). Сравнительный анализ представленных в работе модулей расширения частотного диапазона с модулями расширения частотного диапазона фирмы Virginia Diodes (г. Шарлотсвилл, США) серии WR15VNA и фирмы Ceyear Technologies серии 3643NA (г. Циндао, Китай) показал, что выходная мощность и динамический диапазон измерений разработанных устройств не уступают характеристикам зарубежных аналогов. К основным областям применения векторных анализаторов цепей с модулями расширения частотного диапазона относятся проверка, настройка и разработка различных радиотехнических устройств в условиях промышленного производства и лабораторий, в том числе в составе автоматизированных измерительных стендов.

Modern research and development in the microwave frequency range require metrological-grade measuring equipment with a dynamic range exceeding 100 dB and the ability to adjust output power. VECTORseries frequency range converter modules for vector network analyzers have been developed and manufactured. The VECTOR frequency range converter modules operate in the following frequency ranges: 50–75; 53.57–78.33; 75–110; 78.33–118.1; 110–170; 118.1–178.4 GHz. The structural diagram of the developed frequency range converter modules is described. The frequency range converter modules provide extension of the upper frequency limit of the vector network analyzer when used for measurements of complex transmission and reflection coefficients (scattering matrix elements) of multiport devices. A vector network analyzer with connected frequency range converter modules forms a unified measurement system. Investigation of the VECTOR-series frequency range converter modules characteristics has shown that the VECTOR modules for frequency ranges 50–75; 75–110; 110–170 GHz have typical output power and operational dynamic range of 15 dBm (31.6 mW) and 125 dB; 11 dBm (12.6 mW) and 120 dB; 1 dBm (1.3 mW) and 110 dB, respectively. The developed frequency range converter modules are compatible with Russian vector network analyzers as well as with foreign counterparts from Rohde&Schwarz GmbH&Co KG (Munich, Germany) and Keysight Technologies (Santa Rosa, USA). A comparative analysis of the presented frequency range converter modules with the modules from Virginia Diodes (Charlottesville, USA), specifically the WR15VNA series, and from Ceyear Technologies, series 3643NA (Qingdao, China), shows that the output power and dynamic range of the developed devices are on par with those of foreign equivalents. The main application areas of vector network analyzers with frequency range converter modules include testing, tuning, and development of various radio frequency devices in industrial production environments and laboratories, including automated measuring stands.

векторный анализатор цепеймодуль расширения частотного диапазонаконверторный модульмиллиметровый диапазон частотрадиоизмерительные приборыvector network analyzersfrequency range converter modulesconverter modulesmillimeter frequency rangeradio measuring devicesReferencesMaiwald T., Li T., Hotopan G.-R. et al. A review of integrated systems and components for 6G wireless communication in the D-band. Proc. IEEE, 111(3), 220–256 (2023). https://doi.org/10.1109/JPROC.2023.3240127 ; https://elibrary.ru/vntccfMaiwald T., Li T., Hotopan G.-R. et al. A review of integrated systems and components for 6G wireless communication in the D-band. Proc. IEEE, 111(3), 220–256 (2023). https://doi.org/10.1109/JPROC.2023.3240127 ; https://elibrary.ru/vntccfFilippi A., Martinez V., Vlot M. Spectrum for automotive radar in the 140GHz band in Europe. Proc. 19th European Radar Conference, 1–4 (2022). https://doi.org/10.23919/EuRAD54643.2022.9924643Filippi A., Martinez V., Vlot M. Spectrum for automotive radar in the 140GHz band in Europe. Proc. 19th European Radar Conference, 1–4 (2022). https://doi.org/10.23919/EuRAD54643.2022.9924643Braun T. T., Schöpfel J., Kwiatkowski P., Schweer C., Pohl N. Expanding the capabilities of automotive radar for bicycle detection with harmonic RFID tags at 79/158GHz. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 71(1), 320–329 (2023). https://doi.org/10.1109/TMTT.2022.3219541 ; https://elibrary.ru/jnzcozBraun T. T., Schöpfel J., Kwiatkowski P., Schweer C., Pohl N. Expanding the capabilities of automotive radar for bicycle detection with harmonic RFID tags at 79/158GHz. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 71(1), 320–329 (2023). https://doi.org/10.1109/TMTT.2022.3219541 ; https://elibrary.ru/jnzcozSheen D. M., McMakin D. L., Hall T. E., Severtsen R. H. Active millimeter-wave standoff and portal imaging techniques for personnel screening. 2009 IEEE Conference on Technologies for Homeland Security, 440–447 (2009). https://doi.org/10.1109/THS.2009.5168070Sheen D. M., McMakin D. L., Hall T. E., Severtsen R. H. Active millimeter-wave standoff and portal imaging techniques for personnel screening. 2009 IEEE Conference on Technologies for Homeland Security, 440–447 (2009). https://doi.org/10.1109/THS.2009.5168070Tzydynzhapov G., Gusikhin P., Muravev V., Dremin A., Nefyodov Y., Kukushkin I. New Real-Time Sub-Terahertz Security Body Scanner. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 41, 632–641 (2020). https://doi.org/10.1007/s10762-020-00683-5 ; https://elibrary.ru/ahfkhcTzydynzhapov G., Gusikhin P., Muravev V., Dremin A., Nefyodov Y., Kukushkin I. New Real-Time Sub-Terahertz Security Body Scanner. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 41, 632–641 (2020). https://doi.org/10.1007/s10762-020-00683-5 ; https://elibrary.ru/ahfkhcMarkelz A., Whitmire S., Hillebrecht J., Birge R. THz time domain spectroscopy of biomolecular conformational modes. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3739–3805 (2002). https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/318 ; https://elibrary.ru/bfjdzvMarkelz A., Whitmire S., Hillebrecht J., Birge R. THz time domain spectroscopy of biomolecular conformational modes. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3739–3805 (2002). https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/318 ; https://elibrary.ru/bfjdzvHaring Bolivar P., Bruchereifer M., Nagel M., Kurz H., Bosserhoff A., Buttner R. Label-free probing of genes by timedomain terahertz sensing. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3815–3821 (2002). https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/320 ; https://elibrary.ru/bfjeapHaring Bolivar P., Bruchereifer M., Nagel M., Kurz H., Bosserhoff A., Buttner R. Label-free probing of genes by timedomain terahertz sensing. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3815–3821 (2002). https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/320 ; https://elibrary.ru/bfjeapNagel M., Haring Bolivar P., Brucherseifer M., Kurz H. Integrated THz technology for label-free genetic diagnostics. Applied Physics Letters, 80(1), 154–156 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1428619Nagel M., Haring Bolivar P., Brucherseifer M., Kurz H. Integrated THz technology for label-free genetic diagnostics. Applied Physics Letters, 80(1), 154–156 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1428619Thrane L., Jacobsen R., Uhd Jepsen P., Keiding S. THz reflection spectroscopy of liquid water. Chemical Physics Letters, 240(4), 330–333 (1995). https://doi.org/10.1016/0009-2614(95)00543-D ; https://elibrary.ru/xrjptjThrane L., Jacobsen R., Uhd Jepsen P., Keiding S. THz reflection spectroscopy of liquid water. Chemical Physics Letters, 240(4), 330–333 (1995). https://doi.org/10.1016/0009-2614(95)00543-D ; https://elibrary.ru/xrjptjWoodward R. H., Wallace V. P., Pye R. J. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time domain analysis techniques. Proc. SPIE, 4625, 160–169 (2002). https://doi.org/10.1117/12.469785Woodward R. H., Wallace V. P., Pye R. J. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time domain analysis techniques. Proc. SPIE, 4625, 160–169 (2002). https://doi.org/10.1117/12.469785Zinov’ev N., Fitzgerald A., Strafford S., Wood D., Carmichael F., Miles R., Smith M., Chamberlain J. Identification of tooth decay using terahertz imaging and spectroscopy. Twenty Seventh International Conference on Infrared and Millimeter Waves (2002). http://doi.org/10.1109/ICIMW.2002.1076060Zinov’ev N., Fitzgerald A., Strafford S., Wood D., Carmichael F., Miles R., Smith M., Chamberlain J. Identification of tooth decay using terahertz imaging and spectroscopy. Twenty Seventh International Conference on Infrared and Millimeter Waves (2002). http://doi.org/10.1109/ICIMW.2002.1076060Knobloch P., Schildknecht C., Kleine-Ostmann T. et al. Medical THz imaging: An investigation of histo-pathological samples. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3875–3884 (2002). http://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/327 ; https://elibrary.ru/bfjedhKnobloch P., Schildknecht C., Kleine-Ostmann T. et al. Medical THz imaging: An investigation of histo-pathological samples. Physics in Medicine and Biology, 47(21), 3875–3884 (2002). http://doi.org/10.1088/0031-9155/47/21/327 ; https://elibrary.ru/bfjedhФилиппов М. В., Махмутов В. С., Разумейко М. В. Научная аппаратура для космического эксперимента «СолнцеТерагерц»: исследование температурного эффекта ячейки Голея. Измерительная техника, 73(3), 20–25 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-3-20-25 ; https://elibrary.ru/qnblrdPhilippov M. V., Makhmutov V. S., Razumeyko M. V. Scientific equipment for the Sun-Terahertz space experiment: study of the temperature effect in the Golay cell. Izmeritel ,naya Tekhnika, 73(3), 20–25 (2024). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-3-20-25 ; https://elibrary.ru/qnblrdБондаренко А. С., Боровков А. С., Малай И. М., Семёнов В. А. Государственный первичный эталон единиц комплексного коэффициента отражения и комплексного коэффициента передачи в волноводных трактах в диапазоне частот от 2,14 до 178,4 ГГц ГЭТ 219-2024. Измерительная техника, 73(7), 4–13 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-7-4-13 ; https://elibrary.ru/lvyhjzBondarenko A. S., Borovkov A. S., Malai I. M., Semenov V. A. State primary standard of units of complex reflection coefficient and complex transmission coefficient in waveguide paths in the frequency range from 2.14 to 178.4 GHz GET 219-2024. Izmeritel'naya Tekhnika, 73(7), 4–13 (2024). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-7-4-13 ; https://elibrary.ru/lvyhjzТерентьев А. А., Лупанова Е. А., Никулин С. М., Петров В. В. Контроль параметров печатных полосковых линий в микроволновом диапазоне электромагнитных волн. Измерительная техника, 73(6), 57–63 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-6-55-61 ; https://elibrary.ru/diapsyTerent’ev A. A., Lupanova E. A., Nikulin S. M., Petrov V. V. Monitoring the parameters of printed strip lines in the microwave range of electromagnetic waves. Izmeritel`naya Tekhnika, 73(6), 57–63 (2024). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-6-55-61 ; https://elibrary.ru/diapsyКоудельный А. В., Малай И. М., Перепёлкин В. А., Чирков И. П. Рабочий эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в диапазоне частот 37,5–220 ГГц. Измерительная техника, (1), 52–57 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-1-53-58 ; https://elibrary.ru/maahqqKoudel’nyi A. V., Malai I. M., Perepelkin V. A., Chirkov I. P. The working standard of the unit of power of electromagnetic waves in the frequency range from 37,5 to 220 GHz. Izmeritel`naya Tekhnika, (1), 52–57 (2020). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-1-53-58 ; https://elibrary.ru/maahqqКоудельный А. В., Малай И. М., Матвеев А. И., Перепелкин В. А., Чирков И. П. Государственный первичный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в диапазоне частот 37,5–118,1 ГГц ГЭТ 167-2021. Измерительная техника, (6), 3–8 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-6-3-8 ; https://elibrary.ru/qchujoKoudel’nyi A. V., Malai I. M., Matveev A. I., Perepelkin V. A., Chirkov I. P. State primary standard of the unit of power of electromagnetic oscillations in the frequency range from 37.5 to 118.1 GHz GET 167-2021. Izmeritel’naya Tekhnika, (6), 3–8 (2022). (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-6-3-8 ; https://elibrary.ru/qchujoКоршунов В. А., Яшин А. В. Отечественное Радиоприборостроение. Часть. 3. О неотложных мерах по инновационному развитию отечественного радиоприборостроения и парка средств измерений. Датчики и системы, (5(180)), 23–30 (2014). https://elibrary.ru/qkunezKorshunov V. A., Yashin A. V. Domestic radio instrument engineering. Part 3. On urgent measures for the innovative development of domestic radio instrument engineering and the park of measuring instruments. Sensors and Systems, (5(180)), 23–30 (2014). (In Russ.) https://elibrary.ru/qkunezПавловский О. П., Черногубов А. В., Мальтер И. Г. Создание нового поколения радиоизмерительной аппаратуры миллиметрового диапазона. Измерительная техника, (11), 58–64 (2010). https://elibrary.ru/navmmlPavlovskii O. P., Chernogubov A. V., Malter I. G. The construction of a new generation of millimeter band radio measuring equipment. Izmeritel’naya Tekhnika, (11), 58–64 (2010). (In Russ.) https://elibrary.ru/navmml

The authors declare that there are no conflicts of interest present.