如何選擇射頻測試儀器

當(dāng)前，基于射頻原理的無線通信產(chǎn)品俯拾即是，其數(shù)量的增長速度也非常驚人。從蜂窩電話和無線PDA，到支持WiFi的筆記本電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、射頻身份標(biāo)簽、無線醫(yī)療設(shè)備和Zigbee傳感器，射頻設(shè)備的市場規(guī)模在飛速擴(kuò)大。要想進(jìn)行全面的生產(chǎn)測試并提高測試產(chǎn)能，測試工程師們必須懂得選用最適合的儀器完成這些測試工作。那么，如何選擇射頻測試儀器呢?

一、射頻信號源的選擇

所有的射頻信號源都能產(chǎn)生連續(xù)(CW)射頻正弦波信號。某些信號發(fā)生器也能夠產(chǎn)生模擬調(diào)制射頻信號(如AM信號或脈沖射頻信號)，矢量信號發(fā)生器采用IQ調(diào)制器產(chǎn)生各種模擬或數(shù)字調(diào)制信號。

射頻信號源進(jìn)一步可以分成很多種，包括固定頻率CW正弦波輸出源、掃描輸出一個頻段非固定頻率CW正弦波的掃頻源、模擬信號發(fā)生器以及增加模擬和數(shù)字調(diào)制功能的矢量信號發(fā)生器。

如果測試需要激勵信號，那么就需要射頻信號源。射頻信號源的關(guān)鍵指標(biāo)是頻率與幅值范圍、幅值精度和調(diào)制質(zhì)量(對于產(chǎn)生調(diào)制信號的信號源而言)。頻率調(diào)諧速度和幅值穩(wěn)定時間對于減少測試時間也是非常關(guān)鍵的。

矢量信號發(fā)生器是一種高性能的信號源，通常結(jié)合任意波形發(fā)生器一起產(chǎn)生某些調(diào)制信號。通過任意波形發(fā)生器可以使矢量信號發(fā)生器產(chǎn)生任意類型的模擬或數(shù)字調(diào)制信號。這種發(fā)生器可以在內(nèi)部產(chǎn)生多種基帶波形，在某些情況下，也可以在外部產(chǎn)生某種基帶波形然后載入到儀器中。如果測試規(guī)范要求被測的元件、設(shè)備或系統(tǒng)按照待測設(shè)備最終使用中的處理調(diào)制方式進(jìn)行測試，那么這種情況下通常需要使用矢量信號發(fā)生器。

如果測試規(guī)范需要進(jìn)行接收器靈敏度測試、誤碼率測試、相鄰信道抑制、雙音互調(diào)抑制、或雙音互調(diào)失真的測試，那么也需要使用射頻信號源。雙音互調(diào)測試和相鄰信道抑制測試需要兩個信號源，接收器靈敏度測試和/或誤碼率測試只需要使用一個射頻信號源。

如果待測器件是用于移動電話的，那么測試者可能要根據(jù)移動電話標(biāo)準(zhǔn)的需要進(jìn)行調(diào)制信號類型的測試。移動電話功率放大器需要結(jié)合調(diào)制信號源(例如矢量信號發(fā)生器)進(jìn)行測試。在選擇某種矢量信號發(fā)生器之前，要評估一下該信號發(fā)生器在不同調(diào)制信號之間的切換速度，以確保其能夠提供最快的測試時間。

二、射頻功率計——射頻領(lǐng)域的數(shù)字萬用表

功率是射頻領(lǐng)域中最經(jīng)常被測量的一個量。測量功率最簡單的方法就是使用功率計，它實際上是用來測量射頻信號功率的。功率計中使用寬帶檢波器，按瓦特、dBm、或者dBμV顯示絕對功率的大小。對于大多數(shù)功率計而言，寬帶檢波器(或傳感器)是一個射頻肖特基二極管或者二極管網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)射頻到直流的轉(zhuǎn)換處理。

功率計是所有測量功率的射頻儀器中最準(zhǔn)確的。高端功率計(通常需要一個外部功率傳感器)可以實現(xiàn)0.1dB或更高的測量精度。功率計最低可以測量-70dBm(100pW)的功率。傳感器有各種模型，從高功率模型、高頻率(40GHz)模型，到峰值功率測量的高帶寬模型等。

功率計有單通道和雙通道兩種。每個通道都需要配置自己的傳感器。兩個通道的功率計就能夠測量出一個器件、電路或系統(tǒng)的輸入和輸出功率，并計算出增益或損耗。某些功率計能夠達(dá)到每秒200到1500次讀數(shù)的測量速度。而有些功率計能夠測量多種信號的峰值功率特性，包括通信和某些應(yīng)用中使用的調(diào)制信號和脈沖射頻信號。雙通道的功率計還能夠準(zhǔn)確測量出相對功率。功率計還可以針對便攜式應(yīng)用的需要設(shè)計成尺寸精巧的外形，使其更適合于現(xiàn)場測試的需要。功率計的主要局限在于其幅值測量范圍。頻率范圍是與測量量程之間進(jìn)行折衷的。此外，功率計雖然能夠非常準(zhǔn)確地測量出功率，但是無法表示信號的頻率分量。

三、射頻頻譜或射頻信號分析儀——射頻工程師的示波器

頻譜或矢量信號分析儀利用窄帶檢測技術(shù)在頻域內(nèi)測量射頻信號。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關(guān)系，包括絕對功率和相對功率。這種分析儀還可以輸出解調(diào)信號。

頻譜分析儀和矢量信號分析儀沒有像功率計那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術(shù)使其能夠測量低達(dá)-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

頻譜和矢量信號分析儀可以測量的信號頻率從1kHz到40GHz(甚至以上)。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見的分析儀的頻率達(dá)到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標(biāo)準(zhǔn)就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

矢量信號分析儀是增加了信號處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號的幅值，而且能夠?qū)⑿盘柗纸獬伤耐嗪驼环至?。矢量信號分析儀可以將某些調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，例如一些由移動電話、無線LAN設(shè)備和基于其他一些新通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備所產(chǎn)生的調(diào)制信號。矢量信號分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調(diào)制質(zhì)量(例如誤差矢量幅度)的計算度量。

傳統(tǒng)的頻譜分析儀是掃描-調(diào)諧式設(shè)備，因為其中的局部振蕩器要掃描一個頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內(nèi)每個單位頻率上的功率分量。矢量信號分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。