如今基于射頻原理的無線通信產(chǎn)品隨處可見，從手機和平板電腦，到帶無線功能的筆記本電腦、藍牙耳機、RFID標簽、NFC設(shè)備和帶無線功能的傳感器，射頻設(shè)備的市場規(guī)模在飛速擴大。同時射頻設(shè)備的設(shè)計工程師和維護人員所面臨的技術(shù)問題也變得越來越復雜而棘手。比如說，這些設(shè)備的復雜性和功能性在不斷增加、數(shù)據(jù)傳輸速率要求更高、對網(wǎng)絡(luò)安全性的關(guān)注得更多，以及更高的元器件和模塊集成度都導致設(shè)計和測試變得越來越復雜。而且工程師現(xiàn)在還必須面對不同技術(shù)的不同測量要求、在單一設(shè)備上匯聚多種無線通信標準，以及現(xiàn)有技術(shù)持續(xù)演進和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的局面。
由于現(xiàn)在很多電子產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)正在從模擬向數(shù)字過渡，設(shè)備要求更高的集成度和更加豐富的功能性，同時成本又需要更低。再加上視頻和社交媒體的推動，設(shè)備往往還需要具備更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的功耗。所有這些設(shè)備的發(fā)展趨勢，都需要高速、精確的射頻測試作為保證，這就給整個射頻測試行業(yè)帶來了很大的壓力和挑戰(zhàn)。另外，由于數(shù)字射頻應(yīng)用的迅速擴大，推動了包括移動通信和頻譜管理在內(nèi)的大量不同應(yīng)用的測量需求，也由此產(chǎn)生了一個異常復雜的技術(shù)環(huán)境。目前這種環(huán)境正從設(shè)計工作臺轉(zhuǎn)向現(xiàn)場，這就需要便攜的手持式平臺測試儀器能夠加以支持。
便攜式儀器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
目前，隨著中國的無線電工業(yè)和無線電工程的發(fā)展，越來越多的工程師和技術(shù)人員在現(xiàn)場進行安裝與維護作業(yè)時，需要便攜式的測量儀器。羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅健就表示，“消費電子、汽車、國防、教育、半導體制造和通信等諸多電子設(shè)備行業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備安裝及運營維護都需要便攜式測量儀器的支持。正是由于這個原因，現(xiàn)在無論是國外廠商還是國內(nèi)廠商，都在不斷地推出相應(yīng)的便攜式測試測量儀器，以滿足用戶的需求。”他同時指出，到目前為止，便攜式測試測量儀器占整個測試測量儀器總量的比重大概是10%的樣子。雖然便攜式測試測量儀器的市場規(guī)模在逐漸增大，但競爭也越來越激烈。
安捷倫手持式測量儀表亞洲區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理趙江磊也表達了相似的觀點。他認為，隨著眾多射頻/微波的用戶在產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備安裝及系統(tǒng)維護的過程中越來越重視產(chǎn)品的便攜性和易用性，便攜式測試測量儀表的發(fā)展受到了廣大用戶的高度關(guān)注。他說，“盡管目前臺式測試測量儀表的比例還是占大多數(shù)，但是今后便攜式儀表的比重將會隨著外場試驗升級、設(shè)備野外安裝及維護等測試的需要得到顯著提高。”
對于便攜式測試測量儀器未來的發(fā)展趨勢，泰克亞太區(qū)技術(shù)營銷經(jīng)理沈鼐叡通過對銷售數(shù)據(jù)的分析，給出了自己的觀點。“從總體比重來看，傳統(tǒng)實驗室平臺的儀器的銷售額仍遠遠大于便攜式手持平臺儀器，但從銷售數(shù)量來看，便攜式的增長勢頭則非常強勁。”她這樣分析說，“隨著現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的復雜性在不斷提升，客戶對于便攜式測試測量儀器的要求從以往的單純要求輕巧、便攜越來越向功能完善性提升。有時現(xiàn)場測試環(huán)境的復雜度及不確定性甚至超過了實驗室的情況，所以各種類型儀器的便攜版本都在被不斷開發(fā)出來。”
確實，以前針對外場測試設(shè)計的便攜式測試測量儀器，為了保證其便攜性，通常都會犧牲掉儀器的一些性能指標和功能特性。而現(xiàn)在，這一情況正逐漸在改變，羅健就表示，現(xiàn)在的便攜式測試測量儀器不僅需要具備機動性高，功能豐富、精確度高、重量輕、電池工作時間長、數(shù)據(jù)存儲方便，還需要價格便宜，有防水防撞外殼設(shè)計和在陽光下顯示清晰等特點才行。
便攜式儀器與傳統(tǒng)實驗室儀器的差異
由于應(yīng)用場景的不同，實驗室儀器多用于產(chǎn)品研發(fā)，所以對精度及可編程及自定義性要求更高，而便攜式儀器則對于復雜環(huán)境的應(yīng)對、長存儲及供電單元的耐用性有更高要求。沈鼐叡以泰克的便攜式手持平臺為例，解釋了便攜式儀器的設(shè)計初衷，她說，“我們在設(shè)計便攜式手持頻譜分析儀的時候，一方面既保留了臺式頻譜分析儀廣受歡迎的DPX實時頻譜功能，同時也兼顧多標準信號分類、現(xiàn)場數(shù)據(jù)導出以便后期分析及地理定位等一系列針對便攜式應(yīng)用場景的功能。”
泰克的H500/SA2500便攜式無線信號偵測儀便是這樣一款射頻便攜式產(chǎn)品。這款儀器特別適合于頻譜管理、頻譜監(jiān)測和監(jiān)控、干擾檢測和調(diào)試以及信號識別的應(yīng)用。它的最大特色就是使查找干擾的調(diào)試變得空前簡便，H500/SA2500 可以迅速掃描RF 環(huán)境，對已知信號分類，使用經(jīng)過現(xiàn)場驗證的信號查找工具，幫助定位未知信號。通過掃描RF頻譜，用戶可以確定區(qū)域中有哪些信號發(fā)射裝置。 然后通過H500/SA2500提供的專家系統(tǒng)指南協(xié)助用戶通過多種信號分類算法對信號進行分類。一旦發(fā)現(xiàn)信號存在威脅，通過機器提供的各種現(xiàn)場驗證信號查找工具定位產(chǎn)生威脅的信號，通過內(nèi)置GPS、地圖及信號強度計的變化音調(diào)操作人員可以在查找時同時觀察周圍環(huán)境，更快定位干擾源。
圖1、泰克的H500/SA2500便攜式無線信號偵測儀
另外，從儀器使用的角度上來講，便攜式測試測量儀器與傳統(tǒng)實驗室測試測量儀器在測試的過程中可以起到互補的作用。隨著集成電路的高速發(fā)展，便攜式測試測量儀器在許多外場測試保障的任務(wù)中，測量精度和傳統(tǒng)實驗室儀器的差距越來越少，而且客戶在使用手持式儀表的過程也不再是單純地追求儀表的便攜性，他們更加關(guān)注于產(chǎn)品本身能否將便攜性和測試的準確性完美地結(jié)合在一起。
趙江磊表示，在安捷倫現(xiàn)有的手持式測量儀表產(chǎn)品家族里，有頻率覆蓋從射頻到微波的多種解決方案，包括FieldFox系列微波多合一手持式分析儀、HSA系列手持式頻譜分析儀以及針對于電信運維的天饋線分析儀N9330B。他說，“安捷倫將自己超過七十余年的測試測量經(jīng)驗濃縮在這樣一款全功能的微波測量儀表里，并且在產(chǎn)品的設(shè)計過程中也更加關(guān)注客戶在野外使用時的感受。比如說，我們在設(shè)計FieldFox系列的過程中，采用了和安捷倫的高檔網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA系列完全一致的校準引擎，這樣就可以保證客戶所得到的校準精度和在使用高端網(wǎng)絡(luò)儀的時候是一模一樣的。”
圖2、安捷倫FieldFox手持式射頻和微波分析儀
“在手持類產(chǎn)品設(shè)計的過程中，安捷倫一直遵循以客戶為導向的設(shè)計方針，更加關(guān)注于客戶在外場的實際使用感受。首先儀表本身提供業(yè)界一流的產(chǎn)品指標以及可媲美于傳統(tǒng)臺式設(shè)備的測量精度，這樣就可以保障客戶外場使用時的測試結(jié)果真實有效。其次我們在設(shè)計過程中引入了許多新的設(shè)計思路，例如采用低功耗的設(shè)計來保證長時間的整機續(xù)航，全密閉無風扇的整機設(shè)計以及支持iOS設(shè)備進行基于儀表的遠程操作等。” 趙江磊強調(diào)說。
鑒于FieldFox可能會用于白天或夜間、室內(nèi)或室外環(huán)境，它還包括明亮的低反射顯示屏、5種顯示模式和背光按鍵，可優(yōu)化在各種照明條件下的查看效果。此外，防水機箱、按鍵和機殼可在鹽分多的環(huán)境和潮濕環(huán)境中使用，溫度范圍10℃~55℃。為了防塵和擴展一起的可能性，機箱上也沒有設(shè)計通風孔或風扇。專門設(shè)計的連接器保護陷彎，可以防止射頻連接器脫落或遇到外部沖擊時帶來的損壞。為增強頻譜分析能力，安捷倫在FieldFox手持式頻譜分析儀中還引入了頻譜和信號分析儀的PowerSuite測量功能。這項功能支持用戶輕松地對信道化通信系統(tǒng)執(zhí)行快速、精確的一鍵式測量;FieldFox微波頻譜分析儀則利用InstaAlign改善測量精度，這是一種隨環(huán)境條件變化而自動運行的內(nèi)部幅度校正功能，無需用戶干預，從而可節(jié)省技術(shù)人員的工作時間。
羅德與施瓦茨的ZVH和FSH系列也都是針對移動應(yīng)用而開發(fā)的便攜式手持測試測量儀器。ZVH是該公司推出的新一代天饋線分析儀，集快速的天饋線分析與高性能的頻譜測試于一身，無論是在外場進行發(fā)射機的安裝、無線干擾查找，或者是頻譜分析，ZVH都可以輕松勝任。該儀器在業(yè)界首創(chuàng)了任務(wù)管理器工作模式，用戶可以預先設(shè)置好任務(wù)模板，在現(xiàn)場測試時，只需要連接好，按一下運行鍵，剩下的工作全部有ZVH自動完成，比傳統(tǒng)天饋線分析儀的工作效率搞3倍以上。而FSH系列手持式頻譜分析儀集頻譜分析、天饋線分析、全功能矢量網(wǎng)絡(luò)分析、矢量電壓表、功率計主機、寬帶通信解調(diào)等多種測試功能于一身，擁有媲美中高檔臺式頻譜儀的指標。
圖3、R&S® FSH手持式頻譜分析儀
羅健表示，通常平衡便攜性和性能指標時，價格是主要的方面，在關(guān)鍵指標的精度上也是保證達到中檔儀表的水平。另外，羅德與施瓦茨公司很多的中檔儀表或?qū)嶒炇业臏y試儀器，都專門設(shè)計了便攜式的選件，可以將中端儀器或臺式儀器作為便攜式的儀器使用。
測量儀器廠商的應(yīng)對策略
整個射頻測試行業(yè)，我們可以看到一些明顯的趨勢和挑戰(zhàn)，比如測試的自動化程度越來越高，對射頻測試的速度要求越來越嚴苛;一些新的產(chǎn)品在同一個設(shè)備上集成了多種無線通信標準;現(xiàn)有通信標準的持續(xù)演進和一些新技術(shù)的出現(xiàn)。這些都給射頻測試帶來了巨大的壓力，這也是測試儀器廠商們不得不面對的挑戰(zhàn)。
其實，很多時候壓力也是推動自己前進的動力。泰克的沈鼐叡就說，“正是由于這些壓力的推動，泰克在射頻測試方面從未停止過前進的步伐。我們的產(chǎn)品并不是一味的順應(yīng)標準，而是真正從客戶的應(yīng)用角度出發(fā)，在推出符合最新無線通信標準產(chǎn)品的同時解決他們在日常工作中最常遇到的困擾，用我們的經(jīng)驗提高他們的效率。”
“儀器儀表行業(yè)一直都是處于產(chǎn)業(yè)變化的最前沿，安捷倫作為主要的設(shè)備廠商也在積極地關(guān)注這些業(yè)界標準所帶來的變化，并適時地推出相應(yīng)的解決方案來滿足客戶的測試要求。”趙江磊對測試測量行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)這樣回應(yīng)。他同時也表示，在無線領(lǐng)域，安捷倫多年來一直專注于行業(yè)標準的研究與測試產(chǎn)品的開發(fā)工作，為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、認證測試、外場安裝維護等方面提供各種精密高效的包括TD-SCDMA和TD-LTE在內(nèi)的各種無線通信測量解決方案。在2013年中我們陸續(xù)推出了許多新的重量級產(chǎn)品，例如新型E6607C EXT 無線通信測試儀。該測試儀內(nèi)置多端口適配器，可同時測試多個無線設(shè)備，以實現(xiàn)經(jīng)濟高效的大規(guī)模無線設(shè)備生產(chǎn)測試。
面對這些挑戰(zhàn)，羅德與施瓦茨的羅健表示，羅德與施瓦茨一直遵循“推動極限(Pushing Limits)”發(fā)展理念，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)發(fā)展也是推動我們發(fā)展的機會。我們長期服務(wù)于電子工程和電子工業(yè)的客戶，致力于生產(chǎn)出用戶需要的測試儀器，幫助用戶解決工作中遇到的問題與困難。我們也在不斷更新各類測試儀器，將最先進的技術(shù)引進測試儀器中，使每一款新的測試儀器都會在性能指標、測試功能及測試方法等方面有所突破。
由此可見，就目前來看的話，便攜式儀器在射頻測試行業(yè)來說還處于輔助階段，互為補充。但隨著時間的推移和技術(shù)的進步，便攜式儀器所占的比重會越來越大，也會變得越來越重要。
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