提高多端口微波器件的測(cè)試效率--雙工器

前言

在采用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試多端口微波器件時(shí)，測(cè)試過程中需要更換測(cè)試電纜和DUT不同端口之間的連接。如用兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量雙工器，除了第一次連接以外，在測(cè)試過程中還需要變換兩次連接，測(cè)試者要另外做出四次連接動(dòng)作(兩次接電纜，兩次接測(cè)試負(fù)載)，然后再對(duì)儀器進(jìn)行手動(dòng)操作測(cè)試。在大批量生產(chǎn)情況下，這種傳統(tǒng)測(cè)試方法的測(cè)試效率較低，測(cè)試成本較高;尤其是高低溫試驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)的測(cè)試方法無法滿足需求。

本文討論了一種測(cè)試方法——通過開關(guān)矩陣和自動(dòng)化測(cè)試軟件來快速、高效地完成雙工器的測(cè)試，這種方法非常適用于雙工器的批量生產(chǎn)測(cè)試以及高低溫試驗(yàn)中。

問題的來源

問題出現(xiàn)在一個(gè)雙工器高低溫試驗(yàn)。出廠標(biāo)準(zhǔn)要求被測(cè)雙工器在-30°C和+60°C的試驗(yàn)箱里各放置90分鐘后，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試其S參數(shù)。

圖1為雙工器的電原理圖，其中TX/RX/ANT分別為發(fā)射/接收/天線端。

圖1. 雙工器電原理圖

雙工器的測(cè)試指標(biāo)包括從ANT至TX之間、ANT至RX的插入損耗，TX和RX之間的隔離，以及三個(gè)端口的駐波。

開始試驗(yàn)時(shí)，我們將被測(cè)雙工器放入高低溫試驗(yàn)箱，將ANT和TX端口接入網(wǎng)絡(luò)分析儀。將低溫設(shè)置為-30°C，90分鐘后測(cè)試了ANT至TX的插入損耗及兩個(gè)端口的駐波，然后打開試驗(yàn)箱，將測(cè)試電纜從TX移至RX端并關(guān)上箱門，此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)箱的溫度迅速升至0°C，過了約半小時(shí)后溫度才緩慢降至-30°C，完成ANT至RX的插入損耗及RX端的駐波測(cè)試后，打開箱門重復(fù)進(jìn)行了TX至RX的隔離測(cè)試。

由于在試驗(yàn)過程中頻繁開關(guān)箱體門，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間超過預(yù)計(jì)，即使將兩只被測(cè)雙工器同時(shí)放入試驗(yàn)箱，完成兩只的測(cè)試也整整花費(fèi)了一整天時(shí)間?？梢韵胂蟀凑者@種測(cè)試方法，對(duì)于批量產(chǎn)品哪怕是按比例抽檢也不能滿足測(cè)試效率和成本的要求。

多端口微波器件的高效率測(cè)試解決方案

常溫測(cè)試方法介紹

我們采用2×N的全開關(guān)矩陣來擴(kuò)展矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試端口，以適應(yīng)多端口微波器件的測(cè)試。

圖2顯示了采用2×6開關(guān)矩陣進(jìn)行雙工器測(cè)試的系統(tǒng)連接圖，其中網(wǎng)絡(luò)分析儀通過開關(guān)矩陣后變成了“6端口”。采用開關(guān)矩陣后，測(cè)試參考面延伸至六條測(cè)試電纜的端口，開機(jī)后，首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，自動(dòng)化測(cè)試軟件可以記錄并保存每個(gè)通路的校準(zhǔn)值，并在測(cè)試過程中調(diào)用;連接好被測(cè)件后，根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)置好測(cè)試條件，然后點(diǎn)擊“開始”鍵，軟件會(huì)自動(dòng)完成整個(gè)測(cè)試過程并生成測(cè)試報(bào)告。

通過自動(dòng)化測(cè)試軟件的指令，可以自動(dòng)切換不同的測(cè)試通路，依次完成雙工器1和雙工器2的各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試，而不需要手動(dòng)更換電纜和測(cè)試端口。

圖2. 采用開關(guān)矩陣進(jìn)行雙工器的自動(dòng)化測(cè)試

采用圖2的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，完成校準(zhǔn)、測(cè)試條件設(shè)置后，測(cè)試一只雙工器只要花費(fèi)幾秒鐘時(shí)間，這樣一天可以完成200-300只雙工器的測(cè)試，相比兩端口網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測(cè)量法，測(cè)試效率至少提高了五倍。

測(cè)試精度分析

對(duì)于圖2的測(cè)試系統(tǒng)，你可能會(huì)關(guān)心校準(zhǔn)和測(cè)試精度兩個(gè)問題，以下分別進(jìn)行描述。

校準(zhǔn)

圖2的測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試參考面在被測(cè)雙工器的端口，也就是有6個(gè)測(cè)試端口。因此在校準(zhǔn)是分別在6個(gè)連接到雙工器的電纜端口進(jìn)行的，軟件可以記錄并存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，而不需要每次重復(fù)校準(zhǔn)。

測(cè)試精度

經(jīng)過校準(zhǔn)后，開關(guān)矩陣和測(cè)試電纜成為了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的一部分，我們針對(duì)鐵氧體隔離器作為被測(cè)件進(jìn)行了比較測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。

鐵氧體器件是窄帶微波器件，圖3所示的隔離器工作頻段為820-960MHz，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示在不同頻段內(nèi)以及不同駐波值，采用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測(cè)試和通過開關(guān)矩陣測(cè)試的結(jié)果吻合度很高。

圖3. 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試精度比較(直通和開關(guān)矩陣)

常溫實(shí)測(cè)結(jié)果

圖4顯示了采用圖2的方法對(duì)一個(gè)700MHz頻段雙工器的測(cè)試結(jié)果。

圖4a.ANT-TX通路損耗

圖4b.ANT-RX通路損耗

圖4c.駐波

圖4. 雙工器的常溫測(cè)試結(jié)果

作為自動(dòng)化測(cè)試軟件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，所有測(cè)試數(shù)據(jù)都可以被永久保存和溯源，這為各類微波器件在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保障。

多端口器件高低溫試驗(yàn)的高效率測(cè)試解決方案

測(cè)試方法介紹

我們采用上述方法來進(jìn)行雙工器的高低溫試驗(yàn)(圖5)。高低溫試驗(yàn)箱中放入了四只被測(cè)雙工器，這可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試條件而定。

開始測(cè)試時(shí)，首先將試驗(yàn)箱的溫度設(shè)置為-30°C并保持90分鐘后，通過自動(dòng)化測(cè)試軟件完成雙工器1和2的測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)。測(cè)試完畢后，在試驗(yàn)箱外部手動(dòng)將雙工器3和4連接至開關(guān)矩陣并完成測(cè)試。完成低溫測(cè)試后，將試驗(yàn)箱溫度設(shè)置為+60°C，待穩(wěn)定后同樣完成四只雙工器的上述測(cè)試。

圖5. 采用開關(guān)矩陣進(jìn)行雙工器的自動(dòng)化測(cè)試

采用2×6開關(guān)矩陣一天可以完成八只雙工器的高低溫試驗(yàn)，相比前述的兩端口網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測(cè)量法，測(cè)試效率提高了四倍。根據(jù)試驗(yàn)箱的容量以及開關(guān)矩陣的通路數(shù)，測(cè)試效率還可以進(jìn)一步提高。

結(jié)論

本文討論了一個(gè)非常具有實(shí)用意義的測(cè)試方法，通過實(shí)際應(yīng)用，我們可以得出以下結(jié)論：

1) 采用開關(guān)矩陣可以大大提高矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試效率。

2) 本文所描述的測(cè)試方法適用于生產(chǎn)線的大批量測(cè)試，將會(huì)大大提高測(cè)試效率、降低測(cè)試成本。

3) 本文所描述的測(cè)試方法十分適用于各類多端口微波器件的高低溫試驗(yàn)。

4) 采用開關(guān)矩陣的測(cè)試精度和直接測(cè)量法是一致的。

5) 采用自動(dòng)化測(cè)試軟件，可以對(duì)被測(cè)件的數(shù)據(jù)進(jìn)行永久保存，方便溯源。