前言
在采用網(wǎng)絡分析儀測試多端口微波器件時，測試過程中需要更換測試電纜和DUT不同端口之間的連接。如用兩端口矢量網(wǎng)絡分析儀測量雙工器，除了第一次連接以外，在測試過程中還需要變換兩次連接，測試者要另外做出四次連接動作（兩次接電纜，兩次接測試負載），然后再對儀器進行手動操作測試。在大批量生產(chǎn)情況下，這種傳統(tǒng)測試方法的測試效率較低，測試成本較高；尤其是高低溫試驗時，傳統(tǒng)的測試方法無法滿足需求。
本文討論了一種測試方法——通過開關矩陣和自動化測試軟件來快速、高效地完成雙工器的測試，這種方法非常適用于雙工器的批量生產(chǎn)測試以及高低溫試驗中。
問題的來源
問題出現(xiàn)在一個雙工器高低溫試驗。出廠標準要求被測雙工器在-30°C和+60°C的試驗箱里各放置90分鐘后，用矢量網(wǎng)絡分析儀測試其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
雙工器的測試指標包括從ANT至TX之間、ANT至RX的插入損耗，TX和RX之間的隔離，以及三個端口的駐波。
開始試驗時，我們將被測雙工器放入高低溫試驗箱，將ANT和TX端口接入網(wǎng)絡分析儀。將低溫設置為-30°C，90分鐘后測試了ANT至TX的插入損耗及兩個端口的駐波，然后打開試驗箱，將測試電纜從TX移至RX端并關上箱門，此時我們發(fā)現(xiàn)試驗箱的溫度迅速升至0°C，過了約半小時后溫度才緩慢降至-30°C，完成ANT至RX的插入損耗及RX端的駐波測試后，打開箱門重復進行了TX至RX的隔離測試。
由于在試驗過程中頻繁開關箱體門，導致試驗時間超過預計，即使將兩只被測雙工器同時放入試驗箱，完成兩只的測試也整整花費了一整天時間。可以想象按照這種測試方法，對于批量產(chǎn)品哪怕是按比例抽檢也不能滿足測試效率和成本的要求。
多端口微波器件的高效率測試解決方案
常溫測試方法介紹
我們采用2×N的全開關矩陣來擴展矢量網(wǎng)絡分析儀的測試端口，以適應多端口微波器件的測試。
圖2顯示了采用2×6開關矩陣進行雙工器測試的系統(tǒng)連接圖，其中網(wǎng)絡分析儀通過開關矩陣后變成了“6端口”。采用開關矩陣后，測試參考面延伸至六條測試電纜的端口，開機后，首先對整個系統(tǒng)進行校準，自動化測試軟件可以記錄并保存每個通路的校準值，并在測試過程中調用；連接好被測件后，根據(jù)產(chǎn)品標準的要求設置好測試條件，然后點擊“開始”鍵，軟件會自動完成整個測試過程并生成測試報告。
通過自動化測試軟件的指令，可以自動切換不同的測試通路，依次完成雙工器1和雙工器2的各項指標的測試，而不需要手動更換電纜和測試端口。
圖2. 采用開關矩陣進行雙工器的自動化測試
采用圖2的自動化測試系統(tǒng)，完成校準、測試條件設置后，測試一只雙工器只要花費幾秒鐘時間，這樣一天可以完成200-300只雙工器的測試，相比兩端口網(wǎng)絡分析儀直接測量法，測試效率至少提高了五倍。
測試精度分析
對于圖2的測試系統(tǒng)，你可能會關心校準和測試精度兩個問題，以下分別進行描述。
校準
圖2的測試系統(tǒng)中，測試參考面在被測雙工器的端口，也就是有6個測試端口。因此在校準是分別在6個連接到雙工器的電纜端口進行的，軟件可以記錄并存儲校準數(shù)據(jù)，而不需要每次重復校準。
測試精度
經(jīng)過校準后，開關矩陣和測試電纜成為了矢量網(wǎng)絡分析儀的一部分，我們針對鐵氧體隔離器作為被測件進行了比較測試，結果如圖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，實測結果顯示在不同頻段內以及不同駐波值，采用網(wǎng)絡分析儀直接測試和通過開關矩陣測試的結果吻合度很高。
圖3. 矢量網(wǎng)絡分析儀測試精度比較（直通和開關矩陣）
常溫實測結果
圖4顯示了采用圖2的方法對一個700MHz頻段雙工器的測試結果。
圖4a.ANT-TX通路損耗
圖4b.ANT-RX通路損耗
圖4c.駐波
圖4. 雙工器的常溫測試結果
作為自動化測試軟件的另一個優(yōu)點，所有測試數(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)中的應用提供了可靠的技術保障。
多端口器件高低溫試驗的高效率測試解決方案
測試方法介紹
我們采用上述方法來進行雙工器的高低溫試驗（圖5）。高低溫試驗箱中放入了四只被測雙工器，這可以根據(jù)實際測試條件而定。
開始測試時，首先將試驗箱的溫度設置為-30°C并保持90分鐘后，通過自動化測試軟件完成雙工器1和2的測試并記錄數(shù)據(jù)。測試完畢后，在試驗箱外部手動將雙工器3和4連接至開關矩陣并完成測試。完成低溫測試后，將試驗箱溫度設置為+60°C，待穩(wěn)定后同樣完成四只雙工器的上述測試。
圖5. 采用開關矩陣進行雙工器的自動化測試
采用2×6開關矩陣一天可以完成八只雙工器的高低溫試驗，相比前述的兩端口網(wǎng)絡分析儀直接測量法，測試效率提高了四倍。根據(jù)試驗箱的容量以及開關矩陣的通路數(shù)，測試效率還可以進一步提高。
結論
本文討論了一個非常具有實用意義的測試方法，通過實際應用，我們可以得出以下結論：
1) 采用開關矩陣可以大大提高矢量網(wǎng)絡分析儀的測試效率。
2) 本文所描述的測試方法適用于生產(chǎn)線的大批量測試，將會大大提高測試效率、降低測試成本。
3) 本文所描述的測試方法十分適用于各類多端口微波器件的高低溫試驗。
4) 采用開關矩陣的測試精度和直接測量法是一致的。
5) 采用自動化測試軟件，可以對被測件的數(shù)據(jù)進行永久保存，方便溯源。
下載文檔
