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提高RF微波测试正确性

作者: 时间:2012-04-25 来源:网络 收藏

避免不匹配:任何连接线的阻抗不匹配

都可能造成注入损耗(insertion loss),而损耗掉信号源或量测信号的一些功率。众所周知,在高频下功率是很昂贵的,而且如果必须在很广的频率范围提供所需功率的话,还会变得更加昂贵。秘诀:使用精确度高的缆线和配件,且要使用向量式网路分析仪(VNA)充分量测缆线和配件的实际阻抗,特别是如果DUT 是主动元件的话。

将VSWR 降到最低

切换矩阵加上其接头、内部和外部缆线、甚至是任何RF 缆线的弯曲半径等组合,可能因DUT 的电压驻波而产生误差。秘诀:若要将这项误差减到最小,可以使用电压驻波比(VSWR)规格为1:2:1 或更佳的切换矩阵。

增加隔离度

如果您的测试需要同时量测高位准和低位准的信号,则切换矩阵的隔离度规格将会影响量测的正确性。秘诀:如果通过DUT 的路径有很多条,可以使用信号产生器和频谱分析仪,尽可能地量测出隔离度的特性。如果无法做到这一点,则系统在配置和设定时,应该将高位准和低位准的信号绕接到不相邻的路径上,或绕经不同的切换器。

机构属性

另外一组需要考量的细节是信号和电源(交流电或直流电)接头的数量和类型,这会影响所需的切换矩阵大小,以及系统接线的复杂度等因素。秘诀:使用埠数足够的切换矩阵,一次就可以接好系统到DUT 的所有连接,这样一来,就可以将等待信号稳定所需的延迟时间缩到最短,并且将功率位准突然改变而损坏切换矩阵或DUT 的机率降到最低。

秘诀三:t解、量测及修正RF 信号路径的特性

没有经过额外的修正,产品的规格最多只能延伸到位于仪器输入和输出接头上的“校准”(calibration plane)而已。若要得到准确又稳定一致的量测结果,以及修正过的DUT 结果,我们建议将校准面往外推,尽可能地靠近DUT。不论路径是被动或主动的,DUT 是位在本端或远端,都有几种方法可以做到。
被动路径的处理方式

元件在整个频宽范围内所有允许的输入功率位准下,都有固定的增益和相位偏移量。然而,沿着被动路径所接出去的每一条接线上可能会有阻抗不匹配的情形,因而造成注入损耗和相位偏移(或延迟)。在高频下,连简单的被动元素也会变成复杂的传输线元素,无法直接将路径上的损耗和相位偏移用简单的代数法相加得出。秘诀:使用VNA 来量测整个相连的路径或分析每一项元素的S 参数特性,并使用向量学来模拟整个路径的总损耗和相位偏移量。这些数值可以储存在系统的PC 中,并且视需要予以套用,以修正量测结果,或者供网路分析仪使用,例如用来即时地调整滤波器和其他变动的DUT。

修正主动的路径

主动元件的效能会随着输入功率的改变而不同,若要提高量测的准确度,其做法会取决于元件是在其线性或非线性的响应区内工作。如果一个主动元件(如放大器)在校准和量测作业期间,是在远低于其1 dB 压缩点的线性区内工作,则可以在该区内的任何功率位准下进行准确的修正。

秘诀:如果主动元件是在其非线性的响应区内工作,则校准时也必须使用量测用的功率位准,以确保能够做准确的修正。如果需要在非线性模式下,于多个功率位准进行量测,那么也必须在每一个位准下分别进行校准,并储存起来供日后使用。

秘诀:在DUT 的频率范围内,检查主动元件的频率响应。同样地,您应该在特定的功率位准下量测整个路径,或是分析每一个介面的S 参数特性,并使用向量学,产生一个可以在事后套用或即时套用的模型。

秘诀:为了简化量测和修正RF 信号路径特性的作业,有些系统开发人员会尽可能少用主动元件,这样做可以减少校准的工夫,以及在非线性模式工作时,因功率位准改变而造成误差的机会。

DUT 的距离-近或远

不论DUT 是固定在测试系统的夹具上,或是位在几码外的测试室中,要进行准确的修正有时相当困难。固定在夹具上的量测极具挑战性,因为路径通常会包括从同轴缆线转换到微带线式(microstripbased)的短路、开路和负载上。秘诀:如果无法使用高品质的微带线组件的话,就需要使用网路分析仪来量测夹具、模拟阻抗、以及将那些效应从量测结果中消除。当DUT 位在远端时,主要的问题出在缆线距离长所造成的路径衰减,以及因温度变化和缆线弯曲所造成的路径差异。秘诀:若可能的话,应量测仪器和DUT之间的整个路径,或是量测路径上每一个相关的元素,并使用向量学将其复数响应值合起来,以分析出路径衰减的程度。

秘诀四:别轻忽了所有与仪器相连的东西

设备制造商在订定每一部仪器的效能规格时,最多只会提供到面板上供应信号和量测信号用之接头的规格而已。从接头开始,所有出现在仪器和DUT 之间的东西都可能会影响仪器的效能和量测的稳定一致性。在RF 和微波的频率及功率位准下,通常有三大罪魁祸首:缆线、切换器和信号整波器(signal conditioner)。

选择正确的缆线类型

订定测试系统的规格时,需决定要使用哪一种缆线来连接各个装置,而且您可能还可以指定切换矩阵中所要使用的类型。一般的原则是,稳定的缆线具有较低的注入损耗和较佳的VSWR,因此量测的稳定一致性较高。在高频下,最常使用的三种缆线类型为:半硬式( s e m i -rigid)、软性(conformable)和弹性(flexible)的缆线。

半硬式缆线

顾名思义,这种缆线不会轻易地改变形状,可确保极佳的效能和稳定。高品质的半硬式缆线在生产制造的过程中,可透过施以符合MIL 标准的温度循环刺激(temperature cycling)法,达到更高的稳定度。在成形步骤后使用温度循环刺激法,可以消除内部的压力,避免已成形的缆线日后变形。这些缆线中使用之介电质的品质也会影响其量测的效能。Solid Teflon是最常用的,但会造成注入损耗。Expanded Teflon是目前最佳的替代品,可提供较低的注入损耗和较宽的频率范围。这种对细节的注重全都会反映在这些缆线的成本上,相较于软性或弹性的缆线,其价格高出许多。

软性缆线

这种缆线的稳定度比半硬式缆线差,因为它们很容易塑形和重新塑形,这样的弹性会影响量测的稳定和长期的可靠度。

弹性缆线

有时又称为“ 测试仪器等级的缆线”,通常可以提供良好的相位稳定度和低注入损耗,但相对地价格也不低。这种缆线的维护需求较高,使用时需要额外地小心,不然严重的变形可能会改变其电性特性,造成量测结果不准确。



关键词:微波测试

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