提高RF微波測試正確性
避免不匹配:任何連接線的阻抗不匹配
都可能造成注入損耗(insertion loss),而損耗掉信號源或量測信號的一些功率。眾所周知,在高頻下功率是很昂貴的,而且如果必須在很廣的頻率范圍提供所需功率的話,還會變得更加昂貴。秘訣:使用精確度高的纜線和配件,且要使用向量式網(wǎng)路分析儀(VNA)充分量測纜線和配件的實際阻抗,特別是如果DUT 是主動元件的話。
將VSWR 降到最低
切換矩陣加上其接頭、內(nèi)部和外部纜線、甚至是任何RF 纜線的彎曲半徑等組合,可能因DUT 的電壓駐波而產(chǎn)生誤差。秘訣:若要將這項誤差減到最小,可以使用電壓駐波比(VSWR)規(guī)格為1:2:1 或更佳的切換矩陣。
增加隔離度
如果您的測試需要同時量測高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號,則切換矩陣的隔離度規(guī)格將會影響量測的正確性。秘訣:如果通過DUT 的路徑有很多條,可以使用信號產(chǎn)生器和頻譜分析儀,盡可能地量測出隔離度的特性。如果無法做到這一點,則系統(tǒng)在配置和設(shè)定時,應(yīng)該將高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號繞接到不相鄰的路徑上,或繞經(jīng)不同的切換器。
機構(gòu)屬性
另外一組需要考量的細(xì)節(jié)是信號和電源(交流電或直流電)接頭的數(shù)量和類型,這會影響所需的切換矩陣大小,以及系統(tǒng)接線的復(fù)雜度等因素。秘訣:使用埠數(shù)足夠的切換矩陣,一次就可以接好系統(tǒng)到DUT 的所有連接,這樣一來,就可以將等待信號穩(wěn)定所需的延遲時間縮到最短,并且將功率位準(zhǔn)突然改變而損壞切換矩陣或DUT 的機率降到最低。
秘訣三:t解、量測及修正RF 信號路徑的特性
沒有經(jīng)過額外的修正,產(chǎn)品的規(guī)格最多只能延伸到位于儀器輸入和輸出接頭上的“校準(zhǔn)”(calibration plane)而已。若要得到準(zhǔn)確又穩(wěn)定一致的量測結(jié)果,以及修正過的DUT 結(jié)果,我們建議將校準(zhǔn)面往外推,盡可能地靠近DUT。不論路徑是被動或主動的,DUT 是位在本端或遠(yuǎn)端,都有幾種方法可以做到。
被動路徑的處理方式
元件在整個頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準(zhǔn)下,都有固定的增益和相位偏移量。然而,沿著被動路徑所接出去的每一條接線上可能會有阻抗不匹配的情形,因而造成注入損耗和相位偏移(或延遲)。在高頻下,連簡單的被動元素也會變成復(fù)雜的傳輸線元素,無法直接將路徑上的損耗和相位偏移用簡單的代數(shù)法相加得出。秘訣:使用VNA 來量測整個相連的路徑或分析每一項元素的S 參數(shù)特性,并使用向量學(xué)來模擬整個路徑的總損耗和相位偏移量。這些數(shù)值可以儲存在系統(tǒng)的PC 中,并且視需要予以套用,以修正量測結(jié)果,或者供網(wǎng)路分析儀使用,例如用來即時地調(diào)整濾波器和其他變動的DUT。
修正主動的路徑
主動元件的效能會隨著輸入功率的改變而不同,若要提高量測的準(zhǔn)確度,其做法會取決于元件是在其線性或非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作。如果一個主動元件(如放大器)在校準(zhǔn)和量測作業(yè)期間,是在遠(yuǎn)低于其1 dB 壓縮點的線性區(qū)內(nèi)工作,則可以在該區(qū)內(nèi)的任何功率位準(zhǔn)下進行準(zhǔn)確的修正。
秘訣:如果主動元件是在其非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作,則校準(zhǔn)時也必須使用量測用的功率位準(zhǔn),以確保能夠做準(zhǔn)確的修正。如果需要在非線性模式下,于多個功率位準(zhǔn)進行量測,那么也必須在每一個位準(zhǔn)下分別進行校準(zhǔn),并儲存起來供日后使用。
秘訣:在DUT 的頻率范圍內(nèi),檢查主動元件的頻率響應(yīng)。同樣地,您應(yīng)該在特定的功率位準(zhǔn)下量測整個路徑,或是分析每一個介面的S 參數(shù)特性,并使用向量學(xué),產(chǎn)生一個可以在事后套用或即時套用的模型。
秘訣:為了簡化量測和修正RF 信號路徑特性的作業(yè),有些系統(tǒng)開發(fā)人員會盡可能少用主動元件,這樣做可以減少校準(zhǔn)的工夫,以及在非線性模式工作時,因功率位準(zhǔn)改變而造成誤差的機會。
DUT 的距離-近或遠(yuǎn)
不論DUT 是固定在測試系統(tǒng)的夾具上,或是位在幾碼外的測試室中,要進行準(zhǔn)確的修正有時相當(dāng)困難。固定在夾具上的量測極具挑戰(zhàn)性,因為路徑通常會包括從同軸纜線轉(zhuǎn)換到微帶線式(microstripbased)的短路、開路和負(fù)載上。秘訣:如果無法使用高品質(zhì)的微帶線組件的話,就需要使用網(wǎng)路分析儀來量測夾具、模擬阻抗、以及將那些效應(yīng)從量測結(jié)果中消除。當(dāng)DUT 位在遠(yuǎn)端時,主要的問題出在纜線距離長所造成的路徑衰減,以及因溫度變化和纜線彎曲所造成的路徑差異。秘訣:若可能的話,應(yīng)量測儀器和DUT之間的整個路徑,或是量測路徑上每一個相關(guān)的元素,并使用向量學(xué)將其復(fù)數(shù)響應(yīng)值合起來,以分析出路徑衰減的程度。
秘訣四:別輕忽了所有與儀器相連的東西
設(shè)備制造商在訂定每一部儀器的效能規(guī)格時,最多只會提供到面板上供應(yīng)信號和量測信號用之接頭的規(guī)格而已。從接頭開始,所有出現(xiàn)在儀器和DUT 之間的東西都可能會影響儀器的效能和量測的穩(wěn)定一致性。在RF 和微波的頻率及功率位準(zhǔn)下,通常有三大罪魁禍?zhǔn)祝豪|線、切換器和信號整波器(signal conditioner)。
選擇正確的纜線類型
訂定測試系統(tǒng)的規(guī)格時,需決定要使用哪一種纜線來連接各個裝置,而且您可能還可以指定切換矩陣中所要使用的類型。一般的原則是,穩(wěn)定的纜線具有較低的注入損耗和較佳的VSWR,因此量測的穩(wěn)定一致性較高。在高頻下,最常使用的三種纜線類型為:半硬式( s e m i -rigid)、軟性(conformable)和彈性(flexible)的纜線。
半硬式纜線
顧名思義,這種纜線不會輕易地改變形狀,可確保極佳的效能和穩(wěn)定。高品質(zhì)的半硬式纜線在生產(chǎn)制造的過程中,可透過施以符合MIL 標(biāo)準(zhǔn)的溫度循環(huán)刺激(temperature cycling)法,達到更高的穩(wěn)定度。在成形步驟后使用溫度循環(huán)刺激法,可以消除內(nèi)部的壓力,避免已成形的纜線日后變形。這些纜線中使用之介電質(zhì)的品質(zhì)也會影響其量測的效能。Solid Teflon是最常用的,但會造成注入損耗。Expanded Teflon是目前最佳的替代品,可提供較低的注入損耗和較寬的頻率范圍。這種對細(xì)節(jié)的注重全都會反映在這些纜線的成本上,相較于軟性或彈性的纜線,其價格高出許多。
軟性纜線
這種纜線的穩(wěn)定度比半硬式纜線差,因為它們很容易塑形和重新塑形,這樣的彈性會影響量測的穩(wěn)定和長期的可靠度。
彈性纜線
有時又稱為“ 測試儀器等級的纜線”,通??梢蕴峁┝己玫南辔环€(wěn)定度和低注入損耗,但相對地價格也不低。這種纜線的維護需求較高,使用時需要額外地小心,不然嚴(yán)重的變形可能會改變其電性特性,造成量測結(jié)果不準(zhǔn)確。
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