提高RF微波測(cè)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(hào)源或量測(cè)信號(hào)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(huì)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(cè)纜線和配件的實(shí)際阻抗,特別是如果DUT 是主動(dòng)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(xiàng)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(cè)試需要同時(shí)量測(cè)高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號(hào),則切換矩陣的隔離度規(guī)格將會(huì)影響量測(cè)的正確性。秘訣:如果通過(guò)DUT 的路徑有很多條,可以使用信號(hào)產(chǎn)生器和頻譜分析儀,盡可能地量測(cè)出隔離度的特性。如果無(wú)法做到這一點(diǎn),則系統(tǒng)在配置和設(shè)定時(shí),應(yīng)該將高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號(hào)繞接到不相鄰的路徑上,或繞經(jīng)不同的切換器。
機(jī)構(gòu)屬性
另外一組需要考量的細(xì)節(jié)是信號(hào)和電源(交流電或直流電)接頭的數(shù)量和類(lèi)型,這會(huì)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(lái),就可以將等待信號(hào)穩(wěn)定所需的延遲時(shí)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(jī)率降到最低。
秘訣三:t解、量測(cè)及修正RF 信號(hào)路徑的特性
沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(cè)結(jié)果,以及修正過(guò)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(dòng)或主動(dòng)的,DUT 是位在本端或遠(yuǎn)端,都有幾種方法可以做到。
被動(dòng)路徑的處理方式
元件在整個(gè)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(dòng)路徑所接出去的每一條接線上可能會(huì)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(jiǎn)單的被動(dòng)元素也會(huì)變成復(fù)雜的傳輸線元素,無(wú)法直接將路徑上的損耗和相位偏移用簡(jiǎn)單的代數(shù)法相加得出。秘訣:使用VNA 來(lái)量測(cè)整個(gè)相連的路徑或分析每一項(xiàng)元素的S 參數(shù)特性,并使用向量學(xué)來(lái)模擬整個(gè)路徑的總損耗和相位偏移量。這些數(shù)值可以?xún)?chǔ)存在系統(tǒng)的PC 中,并且視需要予以套用,以修正量測(cè)結(jié)果,或者供網(wǎng)路分析儀使用,例如用來(lái)即時(shí)地調(diào)整濾波器和其他變動(dòng)的DUT。
修正主動(dòng)的路徑
主動(dòng)元件的效能會(huì)隨著輸入功率的改變而不同,若要提高量測(cè)的準(zhǔn)確度,其做法會(huì)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(gè)主動(dòng)元件(如放大器)在校準(zhǔn)和量測(cè)作業(yè)期間,是在遠(yuǎn)低于其1 dB 壓縮點(diǎn)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(jìn)行準(zhǔn)確的修正。
秘訣:如果主動(dòng)元件是在其非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作,則校準(zhǔn)時(shí)也必須使用量測(cè)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(gè)功率位準(zhǔn)進(jìn)行量測(cè),那么也必須在每一個(gè)位準(zhǔn)下分別進(jìn)行校準(zhǔn),并儲(chǔ)存起來(lái)供日后使用。
秘訣:在DUT 的頻率范圍內(nèi),檢查主動(dòng)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(cè)整個(gè)路徑,或是分析每一個(gè)介面的S 參數(shù)特性,并使用向量學(xué),產(chǎn)生一個(gè)可以在事后套用或即時(shí)套用的模型。
秘訣:為了簡(jiǎn)化量測(cè)和修正RF 信號(hào)路徑特性的作業(yè),有些系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員會(huì)盡可能少用主動(dòng)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(shí),因功率位準(zhǔn)改變而造成誤差的機(jī)會(huì)。
DUT 的距離-近或遠(yuǎn)
不論DUT 是固定在測(cè)試系統(tǒng)的夾具上,或是位在幾碼外的測(cè)試室中,要進(jìn)行準(zhǔn)確的修正有時(shí)相當(dāng)困難。固定在夾具上的量測(cè)極具挑戰(zhàn)性,因?yàn)槁窂酵ǔ?huì)包括從同軸纜線轉(zhuǎn)換到微帶線式(microstripbased)的短路、開(kāi)路和負(fù)載上。秘訣:如果無(wú)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(lái)量測(cè)夾具、模擬阻抗、以及將那些效應(yīng)從量測(cè)結(jié)果中消除。當(dāng)DUT 位在遠(yuǎn)端時(shí),主要的問(wèn)題出在纜線距離長(zhǎng)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(cè)儀器和DUT之間的整個(gè)路徑,或是量測(cè)路徑上每一個(gè)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(lái),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?jī)x器的效能規(guī)格時(shí),最多只會(huì)提供到面板上供應(yīng)信號(hào)和量測(cè)信號(hào)用之接頭的規(guī)格而已。從接頭開(kāi)始,所有出現(xiàn)在儀器和DUT 之間的東西都可能會(huì)影響儀器的效能和量測(cè)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(hào)整波器(signal conditioner)。
選擇正確的纜線類(lèi)型
訂定測(cè)試系統(tǒng)的規(guī)格時(shí),需決定要使用哪一種纜線來(lái)連接各個(gè)裝置,而且您可能還可以指定切換矩陣中所要使用的類(lèi)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(cè)的穩(wěn)定一致性較高。在高頻下,最常使用的三種纜線類(lèi)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(huì)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(guò)程中,可透過(guò)施以符合MIL 標(biāo)準(zhǔn)的溫度循環(huán)刺激(temperature cycling)法,達(dá)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(huì)影響其量測(cè)的效能。Solid Teflon是最常用的,但會(huì)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(duì)細(xì)節(jié)的注重全都會(huì)反映在這些纜線的成本上,相較于軟性或彈性的纜線,其價(jià)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?yàn)樗鼈兒苋菀姿苄魏椭匦滤苄?,這樣的彈性會(huì)影響量測(cè)的穩(wěn)定和長(zhǎng)期的可靠度。
彈性纜線
有時(shí)又稱(chēng)為“ 測(cè)試儀器等級(jí)的纜線”,通??梢蕴峁┝己玫南辔环€(wěn)定度和低注入損耗,但相對(duì)地價(jià)格也不低。這種纜線的維護(hù)需求較高,使用時(shí)需要額外地小心,不然嚴(yán)重的變形可能會(huì)改變其電性特性,造成量測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
評(píng)論