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现代通信测试设备必须适合多种手机标准
内容导读:
——谈如何选择射频功率分析测试仪器
美国吉时利仪器公司 Robert Green
 
 

  

  在通信设备生产领域,射频功率的测量是必不可少的。主信道的功率测量往往决定了接通的质量,邻信道的功率测量则决定不同手机用户之间的干扰程度。而所有上述的指标必须符合相应的工业标准。
  例如,cdmaOne的手机标准清楚定义了频谱相对于载频的最大干扰度,并指明了有关射频功率测试的详细办法。单纯的功率表往往不能提供与频谱相关的测试功能,因为其不能分辨总功率下的不同子功率,也不能分辨被测发射带宽区域内外的频率
  但是,单纯的功率表较为便宜,价格一般为5000美金左右,这对于那些在生产过程中只测量总输出功率的用户来说是符合要求的。在功率表前端加装可选频率的滤波器可以与实现频谱相关的测试内容,但这无疑增加了成本和复杂程度。
  频谱分析仪可以分析频域下的射频功率,但是通常情况下,如测量不同功率等级,则不能达到类似功率表的精度。然而,由于目前没有更加理想的替代产品,频谱分析仪往往从实验室搬移到生产线上大量使用。
  为了让频谱仪达到功率表的精度,一般会加长扫描时间或做多次平均,但这会大大增加测试的时间。用于生产测试的频谱仪往往不低于20000美金。
  对手机等需要仔细组装测试的产品而言,生产线的最后部分会使用复杂的综测仪来进行最终的校准和调整。这些设备能通过对被测手机进行呼叫来模拟基站功能。上述这些功能往往会令整个设备价格变成30 000~90 000美金不等。


生产测试有哪些要求?

  由于价格不断降低,利润变薄,通信厂家必须优化生产线,提高生产效率。基于上述考虑,通信厂家一般会对手机在最后组装之前进行板极测试,从而大量节省测试时间,提高产出。
  
在频域下进行快速射频功率测量可以校准发射状态下各信道的功率。而且,利用带宽可调的射频功率测试仪器,上行和下行的邻信道和间隔信道的功率测试也可以在板极进行。
  
   在校准阶段,手机会发射一系列射频信号,在若干个不同的频率下测量发射功率。
这些数据建立了线性数值表和已校准的频率补偿值,并存储在手机的相应硬件内。 获得了上述这些补偿值的功率校准过程是不断重复的,每个频带需要60~100次(甚至更多次)功率测量。
  
  如果手机支持多频工作,则功率测量的次数起码会翻倍。多模手机(即工作在不同制式)则需要在每个工作制式下进行功率测试。在邻信道进行虚假能量的测量对于保证最大允许干扰功率的大小也是至关重要的。这些测试必须在每个频带(手机工作的所有标准制式)下进行。
  
  正是因为上述大量的功率测试,现代快速自动化测试系统, 需具备GPIB控制功能,用于收集,处理和分析数据。典型的的这种测试仪器摈弃了复杂的显示和控制功能,从而节省造价,提高生产能力。
  
  美国吉时利(Keithley)仪器公司新推出的2800射频功率分析仪,就提供了上述基于频域的测试功能,并涵盖了通信行业手机的不同标准, 是当今通信测试应用的典型代表。 下面介绍射频功率分析仪的主要特点。
以应用为导向
  射频功率分析仪作为新一代的以应用为导向的通信测试仪器,是专为通信测试度身定制,解决了三大主要问题:①加快测试速度 ②节省测试时间 ③降低成本。
  
  仪器的设计思路和命名,一般因不同应用目标而不同。 但是,通常来讲,这些名称会是“射频数字化仪”, “射频功率分析仪”或“射频信号分析仪”,等等,是针对某些专用的测试项。这些仪器往往价格较低,在15 000到20 000美金之间。若针对手机和基站测试,在设计的功能上,一般会包括DSP技术的FFT电路,更多的数据缓冲,简单的控制面板和显示功能以及专门针对具体应用的测试设置(比如预存的频率量程,量程设置以及特定的测试选项)。
先进的功能
  手机用射频分析仪可以模拟频谱仪的许多功能,而去除了跟频率有关的功率测试以外的功能。而大量复杂的频谱仪为了能以CRT显示采样的信号,往往集成了信号混合、振荡器、频率转换、滤波以及模数转换等功能。因此,测试过程相对较慢,而且在绝大部分场合,显示器对于板级测试是不需要的。而新一代的测试仪器运用FFT电路,能够直接采样,并在时域下数字化所测信号,然后在频域下得出数字化的信号谐波。
  
  在手机测试领域,不用传感器直接将信号输入是另一个优点。因此在仪器支持的频带内较低的驻波比(<1.5:1)是基本的要求。新一代的功率测量仪器可以达到0.3dB的精确度,重复性好于0.1dB。这些仪器需要一个稳定的内部振荡源做标准,也可外接频率源以达到与主系统时钟的同步。

  对生成TDMA信号的产品,如GSM手机和功率放大器,会需要脉冲测量的功能。为了减少测试时间,射频功率分析仪能够在4.6ms的周期内捕捉到577μs发射的脉冲宽度,并能进行下一个连续脉冲的测量。
其他的测试功能
  ① 载频: 确认被测手机是否在正确的频率下发射信号;
  ② 峰值频谱测量功能: 发现功率频谱的峰值,评价发射功率的缺损;
  ③ 频率调制指数(AMPS标准): 边带噪声测量。
专为高速测试而设计
  仔细研究射频功率分析仪的各项指标还会发现更多的的特点。采用了多种方法提高测试速度进而提升生产能力,就是设计的关键要素。
  例如,在仪器前端,使用了固态开关,使切换延迟时间最小化。与机械式射频元件切换时间若干毫秒相比,固态开关一般只需几个微秒。
  采用数字滤波器和数字下行转换器的设计,可以一次读出主信道,两个邻信道和两个间隔信道的功率值。这样的话,多达5个带宽的功率测量可以同时完成。
  另一个提高速度的方法是将由PC所做的对具体应用的设置转到仪器内实现,减少从PC到仪器的数据交换量, 这样能节省GPIB通信的时间。
  使用仪器的内存执行程序是另一个减少GPIB通信的方法。在内存中存储了全部的测试步骤,能让仪器在收到计算机发来的执行命令后控制整个测试过程。
  在测试系统内仪器间的硬件触发,实现了计算机最少介入的情况下多台仪器的协同操作, 解决了GPIB通信这一瓶颈问题。 综上所述这些特点, 使射频功率分析仪的测试时间大大缩短。

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来源:今日电子 作者:Robert Green 时间:2003/4/1 0:00:00
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