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獲得射頻儀器最大功效的最優(yōu)方法

時(shí)間:2010-09-10 13:20:14來(lái)源:xuliyuan

導(dǎo)語(yǔ):?如果不能提供高品質(zhì)的信號(hào),這些儀器就不能充分發(fā)揮其潛能。完備的測(cè)量方法和注意事項(xiàng)可以保證您能夠充分獲取在射頻儀器上投資的收益。

      現(xiàn)代射頻儀器具有遠(yuÇŽn)遠(yuÇŽn)超過(guò)其前代產(chÇŽn)品的令人印象深刻的測(cè)量能力和精度。然而,如果不能提供高品質(zhì)的信號(hào),這些儀器就不能充分發(fā)揮其潛能。完備的測(cè)量方法和注意事項(xiàng)可以保證您能夠充分獲取在射頻儀器上投資的收益。

Table of Contents

1.獲得可靠的射頻測(cè)量

2.理解專業(yè)術(shù)語(yǔ)

3.了解你的被測(cè)試裝置

4.識(shí)別出現(xiàn)不確定性的方面

5.注意所有的連接和組件

6.為作業(yè)選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ?

7.開發(fā)流程

8.提高射頻測(cè)量的質(zhì)量

9.更多資源

獲得可靠的射頻測(cè)量

      射頻測(cè)量通常在理論上很簡(jiÇŽn)單,但付諸實(shí)施的時(shí)候卻困難重重。您能夠很容易地從當(dāng)代射頻儀器所提供的廣泛測(cè)量手段中獲得核心的射頻測(cè)量結(jié)æžœ,例如功率,頻率和噪聲。但是,獲得結(jié)果與獲得正確結(jié)果則有著天壤之別。通過(guò)在您的整個(gè)射頻測(cè)量過(guò)程中執(zhí)行最優(yōu)方法,您可以確保一個(gè)可靠、精確并且可重復(fù)的結(jié)æžœ。 

理解專業(yè)術(shù)語(yǔ)

      例如精度、可重復(fù)性、分辨率和不確定性這些專業(yè)è¡“(shù)語(yÇ”)ç¶“(jÄ«ng)常在各種各樣的射頻應(yÄ«ng)用中被混雜和誤用,從而增加了混亂,減少了測(cè)量的可信性。在進(jìn)行射頻測(cè)量時(shí)理解一些關(guān)鍵的專業(yè)è¡“(shù)語(yÇ”)和它們的適用環(huán)境是必要的。

      例如,當(dāng)想要在相近刻度上辨明正確的讀數(shù)時(shí),儀器上的數(shù)字顯示會(huì)比模擬的測(cè)量?jÄ«)x表更容易使用。然而,即使數(shù)字顯示對(duì)一次測(cè)量給出了小數(shù)點(diÇŽn)后的三位數(shù)å­—,你也不能推斷出該儀器及其測(cè)量的分辨率和精度。

      å› ?yàn)è½±@示給出千分之一分貝的功率或分?jǐn)?shù)赫茲的頻率并不意味著該儀器具有測(cè)量這些細(xì)微變化的能力。通常這些顯示的位數(shù)遠(yuÇŽn)遠(yuÇŽn)超過(guò)了儀器在這一水平的測(cè)量能力。要充分了解一個(gè)射頻儀器的測(cè)量能力,往往要參考說(shuō)明書或數(shù)據(jù)表。

      前后一致的定義可以減少您測(cè)量中可能出現(xiàn)的混淆。以下是您在使用中會(huì)ç¶“(jÄ«ng)??吹降囊恍╆P(guān)鍵術(shù)語(yÇ”):

●分辨率 -  å„€å™¨æ‰€èƒ½å¯é æª¢æ¸¬(cè)到的最小改變

●重復(fù)性 -在同樣條件下多次進(jìn)行同一測(cè)量獲得相同結(jié)果的能力

●不確定性-對(duì)被測(cè)量的準(zhǔn)確值缺乏認(rèn)知部分的量化

●精度- 儀器 在一定誤差范圍內(nèi)測(cè)量一個(gè)參數(shù)實(shí)際/絕對(duì)值的能力

      不確定性是始終存在的,對(duì)誤差來(lái)源的評(píng)估可以幫助確定測(cè)量的不確定度。除上述外,還有一些相關(guān)è¡“(shù)語(yÇ”)在依據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhÇ”n)與技術(shù)研究所(NIST)或其它標(biāo)準(zhÇ”n)機(jÄ«)æ§‹(gòu)的說(shuō)明文件來(lái)描繪性能時(shí)會(huì)有用。 可描述性是保證所有的測(cè)量器件有一個(gè)共同的絕對(duì)基準(zhÇ”n)所必須的。所謂“規(guÄ«)范”是指保證性能由校準(zhÇ”n)溯源到NIST的測(cè)試設(shè)備產(chÇŽn)生。“典型”往往意味著性能是百分之百測(cè)試,但不包括測(cè)量不確定因素?!跋笳餍浴钡谋憩F(xiàn)通常是補(bÇ”)充信息,不是在每個(gè)儀器上的普遍測(cè)量。

      精度是儀器在規(guÄ«)定的誤差范圍內(nèi)測(cè)量參數(shù)絕對(duì)值的能力。換句話說(shuō),X加減Y,沒有誤差限制(和單位)一個(gè)34的測(cè)量值是沒有意義的。同樣地,一個(gè)5的誤差說(shuō)明也是沒有用的,甚至一個(gè)百分之五的誤差說(shuō)明也幾乎沒有幫助。那到底是正或負(fù)百分之五,還是正百分之三和負(fù)百分之二?為了準(zhÇ”n)確,精度應(yÄ«ng)該像這樣規(guÄ«)定,例如34 V +/- 1 V, 34 V +/- 1%, 或 34 V +2/-1 V。

      è«‹(qǐng)多花時(shí)間了解射頻測(cè)量的術(shù)語(yÇ”)并熟悉它們的意義。您關(guān)于測(cè)量的表達(dá)越準(zhÇ”n)確,結(jié)果就越利于理解也越可信。

了解你的被測(cè)試裝置

      被測(cè)試裝置(DUT)的性能會(huì)顯著影響射頻測(cè)量。例如,溫度會(huì)影響穩(wÄ›n)定性,并因此與可重復(fù)性密切相關(guān)。許多射頻器件和射頻儀器沒有對(duì)溫度變化的內(nèi)部補(bÇ”)償。因此,它們必須在穩(wÄ›n)定的溫度下工作以使溫度漂移引起的測(cè)量誤差最小。當(dāng)前的環(huán)境(例如,空調(diào)循環(huán)的開啟與關(guān)é–‰,覆蓋物和面板的移除或增加,處于戶外或室內(nèi),以及是否接近熱源)會(huì)有很大影響。需要注意適當(dāng)?shù)念A(yù)熱時(shí)é–“、被測(cè)試裝置的冷卻需求和周邊的環(huán)境以確保溫度穩(wÄ›n)定性。

      在有源器件中,過(guò)高的功率會(huì)å°Ž(dÇŽo)致發(fā)熱。例如,在測(cè)試高功率放大器時(shí),被測(cè)試器件本身可以保持溫度穩(wÄ›n)定,但是下游組件會(huì)怎么樣呢?看看是否有開關(guān)或衰減器因?yàn)榉糯笃鞯妮敵龆患訜帷ふ矣煞糯笃鳟a(chÇŽn)生的異常信號(hào),例如諧波。電源線容易受到可直接疊加到輸出的環(huán)境噪聲的影響。而且,測(cè)量放大器的線性參數(shù)(增益和相位),隨后卻發(fā)現(xiàn)放大器同時(shí)處于被壓縮狀態(tài)是令人沮喪的。所有這些都影響了射頻測(cè)量的精度。在器件被測(cè)試前對(duì)其本身、其運(yùn)作方式以及它對(duì)射頻測(cè)量參數(shù)的影響進(jìn)行了解,會(huì)得到有意義的結(jié)果。

識(shí)別出現(xiàn)不確定性的方面

      僅僅匹配射頻測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)表格說(shuō)明與被測(cè)試裝置的測(cè)試要求是不夠的。這在更高頻率或者失配的射頻測(cè)量中尤其明顯,除其它外,還有放大不確定性。在測(cè)量的每個(gè)步驟中引入的誤差會(huì)使總體結(jié)果出現(xiàn)偏差。當(dāng)一個(gè)不正確的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)時(shí),你應(yÄ«ng)該在質(zhì)疑被測(cè)量裝置存在問題之前首先懷疑測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤。

      è«‹(qǐng)?jiān)跍y(cè)量過(guò)程中了解儀器儀表以及被測(cè)試裝置的關(guān)鍵操作規(guÄ«)范。在其它規(guÄ«)范中,了解匹配,頻率響應(yÄ«ng),噪聲系數(shù)和功率。同時(shí),也要了解這些參數(shù)的容許誤差。請(qǐng)記住如下要素:

●射頻開關(guān)重復(fù)性,老化和功率處理

●耦合器的指向性,電纜的相穩(wěn)定性以及適配器的插入損耗和回波損耗

●電路板線路的阻抗質(zhì)量,器件插座和電路板的開關(guān)轉(zhuǎn)換

●測(cè)量中的電磁干擾(EMI)輻射和耦合

      一些通常沒有被認(rèn)真考慮的項(xiàng)目,例如冷卻、諧波、激勵(lì)以及其他非線性行為也能夠增加測(cè)量中的誤差。審視整個(gè)測(cè)試設(shè)備并確定每一塊的誤差分布以獲得對(duì)預(yù)期測(cè)量不確定性的實(shí)際評(píng)價(jià)。找出誤差原因和它們對(duì)精度、重復(fù)性和不確定性的影響。這可以得到更好的結(jié)æžœ,使您能更加有效和有意義地分配預(yù)算和資源。

注意所有的連接和組件

      開發(fā)、設(shè)計(jì)、測(cè)試以及將產(chÇŽn)品推廣到市場(chÇŽng)這一系列的花費(fèi)是一筆相當(dāng)大的投資。一個(gè)公司的成敗與否取決于產(chÇŽn)品的性能。在高性能的射頻測(cè)試設(shè)備上的支出是有重要意義的,因?yàn)檫@能夠表明產(chÇŽn)品達(dá)到或超過(guò)與市場(chÇŽng)份額掛鉤的關(guān)鍵技術(shù)要求。此外它還代表了一種競(jìng)爭(zhÄ“ng)優(yōu)å‹¢(shì)和公司收入的主要增加來(lái)源。

      然而,僅有一個(gè)高性能的,昂貴的,經(jÄ«ng)過(guò)良好校準(zhÇ”n)的測(cè)試系統(tÇ’ng)和同樣性能顯著的被測(cè)試器件是不夠的,還應(yÄ«ng)該對(duì)被測(cè)試器件測(cè)試系統(tÇ’ng)中的附屬連接和組件的質(zhì)量和重復(fù)性給予同等的關(guān)注。也許在關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)上十分之一或二的改進(jìn)都是一個(gè)有競(jìng)爭(zhÄ“ng)力的優(yōu)å‹¢(shì)。在大多數(shù)標(biāo)準(zhÇ”n)下,源和負(fù)載的匹配(駐波比)為1:1.5是不錯(cuò)的,但是這種程度的匹配將引入一個(gè)錯(cuò)誤的(大約)為+/-0.35分貝的失配不確定性。一個(gè)0.2分貝的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)不可能在這么多的不確定性影響下得到證明。

      容易忽視的項(xiàng)目例如電纜、開關(guān)、衰減器、連接器、插座、適配器和附件會(huì)不利于整個(gè)測(cè)量。從需要的精度出發(fā),然后選擇適合測(cè)量的組件。一個(gè)好的經(jÄ«ng)é©—(yàn)法則會(huì)使測(cè)試系統(tÇ’ng)性能十倍于你正在測(cè)試的被測(cè)試裝置的參數(shù)。

      有了一個(gè)高品質(zhì)信道,下一步是要采用好的測(cè)量方法。請(qǐng)確保你正確清潔和存放電纜、連接器和適配器。即使是最好的電纜和連接器失效了,也要放棄對(duì)它們的使用,它們是測(cè)試過(guò)程中的耗材。采取措施,盡量減少適配器的使用,確保扭矩扳手和連接規(guÄ«)格按常規(guÄ«)使用以使熱切換最小。請(qǐng)記住正確的靜電放電(ESD)做法。即使測(cè)試系統(tÇ’ng)間最高品質(zhì)的元件和被測(cè)試裝置的級(jí)聯(lián)也可以引入測(cè)量誤差。

為作業(yè)選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ?/strong>

      需要測(cè)量哪些參數(shù)和需要達(dá)到怎樣的精度水平很大程度上決定了測(cè)試被測(cè)裝置所需要選擇的射頻設(shè)å‚™。最好的選擇是一個(gè)安全的策略,但它會(huì)浪費(fèi)你能夠用于測(cè)量其它方面的預(yù)算資源。如果射頻功率是要測(cè)量的唯一量,一個(gè)射頻功率計(jì)可能是比一臺(tái)矢量信號(hào)分析儀更理想的選擇。

      標(biāo)量?jÄ«)x器只測(cè)量幅度(振幅),而矢量?jÄ«)x器測(cè)量幅度和相位。即使不需要測(cè)量相位,也要考慮到矢量工具可以提供更好的誤差更正,因?yàn)橄辔恍畔⒖梢杂脕?lái)量化系統(tÇ’ng)中不需要的反射。

      將價(jià)格與性能等同并不是在購(gòu)買射頻儀器時(shí)應(yÄ«ng)遵循的最佳法則。一臺(tái)高質(zhì)量的掃頻調(diào)諧光譜分析儀將花費(fèi)你大量的預(yù)算。盡管它們?cè)谝延械臏y(cè)量用途上是優(yōu)秀的測(cè)量?jÄ«)x器,具有典型的± 1分貝或更低的測(cè)量精度,但它們卻難以達(dá)到測(cè)量絕對(duì)射頻功率的要求。同樣,如果使用的儀器具有-140 dBm/Hz的本底噪聲,那么它也很難測(cè)量出被測(cè)裝置上-155 dBm/Hz的本底噪聲。

      è«‹(qǐng)為每項(xiàng)作業(yè)考慮合適的工具。為精度和不需要的測(cè)量付出太多不僅是對(duì)金錢和資源的浪費(fèi),它限制了用于例如對(duì)測(cè)量質(zhì)量更有利的電纜和開關(guān)等其它方面的資金。

開發(fā)流程

      一旦你確定并執(zhí)行了最優(yōu)方法,就要使它們逐步成為能夠在團(tuán)體間清楚理解和交流的慣例或流程。這能夠使射頻測(cè)量結(jié)果具有更好的重復(fù)性和一致性。

      例如,一個(gè)é—œ(guān)于流程的常見問題是“我應(yÄ«ng)該多久校準(zhÇ”n)一次?”許多射頻儀器往往是對(duì)ç’°(huán)境變化敏感的。如果是這樣的話,更經(jÄ«ng)常的校準(zhÇ”n)可能是必要的。高精度的要求可能也需要更頻繁的校準(zhÇ”n)。無(wú)論如何,對(duì)射頻校準(zhÇ”n)的要求必須時(shí)刻牢記,并要將其作為嚴(yán)格遵守的流程。

      整個(gè)設(shè)計(jì)、驗(yàn)è­‰、測(cè)試和制造階段的流程能夠影響射頻測(cè)量性能??紤]哪些操作參數(shù)需要驗(yàn)證,哪些應(yÄ«ng)該在制造中測(cè)試,以及影響射頻測(cè)量精度、重復(fù)性和不確定性的上游和下游工序(例如,返工,焊接,裝配和屏蔽)。

      流程對(duì)于獲得并執(zhí)行良好的射頻方法很重要。這有利于良好方法的常規(guÄ«)å­¸(xué)ç¿’(xí)和標(biāo)準(zhÇ”n)化。在產(chÇŽn)品壽命周期內(nèi)始終如一地遵循已建立的流程對(duì)射頻參數(shù)以及對(duì)它們的正確測(cè)量能夠產(chÇŽn)生重大的影響。

提高射頻測(cè)量的質(zhì)量

      進(jìn)行射頻測(cè)量可以很容易;然而,要做好就比較有挑戰(zhàn)性。使用健全的方法并且在測(cè)量過(guò)程中找出它們可以提高射頻測(cè)量的品質(zhì)。有許多方法可以確定和執(zhí)行最優(yōu)方法。改進(jìn)射頻測(cè)量是一個(gè)獲得認(rèn)知和付諸實(shí)踐的連續(xù)過(guò)程。本文介紹的步驟有助于建立一種體系來(lái)提高射頻測(cè)量技術(shù)并充分利用您的射頻測(cè)試儀器。

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