射频测试方法

一、频谱分析（Spectral Analysis）

常用仪器：频谱分析仪(Spectrum Analyzers)

可测量的参数：

• 提供基本的测量功能，电压、波形、周期、频率、功率、旁频带…
• 显示输入信号的微弱的非线性失真，谐波、交调
• 显示输入信号的频谱特性，频谱、噪声、干扰

主要设置：

• 中心频率（Centre Frequency）显示在视窗X轴中央的频率点
• 频率跨度（Span）显示X轴范围的尺度，即中心频率两侧可显示的频率的大小范围
• 幅值跨度（Amplitude）显示Y轴范围的尺度，即在屏幕上可显示的幅值大小范围
• 标记（Marker）用于测量在分析仪上显示标记的射频信号的幅值，默认是中心频率的幅值
• 参考电平控制（Ref Level Control）用户可以选择参考电平和功率单位，单位：dBm。与示波器的参考电平放在y轴中央不同，频谱分析仪将Ref信号电平放在显示屏幕的顶部，例如参考电平设为0dBm,那也就意味着屏幕的顶部的参考线是0dBm
• 分辨率带宽（RBW，Resolution Band Width）它用来控制频谱分析仪的分辨率，例如：两个非常接近的双音信号，在分析仪上一个较宽的带宽将会将这两个信号看成是一个波形，如果使用窄带宽，才能看到两个信号
• 纵向带宽（VBW，Vertical Band Width）当测量带有噪声的信号时，VBW有助于降低和平滑噪声，它不会影响信号，因为它是在包络线之后建立的将时域信号经过傅里叶变换变为频域信号来分析其频谱

二、矢量网络分析（Vector Network Analysis）

常用仪器：矢量网络分析仪（VNA，Vector Network Analyzer）

网络特性参数测量： S-Parameter、幅度、相位、群延迟、驻波比、增益、衰减、回波损耗、插入损耗、反射系数、增益压缩

矢量信号分析仪（VSA，Vector Signal Analyzer）

• 用来测量和分析矢量调制信号和数字调制信号
• 将射频调制载波信号解调为其复杂的分量将会用到数字调制分析，然后才能进行矢量调制分析
• 分析和产生带宽波形，捕获时间、频率、相位和功率信息，提供优良的调制控制和信号分析

网络信号分析仪（Network Analyzer）

• 用于测量在射频环境下的电网络的反射和透射相对容易测量，可以使用网络分析仪来测量S参数
• 它们通常用来描述二端口网络（如放大器，滤波器），但是也可以用来描述任意数量端口的网络
• 常用在S-Parameter测量、其他射频或高频元件的特性测量，可以将多通道的信号生产与分析联系起来

三、射频功率测量（RF Power Meter）

常用仪器：射频功率计设备

测量射频信号中包含的输出功率、平均功率、脉冲功率、峰值功率

四、射频信号发生器（RF Signal Generators）

用来产生各种范围频率信号

五、射频元器件

5.1 射频终端（RF Terminators）

在电线或电缆末端提供射频终端。可以减少射频信号从末端反射回来，以达到改善干扰的目的

• 开路：微波信号被全部反射，且产生0度相移
• 短路：微波信号被全部反射，且产生180度相移
• 载路：线末端的负载能够吸收所有的微波能量，并且不产生反射

应用：在S-Parameter校准测量时，需要使用开路、短路、载路终端，避免信号泄露、避免信号干扰、防止额外的信号进入系统、保护连接器

5.2 射频开关(RF Switches)

射频开关主要用途：射频开关被用于将微波信号从传输线的一端传输到另一端，射频开关也被用于打开或关闭微波信号能量

射频开关类型

固态机械式

• 优势：响应速度更快 50ns-几微秒

机电式

• 优势：更宽的带宽、更低的插入损耗、更好的隔离性能
• 劣势：响应速度更慢 40ms到100ms

5.3 射频衰减器（RF Attenuator）

射频衰减器的主要用途：用来通过一个带有较少或没有反射的固定增益元器件来降低信号的输出功率

射频衰减器的选择主要指标参数：衰减系数、频率响应、衰减精度、阻抗、功耗

5.4 功分器（Power Splitters/Divider）

功分器接收一输入信号，然后输出指定相位和振幅特性的多路输出信号

输出信号的特征：等幅值、等相位、高度隔离、带有一定插入损耗

功分器主要用途：

• 信号的矢量加减
• 获取多路同相输出信号，其电平与共同输入信号的电平是成比例的
• 将一个输入信号分成多路输出信号
• 将两个源信号合并成一个信号输出

5.5 射频循环器（RF Circulator）

射频循环器是用于保持射频信号着一个方向流转的设备

射频循环器主要用途：它将能量从一个端口引导向另一个特定端口用于保护射频元件，使其免受过度的信号反射影响

5.6 射频隔离器（RF Isolators）

射频隔离器使微波信号只能沿着一个方向通过元器件，而相反方向的信号被吸收

5.7 射频耦合器（RF Couplers）

定向耦合器和功分器有许多相似之处：具有方向性

射频耦合器主要用途：

• 用于信号采样
• 为测量和监控提供信号样本
• 用于测量电压驻波比

5.8 滤波器（Filters）

滤波器是一个双端口网络，用于提供在滤波器通带内的频率传输，在滤波器阻带内的衰减来控制微波系统中的某一点的频率响应

主要的滤波器类型、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器

5.9 相位元件(Phase Components)

相移器（Phase Shifters）用于改变微波信号的相位，一般情况下，相位调整是通过改变输电线路的长度来完成的

相检器（Phase Detectors）相位检测器提供一个与两个输入信号的相位差成比例输出的直流电压信号

5.10 射频混频器（RF Mixer）

混频器用于将一种频率的功率信号转换为另一种频率的功率信号，在混频过程中，信号的频谱从射频中心频率转移到位于LO+RF(上边带)和LO-RF(下边带)的边带上

混频器是通信系统，微波链路，频谱分析仪等的标准组件

混频器提供最低程度的失调以及高度的隔离性

5.11 振荡器（Oscillators）

晶振在射频电路中用于产生频率为了产生频率，需要利用以下元件：

• Xtal(晶体振荡器)只产生一个频率，并且对温度非常敏感
• LC电路(电容电感电路) 能够产生多个频率，但受漂移和噪声影响
• PLL(锁相环，Phase Locked Loop) 可以产生多个频率，灵活和可编程的带反馈用来确保产生的频率的质量

5.12 噪声源(Noise Source)

用于产生低功率噪声、可用于测量被测设备的噪声因数/系数

5.13 射频连接器（RF Connector）

是一种用于传输射频信号的电子元件，提供可靠的电气连接，确保射频信号在设备或电缆之间的高效传输。

MA、SMP、OSP 和 OSSP 是几种常见的射频连接器类型，按需索取

5.14 射频扭矩扳手（RF Torque Wrench）

扭矩扳手是一种典型的射频紧固工具，用于精确紧固射频连接器，避免紧固件震动或工作松动。大多数的射频扭矩扳手采用“断裂设计”，以避免过扭矩

六、常见测试

6.1 发射机测试（Transmitter measurement）

信道内测量显示用户链路的质量，相位误差和平均频率误差、平均发射射频载波功率

信道外测量显示用户对其他用户造成的干扰量。

带外测量显示用户对无线电频谱其他用户（例如航空、军事）造成的干扰量

6.2 频谱测试

带内功率：测定任何指定频率范围或频带内的总功率

占用带宽：测定频带带宽，它包含一个信号总功率的指定百分比

邻道功率：测定一个特定信道和它的两个相邻信道之间分配功率的方式，重要的是传输从一个信道不要跨到相邻信道，否则将会影响其他信道用户

邻道功率抑制比：它表明的是相邻信道(互调信号)的总功率与主信道(有用信号)的功率之比。测试方法：找到共输出功率与相邻信道功率之比的10*log值；或是找出在载波中心附近较小带宽内的输出功率与相邻信道功率的比值，较小的带宽和相邻信道的带宽取一样的值，这种方法更容易测量

6.3 噪声测试

相位噪声：这指的是载波信号中由于信号中的相位和频率调制造成的噪声

• 相位噪声通常非常接近载波
• 振荡器会产生高水平的相位噪声
• 相位噪声将会影响调制信号的质量

电子噪声

• 不相干噪声
  • 外部噪声源 大气、外星、脉冲、干扰
  • 内部噪声源 热噪声、随机噪声
• 相干噪声
  • 内部噪声源 非线性失真、谐波失真、互调失真

6.4 增益测试

是测量设备输入端放大信号的能力。在射频设备中，增益通常用dB(分贝)表示，它是输入功率和输出功率的比值

6.5 1dB压缩点测试

随着设备的输入功率水平的增加，最终达到一个点，设备将会开始进入饱和并由此变得非线性，而当器件进入饱和状态是，其增益将开始减小 在器件增益斜率曲线上，增益下降到低于线性增益1db的点，用于测量待测设备的线性度

测试建立方法： 略

6.6 交调失真测试

交调失真定义：

• 射频器件的线性度可以通过测定器件在其线性工作范围内工作时产生的失真程度来测量
• 交调失真测试通常通过施加一个双音连续波形信号来完成，其中的两个音调通常在设备的输入端同时施加两个相等的功率级

6.7 噪声因数测试

它被用来描述由待测试设备DUT产生的噪声

6.8 隔离测试

它是一种针对混频器的一种严格测试、测量混频器的三个端口(LO,RF,IF)彼此相互的隔离情况

6.9 回波损耗测试

回波损耗是评判某一级接口阻抗匹配性能好坏的衡量标准

• 一个匹配的负载将会产生无穷大dB的损耗，因为没有反射功率
• 一个不匹配的负载将会产生0dB的回波损耗，所有的入射功率全部被反射回来

6.10 接收机测试

• 接收机灵敏度
• 信噪比

• 眼图
• I/Q损害
  • I/Q增益不平衡
  • 正交误差
  • I/Q偏移
  • I信号或Q信号路径时延
  • 干扰信号