隨著頻率逐漸攀升到新的高度，無線和射頻測試的復(fù)雜度和成本也在不斷增加。事實(shí)上，目前千兆赫級頻率已相當(dāng)司空見慣了。簡單的AM和FM/PM已被淘汰，為更復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制方法所取代。
二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)以及正交幅度調(diào)制(QAM)都是目前的常用標(biāo)準(zhǔn)。手機(jī)還廣泛采用了擴(kuò)頻(CDMA)技術(shù)。而同時，其它一些更先進(jìn)的無線方法則開始采用正交頻分復(fù)用(OFDM)。
此外，軟件定義無線電(SDR)和認(rèn)知無線電(CR)、時隙復(fù)用協(xié)議、雷達(dá)之類的突發(fā)傳輸、調(diào)頻、超寬帶(UWB)等帶寬技術(shù)，以及自適應(yīng)調(diào)制等等專業(yè)無線技術(shù)，使測試流程愈加復(fù)雜化，這給設(shè)計人員或測試工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。
不僅止于此，測試速度也變得前所未有的重要。但現(xiàn)在在工程中仍然是上市時間主宰一切，而測試沒有增加任何價值。它只是一種為確保產(chǎn)品正常工作并符合相關(guān)指南所產(chǎn)生的成本。制造測試花費(fèi)的時間越長，成本就越高，利潤就越低。
對手機(jī)像這樣的大批量商品市場而言，這是很嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)。僅僅今年生產(chǎn)的新電話就超過了10億部，試想一下測試所花的時間！有制造商指出，若把一項(xiàng)測試的時間減少10ms，每次生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)就可以節(jié)省100萬美元。
盡管如此，在這方面還真有一些鼓舞人心的好消息?？偸钦驹诩夹g(shù)最前沿的測試設(shè)備制造商認(rèn)識到了這個問題并開發(fā)出了一些很棒的解決方案，可以簡化且大幅度加速測試流程。雖然代價是必須做出適當(dāng)?shù)恼壑匀∩?，但頗為值得，畢竟時間就是金錢。
常用測試
在規(guī)劃無線測試時，應(yīng)該確保所采用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)給出了需要測量的主要參數(shù)。不論該標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)組織還是認(rèn)證產(chǎn)品的業(yè)界聯(lián)盟所制定，你都必須獲取標(biāo)準(zhǔn)文檔，并了解其所有繁瑣的細(xì)節(jié)。在其中你將找到必需進(jìn)行的特殊測試極其所需設(shè)備。
切記兩個事實(shí)。首先，射頻測量是針對功率而非電壓的。儀表和顯示系統(tǒng)的讀數(shù)常常直接以功率單位給出，有時又采用dBm的形式(即dB值是以1mW為參考值的)。表1顯示了有效功率和dBm之間的關(guān)系。由于所有情況中的目標(biāo)都是致力于實(shí)現(xiàn)最大的功率輸送，故電路內(nèi)和測試儀器與被測器件之間的正確的阻抗匹配是至為關(guān)鍵的。大多數(shù)RF測量都采用50Ω的特性阻抗。
其次，傳輸線至關(guān)重要。其不是同軸電纜，就是帶狀線或微帶線，阻抗是關(guān)鍵。標(biāo)準(zhǔn)特性阻抗為50Ω，所有的阻抗都應(yīng)該匹配最大功率輸送。此外，阻抗還應(yīng)該匹配最小的反射和高的電壓駐波比(VSWR)，以避免效率低下和電路損壞。
一般而言，射頻測試分為兩類：一類針對發(fā)射器(TX)，另一類針對接收器(RX)。下面給出了部分主要測試，此外還有許多其它的特殊測試。業(yè)界各個公司都一直在致力于開發(fā)新的測試，不斷豐富測試類型(參見www.electronicdesign.com, Drill Deeper 17102，“Six New Measurements You're Going To Need”一文)。
發(fā)射器測試
輸出功率：
最重要的測試是末級功率放大器(PA)的功率輸出。利用頻譜分析儀或向量信號分析儀可以獲得良好的測量結(jié)果，但大多數(shù)情況都要求更高的測量精度，這就需要射頻功率計。射頻功率計可以提供所需的精度以確保滿足任何標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。
兩個常見的功率測量是平均功率和峰值功率，具體選擇哪一個取決于所采用的調(diào)制方法是什么類型。某些應(yīng)用中，更復(fù)雜的是門控或時控功率測量的要求。比如，采用TDMA技術(shù)的GSM手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)要求在分配的524.6-μs時隙內(nèi)測量射頻突發(fā)信號。脈沖射頻應(yīng)用的另一個例子是雷達(dá)，其具有非常狹窄的脈沖和隨機(jī)且間或的編碼格式。
對于CDMA，將測量平均功率，因?yàn)樾盘栴愃朴陔S機(jī)或白色噪聲。在必須同時處理多個信號的CDMA PA中，信號(盡管是隨機(jī)的)可以累加在一起產(chǎn)生高至信號的10到30倍的峰值功率。這類放大器中的一個主要測量參數(shù)是振幅因子(crest factor)，又稱峰均比(peak-to-average ratio)它可以是功率比或電壓比。某些射頻功率計可以測量和計算振幅因子。
另一個主要測量參數(shù)是PA的1-dB壓縮點(diǎn)。PA的輸出功率隨輸入功率的增加而線性增加，直到某個點(diǎn)。在某些功率級，輸出將飽和，這意味著輸出功率達(dá)到最高值，并基本保持恒定，不再隨輸入功率的增加而變化(圖1)。1-dB壓縮點(diǎn)是指輸出功率比其線性輸出級低1dB時的點(diǎn)。
當(dāng)然，放大器進(jìn)入飽和級狀態(tài)會增加其壓力。更糟糕的是，由于互調(diào)失真(Intermodulation Distortion,IMD)效應(yīng)，非線性響應(yīng)會產(chǎn)生諧波和偽信號?？梢岳妙l譜分析儀測量諧波和偽信號。
三階截取(TOI):
IMD也是一項(xiàng)常見測試，用以測量放大器中的非線性量。把兩個測試信號加載在放大器上，對輸出進(jìn)行測量。f1和f2兩個基頻信號混合，產(chǎn)生信號和與信號差，以及更高階的產(chǎn)物。信號和與信號差因?yàn)槭嵌A產(chǎn)物，通常很易于濾除。但所謂的三階產(chǎn)物，即2f1 - f2與2f2 - f1，卻很難濾除，因?yàn)樗鼈兣c兩個原始信號非常接近(圖2)。
這些三階產(chǎn)物可以通過確定TOI來測得。該測試也被稱為IP3或IM3，可間接測得TOI的幅度。在圖1所示的輸出功率與輸入功率的關(guān)系圖中，主曲線的斜率是一。根據(jù)定義非線性度的三角式的數(shù)學(xué)特性，TOI產(chǎn)物的曲線斜率為三。
需注意，該曲線與主要線性圖的交叉點(diǎn)位于放大器的壓縮點(diǎn)之上。這是因?yàn)闊o法直接測量TOI。線性圖和TOI之間的差距越大，失真越少，互調(diào)產(chǎn)物越小。TOI測試也用于接收器。
誤差向量幅度(EVM):
EVM是對調(diào)制質(zhì)量的測量。它表示發(fā)射信號與理想信號的接近程度。由于大多數(shù)調(diào)制方法都采用信號為同相(I)和正交(Q)格式的數(shù)字技術(shù)(BPSK、QPSK、QAM、8PSK等)，故輸出可用星座圖來表示(圖3)。
星座圖上的每一個點(diǎn)都代表一個兩位或更多位的輸出。
EVM通常表示為誤差向量的長度與理想?yún)⒖枷蛄康拈L度之比，一般被規(guī)格化為最大的符號幅度，并用百分比來表示。
EVM = (誤差向量長度/最大參考向量長度) Ω 100
鄰近信道功率比(ACPR)：
ACPR是發(fā)射信道平均功率與相鄰頻率信道平均功率之比，讓發(fā)射器信號通過接收器的濾波器組至鄰近射頻信道頻率而測得。有時被稱為鄰近信道泄漏比(ACLR)，它測量有多少信號功率泄漏到鄰近信道上。
ACPR最常用于CDMA設(shè)備，其信號通常被下行轉(zhuǎn)換為中頻(IF)，被數(shù)字化并進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，然后在頻域顯示。最后得到的圖可以顯示出相鄰信道功率距離主信號功率有多遠(yuǎn)(用dBm表示)。
接收器測試
接收器靈敏度：
在這項(xiàng)關(guān)鍵的接收器測試中，通常首先是把所需頻率的信號饋入接收器前端，然后利用信號發(fā)生器衰減器或外部衰減器進(jìn)行衰減，直到信號“跑頻(drop out)。”一般會對“跑頻”做一定的定義說明，比如意指接收器失鎖(lose lock)的那一點(diǎn)。此外，還在信號中引入噪聲以確定信噪比(S/N或SNR)，這時信號不再可讀。
一種確定靈敏度的可行辦法是在接收器上進(jìn)行比特誤碼率(BER)測試。把一種偽隨機(jī)比特位格式調(diào)制到發(fā)生器產(chǎn)生的信號上，再饋送到接收器。對重新獲得的比特位與接收到的解調(diào)后的比特位進(jìn)行比較，就可以計算出比特誤碼率。信號輸入幅度繼續(xù)降低或噪聲級提高，直到超過所需BER。
鄰近信道抑制：
這種測試采用一個或多個信號發(fā)生器來產(chǎn)生所需信號以及一個或多個干擾信號。它測試接收器抑制鄰近信道信號干擾的能力。
測試儀器的選擇
有許多專業(yè)的RF測試儀器可供選擇。其中最主要最常用的有任意波形發(fā)生器(AWG)、信號發(fā)生器、向量信號發(fā)生器、頻譜分析儀、向量信號分析儀(VSA)，以及功率計(圖4和圖5)。這些儀器對實(shí)現(xiàn)快速精確的測量至關(guān)重要。
向量發(fā)生器和向量分析儀都基于SDR架構(gòu)，非常適合于現(xiàn)在的無線標(biāo)準(zhǔn)，也有益于測量速度的加快。這是因?yàn)镾DR架構(gòu)賦予了這些儀器很強(qiáng)的靈活性――利用額外的軟件或固件可以它們被迅速地改變、更新與提高。
可編程的DSP和/或FPGA或ASIC在發(fā)生器中進(jìn)行調(diào)制，在分析儀中進(jìn)行解調(diào)、下行轉(zhuǎn)換和解碼。高性能PC機(jī)常常用于DSP，并內(nèi)建于儀器內(nèi)?？梢园褜I(yè)的軟件或固件增加到發(fā)生器或分析儀中，將儀器設(shè)置為基于特殊無線電技術(shù)或無線協(xié)議進(jìn)行測量(表2)。
示波器雖然不常用于射頻測試，但在某些應(yīng)用中仍大有作為。例如，Tektronix的DPO/DSA70000示波器就是UWB等極大帶寬RF信號的理想平臺。加上Tektronix的UWB軟件，它可以全面測試流行的WiMedia UWB無線電及其它寬帶無線設(shè)備(圖6)。
大多數(shù)測試裝置都需要適當(dāng)?shù)奶结樅碗娎|。應(yīng)該始終使用制造商提供的匹配探針，并需使用帶有正確接頭的同軸電纜。其它大多數(shù)測試中常見的配件包括信號合成器或信號分配器、固定和/或可調(diào)衰減器以及隔離器。
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