如何選擇射頻測試儀器

當前，基于射頻原理的無線通信產品俯拾即是，其數量的增長速度也非常驚人。從蜂窩電話和無線PDA，到支持WiFi的筆記本電腦、藍牙耳機、射頻身份標簽、無線醫療設備和Zigbee傳感器，射頻設備的市場規模在飛速擴大。要想進行全面的生產測試并提高測試產能，測試工程師們必須懂得選用最適合的儀器完成這些測試工作。那么，如何選擇射頻測試儀器呢？

一、射頻信號源的選擇

所有的射頻信號源都能產生連續（CW）射頻正弦波信號。某些信號發生器也能夠產生模擬調制射頻信號（如AM信號或脈沖射頻信號），矢量信號發生器采用IQ調制器產生各種模擬或數字調制信號。

射頻信號源進一步可以分成很多種，包括固定頻率CW正弦波輸出源、掃描輸出一個頻段非固定頻率CW正弦波的掃頻源、模擬信號發生器以及增加模擬和數字調制功能的矢量信號發生器。

如果測試需要激勵信號，那么就需要射頻信號源。射頻信號源的關鍵指標是頻率與幅值范圍、幅值精度和調制質量（對于產生調制信號的信號源而言）。頻率調諧速度和幅值穩定時間對于減少測試時間也是非常關鍵的。

矢量信號發生器是一種高性能的信號源，通常結合任意波形發生器一起產生某些調制信號。通過任意波形發生器可以使矢量信號發生器產生任意類型的模擬或數字調制信號。這種發生器可以在內部產生多種基帶波形，在某些情況下，也可以在外部產生某種基帶波形然后載入到儀器中。如果測試規范要求被測的元件、設備或系統按照待測設備最終使用中的處理調制方式進行測試，那么這種情況下通常需要使用矢量信號發生器。

如果測試規范需要進行接收器靈敏度測試、誤碼率測試、相鄰信道抑制、雙音互調抑制、或雙音互調失真的測試，那么也需要使用射頻信號源。雙音互調測試和相鄰信道抑制測試需要兩個信號源，接收器靈敏度測試和/或誤碼率測試只需要使用一個射頻信號源。

如果待測器件是用于移動電話的，那么測試者可能要根據移動電話標準的需要進行調制信號類型的測試。移動電話功率放大器需要結合調制信號源（例如矢量信號發生器）進行測試。在選擇某種矢量信號發生器之前，要評估一下該信號發生器在不同調制信號之間的切換速度，以確保其能夠提供最快的測試時間。

二、射頻功率計——射頻領域的數字萬用表

功率是射頻領域中最經常被測量的一個量。測量功率最簡單的方法就是使用功率計，它實際上是用來測量射頻信號功率的。功率計中使用寬帶檢波器，按瓦特、dBm、或者dBμV顯示絕對功率的大小。對于大多數功率計而言，寬帶檢波器（或傳感器）是一個射頻肖特基二極管或者二極管網絡，實現射頻到直流的轉換處理。

功率計是所有測量功率的射頻儀器中最準確的。高端功率計（通常需要一個外部功率傳感器）可以實現0.1dB或更高的測量精度。功率計最低可以測量-70dBm（100pW）的功率。傳感器有各種模型，從高功率模型、高頻率（40GHz）模型，到峰值功率測量的高帶寬模型等。

功率計有單通道和雙通道兩種。每個通道都需要配置自己的傳感器。兩個通道的功率計就能夠測量出一個器件、電路或系統的輸入和輸出功率，并計算出增益或損耗。某些功率計能夠達到每秒200到1500次讀數的測量速度。而有些功率計能夠測量多種信號的峰值功率特性，包括通信和某些應用中使用的調制信號和脈沖射頻信號。雙通道的功率計還能夠準確測量出相對功率。功率計還可以針對便攜式應用的需要設計成尺寸精巧的外形，使其更適合于現場測試的需要。功率計的主要局限在于其幅值測量范圍。頻率范圍是與測量量程之間進行折衷的。此外，功率計雖然能夠非常準確地測量出功率，但是無法表示信號的頻率分量。

三、射頻頻譜或射頻信號分析儀——射頻工程師的示波器

頻譜或矢量信號分析儀利用窄帶檢測技術在頻域內測量射頻信號。其主要的輸出顯示是功率頻譜與頻率之間的關系，包括絕對功率和相對功率。這種分析儀還可以輸出解調信號。

頻譜分析儀和矢量信號分析儀沒有像功率計那樣的精確性，但是，射頻分析儀中使用的窄帶檢測技術使其能夠測量低達-150dBm的功率。射頻分析儀的精度一般在±0.5dB以上。

頻譜和矢量信號分析儀可以測量的信號頻率從1kHz到40GHz（甚至以上）。頻率范圍越寬，分析儀的成本就越大。最常見的分析儀的頻率達到3GHz。工作在5.8GHz頻率范圍的新通信標準就需要帶寬為6GHz以上的分析儀。

矢量信號分析儀是增加了信號處理功能的頻譜分析儀，它不僅能夠測量信號的幅值，而且能夠將信號分解成它的同相和正交分量。矢量信號分析儀可以將某些調制信號進行解調，例如一些由移動電話、無線LAN設備和基于其他一些新通信標準的設備所產生的調制信號。矢量信號分析儀可以顯示星座圖、碼域圖和調制質量（例如誤差矢量幅度）的計算度量。

傳統的頻譜分析儀是掃描-調諧式設備，因為其中的局部振蕩器要掃描一個頻率范圍，窄帶濾波器就可以獲取該頻率范圍內每個單位頻率上的功率分量。矢量信號分析儀也掃描一部分頻譜，但是它們捕捉一定寬帶內的數據進行快速傅立葉變換得到單位頻率上的功率分量。因此矢量信號分析儀掃描頻譜的速度比頻譜分析儀快得多。