射频测试中便携式仪器越来越重要

2016-01-11 08:50:04来源: eefocus
如今基于射频原理的无线通信产品随处可见,从手机和平板电脑,到带无线功能的笔记本电脑、蓝牙耳机、RFID标签、NFC设备和带无线功能的传感器,射频设备的市场规模在飞速扩大。同时射频设备的设计工程师和维护人员所面临的技术问题也变得越来越复杂而棘手。比如说,这些设备的复杂性和功能性在不断增加、数据传输速率要求更高、对网络安全性的关注得更多,以及更高的元器件和模块集成度都导致设计和测试变得越来越复杂。而且工程师现在还必须面对不同技术的不同测量要求、在单一设备上汇聚多种无线通信标准,以及现有技术持续演进和新技术不断涌现的局面。

由于现在很多电子产品的设计技术正在从模拟向数字过渡,设备要求更高的集成度和更加丰富的功能性,同时成本又需要更低。再加上视频和社交媒体的推动,设备往往还需要具备更高的数据传输速率和更低的功耗。所有这些设备的发展趋势,都需要高速、精确的射频测试作为保证,这就给整个射频测试行业带来了很大的压力和挑战。另外,由于数字射频应用的迅速扩大,推动了包括移动通信和频谱管理在内的大量不同应用的测量需求,也由此产生了一个异常复杂的技术环境。目前这种环境正从设计工作台转向现场,这就需要便携的手持式平台测试仪器能够加以支持。

便携式仪器的发展现状及趋势

目前,随着中国的无线电工业和无线电工程的发展,越来越多的工程师和技术人员在现场进行安装与维护作业时,需要便携式的测量仪器。罗德与施瓦茨业务发展经理罗健就表示,“消费电子、汽车、国防、教育、半导体制造和通信等诸多电子设备行业的现场设备安装及运营维护都需要便携式测量仪器的支持。正是由于这个原因,现在无论是国外厂商还是国内厂商,都在不断地推出相应的便携式测试测量仪器,以满足用户的需求。”他同时指出,到目前为止,便携式测试测量仪器占整个测试测量仪器总量的比重大概是10%的样子。虽然便携式测试测量仪器的市场规模在逐渐增大,但竞争也越来越激烈。

安捷伦手持式测量仪表亚洲区业务发展经理赵江磊也表达了相似的观点。他认为,随着众多射频/微波的用户在产品研发、设备安装及系统维护的过程中越来越重视产品的便携性和易用性,便携式测试测量仪表的发展受到了广大用户的高度关注。他说,“尽管目前台式测试测量仪表的比例还是占大多数,但是今后便携式仪表的比重将会随着外场试验升级、设备野外安装及维护等测试的需要得到显著提高。”

对于便携式测试测量仪器未来的发展趋势,泰克亚太区技术营销经理沈鼐叡通过对销售数据的分析,给出了自己的观点。“从总体比重来看,传统实验室平台的仪器的销售额仍远远大于便携式手持平台仪器,但从销售数量来看,便携式的增长势头则非常强劲。”她这样分析说,“随着现场应用环境的复杂性在不断提升,客户对于便携式测试测量仪器的要求从以往的单纯要求轻巧、便携越来越向功能完善性提升。有时现场测试环境的复杂度及不确定性甚至超过了实验室的情况,所以各种类型仪器的便携版本都在被不断开发出来。”

确实,以前针对外场测试设计的便携式测试测量仪器,为了保证其便携性,通常都会牺牲掉仪器的一些性能指标和功能特性。而现在,这一情况正逐渐在改变,罗健就表示,现在的便携式测试测量仪器不仅需要具备机动性高,功能丰富、精确度高、重量轻、电池工作时间长、数据存储方便,还需要价格便宜,有防水防撞外壳设计和在阳光下显示清晰等特点才行。

便携式仪器与传统实验室仪器的差异

由于应用场景的不同,实验室仪器多用于产品研发,所以对精度及可编程及自定义性要求更高,而便携式仪器则对于复杂环境的应对、长存储及供电单元的耐用性有更高要求。沈鼐叡以泰克的便携式手持平台为例,解释了便携式仪器的设计初衷,她说,“我们在设计便携式手持频谱分析仪的时候,一方面既保留了台式频谱分析仪广受欢迎的DPX实时频谱功能,同时也兼顾多标准信号分类、现场数据导出以便后期分析及地理定位等一系列针对便携式应用场景的功能。”

泰克的H500/SA2500便携式无线信号侦测仪便是这样一款射频便携式产品。这款仪器特别适合于频谱管理、频谱监测和监控、干扰检测和调试以及信号识别的应用。它的最大特色就是使查找干扰的调试变得空前简便,H500/SA2500 可以迅速扫描RF 环境,对已知信号分类,使用经过现场验证的信号查找工具,帮助定位未知信号。通过扫描RF频谱,用户可以确定区域中有哪些信号发射装置。 然后通过H500/SA2500提供的专家系统指南协助用户通过多种信号分类算法对信号进行分类。一旦发现信号存在威胁,通过机器提供的各种现场验证信号查找工具定位产生威胁的信号,通过内置GPS、地图及信号强度计的变化音调操作人员可以在查找时同时观察周围环境,更快定位干扰源。

图1、泰克的H500/SA2500便携式无线信号侦测仪

另外,从仪器使用的角度上来讲,便携式测试测量仪器与传统实验室测试测量仪器在测试的过程中可以起到互补的作用。随着集成电路的高速发展,便携式测试测量仪器在许多外场测试保障的任务中,测量精度和传统实验室仪器的差距越来越少,而且客户在使用手持式仪表的过程也不再是单纯地追求仪表的便携性,他们更加关注于产品本身能否将便携性和测试的准确性完美地结合在一起。

赵江磊表示,在安捷伦现有的手持式测量仪表产品家族里,有频率覆盖从射频到微波的多种解决方案,包括FieldFox系列微波多合一手持式分析仪、HSA系列手持式频谱分析仪以及针对于电信运维的天馈线分析仪N9330B。他说,“安捷伦将自己超过七十余年的测试测量经验浓缩在这样一款全功能的微波测量仪表里,并且在产品的设计过程中也更加关注客户在野外使用时的感受。比如说,我们在设计FieldFox系列的过程中,采用了和安捷伦的高档网络分析仪PNA系列完全一致的校准引擎,这样就可以保证客户所得到的校准精度和在使用高端网络仪的时候是一模一样的。”
 

图2、安捷伦FieldFox手持式射频和微波分析仪

“在手持类产品设计的过程中,安捷伦一直遵循以客户为导向的设计方针,更加关注于客户在外场的实际使用感受。首先仪表本身提供业界一流的产品指标以及可媲美于传统台式设备的测量精度,这样就可以保障客户外场使用时的测试结果真实有效。其次我们在设计过程中引入了许多新的设计思路,例如采用低功耗的设计来保证长时间的整机续航,全密闭无风扇的整机设计以及支持iOS设备进行基于仪表的远程操作等。” 赵江磊强调说。

鉴于FieldFox可能会用于白天或夜间、室内或室外环境,它还包括明亮的低反射显示屏、5种显示模式和背光按键,可优化在各种照明条件下的查看效果。此外,防水机箱、按键和机壳可在盐分多的环境和潮湿环境中使用,温度范围10℃~55℃。为了防尘和扩展一起的可能性,机箱上也没有设计通风孔或风扇。专门设计的连接器保护陷弯,可以防止射频连接器脱落或遇到外部冲击时带来的损坏。为增强频谱分析能力,安捷伦在FieldFox手持式频谱分析仪中还引入了频谱和信号分析仪的PowerSuite测量功能。这项功能支持用户轻松地对信道化通信系统执行快速、精确的一键式测量;FieldFox微波频谱分析仪则利用InstaAlign改善测量精度,这是一种随环境条件变化而自动运行的内部幅度校正功能,无需用户干预,从而可节省技术人员的工作时间。

罗德与施瓦茨的ZVH和FSH系列也都是针对移动应用而开发的便携式手持测试测量仪器。ZVH是该公司推出的新一代天馈线分析仪,集快速的天馈线分析与高性能的频谱测试于一身,无论是在外场进行发射机的安装、无线干扰查找,或者是频谱分析,ZVH都可以轻松胜任。该仪器在业界首创了任务管理器工作模式,用户可以预先设置好任务模板,在现场测试时,只需要连接好,按一下运行键,剩下的工作全部有ZVH自动完成,比传统天馈线分析仪的工作效率搞3倍以上。而FSH系列手持式频谱分析仪集频谱分析、天馈线分析、全功能矢量网络分析、矢量电压表、功率计主机、宽带通信解调等多种测试功能于一身,拥有媲美中高档台式频谱仪的指标。

图3、R&S® FSH手持式频谱分析仪

罗健表示,通常平衡便携性和性能指标时,价格是主要的方面,在关键指标的精度上也是保证达到中档仪表的水平。另外,罗德与施瓦茨公司很多的中档仪表或实验室的测试仪器,都专门设计了便携式的选件,可以将中端仪器或台式仪器作为便携式的仪器使用。

测量仪器厂商的应对策略

整个射频测试行业,我们可以看到一些明显的趋势和挑战,比如测试的自动化程度越来越高,对射频测试的速度要求越来越严苛;一些新的产品在同一个设备上集成了多种无线通信标准;现有通信标准的持续演进和一些新技术的出现。这些都给射频测试带来了巨大的压力,这也是测试仪器厂商们不得不面对的挑战。

其实,很多时候压力也是推动自己前进的动力。泰克的沈鼐叡就说,“正是由于这些压力的推动,泰克在射频测试方面从未停止过前进的步伐。我们的产品并不是一味的顺应标准,而是真正从客户的应用角度出发,在推出符合最新无线通信标准产品的同时解决他们在日常工作中最常遇到的困扰,用我们的经验提高他们的效率。”

“仪器仪表行业一直都是处于产业变化的最前沿,安捷伦作为主要的设备厂商也在积极地关注这些业界标准所带来的变化,并适时地推出相应的解决方案来满足客户的测试要求。”赵江磊对测试测量行业面临的挑战这样回应。他同时也表示,在无线领域,安捷伦多年来一直专注于行业标准的研究与测试产品的开发工作,为研发设计、生产制造、认证测试、外场安装维护等方面提供各种精密高效的包括TD-SCDMA和TD-LTE在内的各种无线通信测量解决方案。在2013年中我们陆续推出了许多新的重量级产品,例如新型E6607C EXT 无线通信测试仪。该测试仪内置多端口适配器,可同时测试多个无线设备,以实现经济高效的大规模无线设备生产测试。

面对这些挑战,罗德与施瓦茨的罗健表示,罗德与施瓦茨一直遵循“推动极限(Pushing Limits)”发展理念,行业内的技术发展也是推动我们发展的机会。我们长期服务于电子工程和电子工业的客户,致力于生产出用户需要的测试仪器,帮助用户解决工作中遇到的问题与困难。我们也在不断更新各类测试仪器,将最先进的技术引进测试仪器中,使每一款新的测试仪器都会在性能指标、测试功能及测试方法等方面有所突破。

由此可见,就目前来看的话,便携式仪器在射频测试行业来说还处于辅助阶段,互为补充。但随着时间的推移和技术的进步,便携式仪器所占的比重会越来越大,也会变得越来越重要。

关键字:射频测试  便携式仪器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_14309.html
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