手机信号测试

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测试系统中射频信号的管理

将测试系统中与射频产品的设计、特征分析和生产蒙恬 相关的反射和信号损耗降至最小，是

一个巨大的挑战。除了诸如线缆和互连质量之类的问题之外，工程师们还必须注意导线长度、

物理布局以及其他一些系统设计方面的问题，这些问题对直流电路的影响很小，但是对于高

频射频系统的正常工作却起着至关重要的作用。掌握并处理好阻抗匹配和信号损耗等问题对

于设计无线产品的测试系统是非常重要的。

基本的电气属性

在开发一个射频测试系统时必须首先考虑几个基本的电气属性。其中，主要参数包括系

统带宽、介入损耗、隔离度、功率处理能力和电压驻波比（VSWR）。

功率损耗主要取决于电路上的电阻与阻抗失配损耗。一般而言，失配是造成功率测量不

确定性的最主要原因，可以通过源和负载的反射系数，按下式计算出来：

不确定性=20log(1

S

L

)dB（1）

其中

S

表示源的反射系数，

L

是负载的反射系数。

射频源、负载和信号通路都有特征阻抗，它们必须很好地进行匹配，否则能量就会通过

系统反射回来。失配情况可以通过回波损耗或VSWR的值来衡量。

dB)

1

log(20

=回波损耗（2）

（3）

反射系数可以根据回波损耗计算出来：

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

=

2010

1

回波损耗

（4）

同样，反射系数也可以通过VSWR按以下公式计算出来：

（5）

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噪声/干扰

衰减器

移动基站测

试装置

信号发生器

#1

手机

信号发生器

#2

频谱分析仪

开关计算器隔离器耦合器衰减器

图1.信号调节/开关系统的实例

射频信号调节与开关应用的实例

测试系统通常要利用包含开关、无源元件和有源元件在内的复杂信号通路模拟真实的设

备应用89年属蛇 环境。本文通过介绍这样一个生产测试的实例，分析手机对多路干扰、噪声和其他射

频信号的抗干扰能力。

在测试系统中模拟这样一个多路干扰装置是非常复杂的事情，因为它要求到达待测手机

的噪声和延时信号必须具有合适的功率大小和相位关系。图1给出了一个手机测试所用的典

型信号调节/开关系统。

对于手机接收信号的测试，移动基站测试装置的输出可以在两类信号通路上进行切换：

z一条模拟多路信号衰减和噪声干扰的测试仪的路径；

z能够切换不同增益，模拟手机和基站之间各种距离的路径。

对于手机发射信号的测试，手机的输出平翘舌绕口令 信号也可以通过带有衰减的路径或不带衰减的路

径传输到移动基站测试装置。要想监测信号，手机的输出或者输入信号可以连接一台频谱分

析仪。

图2给出了一个与这类系统相关的控制和信号通路连线开关系统。机电式开关位于机箱

面板上，信号通路通过成排的隔离器、分离/合成器以及附加的隔离器延伸到机箱背板上。

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带状线缆用于控制。

图2.典型的开关系统

掌握并管理功率损耗

在着手开始实现正确的测试或校准操作之前，对射频测试系统中的功率损耗进行量化是

非常关键的。某些射频测试系统的新用户可能会错误地认为这种系统对射频信号的影响可以

忽略不计，阻抗匹配非常完美，介入损耗为零，对与频率相关的影响因素不敏感等。

但是，开关、循环器、隔离器、耦合器和衰减器都会造成一定的阻抗失配和功率损耗。

表1列举了2GHz下这些器件的典型电气指标。一般而言，失配情况和VSWR值会随着频

率的增大而变得更加糟糕。

表1.2GHz频率下典型系统组件的电气特征

器件参数值

VSWR（max.）1.2:1

介入损耗（）0.2

机电式开关

隔离度（）80

VSWR（max.）1.15:1

介入损耗（）0.1

耦合（）101

定向耦合器

方向性（）10

VSWR（max.）1.3:1

介入损耗（）0.4

隔离度（）22

幅值均衡（）0.2

两路功率分离/合成器

相位均衡（）3

VSWR（max.）1.25:1

介入损耗（）0.4

隔离器

隔离度（）20

VSWR（max.）1.2:1

端接器和衰减器

衰减（dB）（只适用于衰减器）30.3

VSWR（max.）1.10:1

10”长SMA线缆

介入损耗（）0.23

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z开关用于将信号送到系统的不同部分。常见的开关包括机电式和固态式开关。一般

而言，开关的性能可以用带宽、介入损耗、隔离度和VSWR值来衡量。

相比固态开关，机电式开关通常具有较大的带宽、较低的介入损耗和较低的VSWR

指标。但是，机电开关的寿命较短——通常为2百万次开关操作，而固态开关的寿

命可达1千万次。机电式开关的开关切换时间需要25ms的量级，而固态开关只有

25ns。

z定向耦合器能够从沿着某一方向流过传输线的信号波形上吸取一定的射频能量。沿

着正方向传输功率的耦合端口输出端与沿着反方向传输功率的耦合端口输出端之

间具有方向性的外国的诗 差别。

通常，规范化培训 耦合器的介入损耗指标不包括耦合功率产生的损耗。在估算整个系外国女生头像 统介入损

耗的时候，必须将这一部分功率损耗计算在内。

例如，某个定向耦合器的介入损耗的额定最大值可能为0.1dB，但是耦合10dB功

率的介入损耗理论上应该是0.46dB。因此，对该耦合器应该预算0.56dB的介入损

耗。

zN路带状线功率分离/合成器能够将一个输入分成n条独立的通路，或者将具有一

定隔离度的n个输入合成一路输出信号。这些器件的带宽是有限的。通常，分离/

合成器的介入损耗指标不包括分离损耗。通常，必须把功率分离的介入损耗增加到

介入损耗指标上。

典型的两路分离器的介入损耗指标大小为0.4dB。将功率分离为两半造成的介入损

耗为3dB。因此，在分离功率时，该功率分离器的介入损耗预算应该为3.4dB，在

合成功率时，介入损耗预算应该为0.4dB。

z循环器是一种多端口器件，能够令功率顺序地从一个端口传输到下一个端口。每个

端口可以用作输入或输出。例如，在标准的四端口循环器中，从端口1输入的功率

只出现在端口2，从端口2输入的功率只出现在端口3，从端口3输入的功率只出

现在端口4。

z隔离器是包含端接端口的循环器。如果某个四端口循环器的端口4被端接，则功率

可以从端口4、1或2输入，从下一相邻端口输出。输入到端口3的功率将会被端

口4耗尽。

z端接器是一种射频器件，理想情况下能够吸收所有流经其中的射频能量，不会向传

输线反射能量。它的VSWR=1.0:1。

z衰减器，理论上也不会反射能量，但是它能够将通路上的射频功率减少一定的量，

将剩余的功率传输到输出端口。衰减器可以是固定的，也可以是可调的。

z互连线缆在设计射频测试系统中常常被忽略，但是它们对于系统性能是一个重要的

影响因素。在射频应用中，除了诸如特征阻抗、绝缘特性等电气参数之外，线缆的

一些物理特性，例如直径、长度、导体材料、屏蔽设计和电镀情况等，都会大大影

响线缆的带宽、损耗、VSWR值和适用性。一般来说，直径较粗的线缆相比直径

较细的线缆具有较低的介入损耗和较高的功率处理能力，但是带宽较低，灵活性较

差。

量化系统的性能

估算系统的VSWR值需要找出反射功率的来源，并分析信号通路上各个组件对反射功

率的影响。图3给出了一个简单的射频通路，其中包含一个合成器、一个隔离器、一个衰减

器和线缆。

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表2列出了图3中各个组件的电气指标。表中的反射系数是利用公式（5）计算出来的。

表2.2GHz频率下图3中各个组件的电气特性

组件

VSWR

反射系数（）介入损耗隔离度

线缆1.10:1max.0.0480.40dBmax.

合成器1.30:1max.0.1300.40dBmax.22dBmin.

隔离器1.25:1max.0.1110.40dBmax.20dBmin.

衰减器1.20:1max.0.09130.3dB

合成器隔离器

衰减器

输入输出

图3.一个射频信号通路的实例

表3.输入VSWR的估算

步骤1.

回波损耗=20log(1/0.048)+2.3=32.375

将线缆的反射系数转化为回波损耗，通过把

衰减器的值增大一倍来降低回波损耗

步骤2.

计算出与上面的回波损耗对应的反射系数

步骤3.求出减小后的线缆反射系数与衰减器系数和

另一条线缆反射系数的RMS和

利用=0.106重新计算步骤1将这个代表两条线缆和衰减器的反射系数转

化为回波损耗，39.494dB

利用回波损耗=39.494dB重新计算步骤2得到与综合回波损耗对应的反射系数

重复步骤3，将三条线缆、衰减器和隔离器都

计算在内

等价反射系数为0.121

重复步骤1、2和3，得到总的反射系数=0.163

利当兵女生身高要求 用公式3计算出VSWR=1.389

在估算系统输入端的VSWR值时，要从输出端开始。对信号通路上各个组件的反射系

数求和的平方根可以得到输入端VSWR的估值。在这里，计算出的VSWR值为1.389:1。

得到这一计算结果的计算步骤如表3所示。

最好情况下输入到输出的介入损耗不会低于各个组件介本末倒置的拼音 入损耗指标的和。在这里，四条

线缆每条的介入损耗为0.4dB，合成器为0.4dB，隔离器为0.4dB，衰减器的最高值为3.3dB，

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加在一起得到整个系统的介入损耗的最大值为5.7dB。

最差情况下输出到输入的隔离度可以通过最低衰减值2.7dB、隔离器20dB、合成器内

功率分离3dB估算出来，加起来得到整个系统输出到输入隔离度的最小值为25.7dB。输入

端1到输入端2的隔离度应该不低于合成器的隔离度指标22dB。

结语与建议

掌握功率损耗的原因以及计算它们大小的方法对于评估实际电路的性能，分解加载到

DUT上激励信号的信息，解析测试仪器返回的结果都是非常必要的。阻抗失配和电阻损耗

会造成整个系统损失巨大的功率。

随着当前高频射频测试系统复杂性的增大，功率损耗是不可避免的。即使一个只包含三

个组件的信号通路也能够将信号衰减5.7dB。相比理想的1.0:1的VSWR值，1.389:1的VSWR

值造成的失配误差将会进一步增大通过该路径传输的总功率大小的不确定性。

图1所给出的比较接近真实的测试系统在一个路径上包含了十多个组件，还不包括线

缆。减少通路上的组件数量是必要的，并且应该尽量使用具有最低介入损耗和VSWR值的

组件。

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