構建微波和毫米波自動測試系統(tǒng)需要考慮哪些因素？（一）

自動測試系統(tǒng)是5G、下一代WiFi、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高頻測試的基礎，而數(shù)字步進衰減器、移相器和信號發(fā)生器等可編程射頻設備則是這些系統(tǒng)的重要組成部分。在測試和測量5G和WiFi 6/6E系統(tǒng)時，需要進行射頻網(wǎng)絡仿真，其中MIMO、切換和各種無線系統(tǒng)測試使工程師能夠在實驗室環(huán)境中測試下一代無線系統(tǒng)。本文將深入探討圍繞可編程射頻系統(tǒng)構建自動測試系統(tǒng)需要考慮的不同因素。

多種測試系統(tǒng)

射頻網(wǎng)絡模擬器、切換測試系統(tǒng)、衰落模擬器和MIMO測試系統(tǒng)通常會利用可編程射頻組件矩陣，以便用傳導測試設備重現(xiàn)復雜的傳播環(huán)境。切換測試系統(tǒng)通常設計用于快速移動的平臺上，如在多個基站范圍內(nèi)移動的高鐵或飛機。在這些情況下，測試系統(tǒng)必須使用基于列車（或飛機）車載收發(fā)器的速度和設備與覆蓋該特定區(qū)域基站的相對位置的特定的衰減曲線。測試系統(tǒng)可以通過矩陣衰減單元的輸入模擬來自多個基站的下行鏈路，其中輸出的是到達收發(fā)器的最終信號。

如上圖所示，切換測試系統(tǒng)利用衰減器矩陣來模擬基站和車載收發(fā)器之間發(fā)生的快速衰落。在該設置中，基站提供輸入信號，然后根據(jù)要在輸出端或收發(fā)器處接收的衰落特性衰減輸入信號。

衰落模擬器必須有效模擬當發(fā)射信號通過環(huán)境中各種傳播障礙物發(fā)生衰減和分散時的多徑和衰落現(xiàn)象。在多徑衰落中，到達接收機的最終信號是以不同幅度和不同延遲的原始相位偏移。根據(jù)發(fā)射機和接收機之間的相對速度，也會出現(xiàn)多普勒效應或頻率偏移，在數(shù)學模型中，這些影響表現(xiàn)為信號振幅隨時間變化。這對于利用空間分集中的多徑效應實現(xiàn)更可靠鏈路的MIMO系統(tǒng)的測試也至關重要，可以用可編程衰減器和移相器矩陣進行模擬，以降低信號強度并使其同相移動。

下圖中的測試設置中來自基站的射頻信號被饋入功率分配器，以將信號分成多個信號，信號數(shù)等于消聲室中探頭天線的數(shù)量。這些信號由單個移相器移相，然后由可編程射頻衰減器進行衰減。相位和振幅調(diào)整后的信號從天線發(fā)出，被測設備測量每個天線的信號，并將數(shù)據(jù)輸出到計算機進行進一步分析。與信道模擬器相比，利用可編程移相器和數(shù)字衰減器更具成本效益。

通過可編程移相器和衰減器陣列執(zhí)行的空間衰落仿真評估4x4 MIMO信道特性

WiFi和蜂窩系統(tǒng)的MIMO測試系統(tǒng)可能需要向MIMO設備發(fā)送脈沖測試信號，以便向多個測試天線發(fā)送多個信號，以測試傳輸數(shù)據(jù)的完整性。如下圖所示，其中測試天線配置為發(fā)送上行信號，MIMO DUT接收下行信號。在測試設置中，衰減曲線或更基本的信號衰減通常使用射頻開關矩陣進行，同時可以添加多路徑仿真器以便測量這些設備在各種射頻環(huán)境中的性能。

典型的MIMO測試系統(tǒng)中有一組測試天線，這些天線通過開關矩陣進行振幅調(diào)整，并饋入多路徑模擬器，然后輸出到計算機進行最終分析。

這些測試系統(tǒng)的優(yōu)點在于，其中的基本可編程射頻設備數(shù)量可以按比例進行調(diào)整，利用衰減器和/或移相器陣列，可以精確設置多個輸入信號。而且，由于軟件可編程性，這些系統(tǒng)可以在任何物理構造之前進行遠程構思和開發(fā)。

射頻交換矩陣設置

為了正確模擬真實環(huán)境，切換射頻矩陣是必要的。這些系統(tǒng)包括一系列可編程數(shù)字衰減器，根據(jù)“衰減曲線”衰減通過它們的信號振幅。在這些系統(tǒng)的輸入端，功率分配器將輸入信號分割并傳輸至多通道數(shù)字衰減器的輸入端，然后衰減器將根據(jù)預先編程的衰減曲線對信號進行衰減，并輸出到功率合成器，以產(chǎn)生最終輸出信號。

下圖顯示了“非阻塞”8x8切換矩陣的配置，使用分路器和合路器，以便同時將所有輸入端與所有輸出端連接起來。

8x8非阻塞衰減矩陣

這允許通過具有不同衰減曲線的不同輸出運行輸入信號，或?qū)⒉煌妮斎胄盘栠\行到相同的輸出。在MIMO系統(tǒng)中，這意味著具有不同天線數(shù)量的兩個設備可以通過射頻模擬器的任意輸入和輸出路徑連接。另一方面，阻塞開關矩陣將使用輸入和輸出的開關來“選擇”哪個輸入將對應連接到哪個輸出。

系統(tǒng)構建

可編程射頻測量領域傳統(tǒng)上主要由大型測試系統(tǒng)控制，其中所有開關、衰減器、移相器、功分器及其所有相關連接封裝在機架式金屬外殼中。這種一體式測試系統(tǒng)既能滿足正在進行的測試需要，也更能夠適應未來的潛在需求。

構建模塊化系統(tǒng)來實現(xiàn)滿足特定的測試要求，這使得測試設施能夠更容易地擴大（或縮?。┢錅y試規(guī)模，并通過多次測試設置迭代來逐步優(yōu)化模塊化機架安裝系統(tǒng)。構建大型測試系統(tǒng)的不同方法都有其優(yōu)點。預先構建的大型機架安裝系統(tǒng)可能會減少特定測試的時間，然而，如果希望構建一些更具體的功能，在組件層面構建測試系統(tǒng)則是更優(yōu)選擇。通常情況下，測試系統(tǒng)的功能性（如帶寬、精度、分辨率、響應時間）比其性能（如插入損耗、隔離等）更重要，能夠自定義這些測量數(shù)據(jù)以滿足應用所需，使測試更為便捷。

虹科HK-LDA-802-8數(shù)字衰減器是一種8通道高動態(tài)范圍、雙向、50歐姆步進衰減器，它提供120dB的衰減控制范圍，200-8000MHz，步長為0.1dB。衰減器可直接從附帶的圖形用戶界面（GUI）為固定衰減、掃描衰減和衰減曲線進行輕松編程，或者對于希望開發(fā)自己界面的用戶，虹科提供LabVIEW驅(qū)動程序、Windows API DLL文件、Linux驅(qū)動程序、Python示例等。

特征

• 可靠且可重復的固態(tài)數(shù)字衰減
• 包括GUI、Windows和Linux SDK、LabVIEW驅(qū)動程序
• 可從GUI或SDK編程的衰減配置文件
• 可配置的靜態(tài)IP或DHCP
• USB或可選以太網(wǎng)控制

應用

• WiMAX、3G、4G、5G、LTE、DVB、微波無線電衰落模擬
• 工程/生產(chǎn)測試
• 自動測試設備（ATE）