构建微波和毫米波自动测试系统需要考虑哪些因素？（一）

 

自动测试系统是5G、下一代WiFi、卫星通信系统的高频测试的基础，而数字步进衰减器、移相器和信号发生器等可编程射频设备则是这些系统的重要组成部分。在测试和测量5G和WiFi 6/6E系统时，需要进行射频网络仿真，其中MIMO、切换和各种无线系统测试使工程师能够在实验室环境中测试下一代无线系统。本文将深入探讨围绕可编程射频系统构建自动测试系统需要考虑的不同因素。

 

 

多种测试系统

射频网络模拟器、切换测试系统、衰落模拟器和MIMO测试系统通常会利用可编程射频组件矩阵，以便用传导测试设备重现复杂的传播环境。切换测试系统通常设计用于快速移动的平台上，如在多个基站范围内移动的高铁或飞机。在这些情况下，测试系统必须使用基于列车（或飞机）车载收发器的速度和设备与覆盖该特定区域基站的相对位置的特定的衰减曲线。测试系统可以通过矩阵衰减单元的输入模拟来自多个基站的下行链路，其中输出的是到达收发器的最终信号。

 

如上图所示，切换测试系统利用衰减器矩阵来模拟基站和车载收发器之间发生的快速衰落。在该设置中，基站提供输入信号，然后根据要在输出端或收发器处接收的衰落特性衰减输入信号。

衰落模拟器必须有效模拟当发射信号通过环境中各种传播障碍物发生衰减和分散时的多径和衰落现象。在多径衰落中，到达接收机的最终信号是以不同幅度和不同延迟的原始相位偏移。根据发射机和接收机之间的相对速度，也会出现多普勒效应或频率偏移，在数学模型中，这些影响表现为信号振幅随时间变化。这对于利用空间分集中的多径效应实现更可靠链路的MIMO系统的测试也至关重要，可以用可编程衰减器和移相器矩阵进行模拟，以降低信号强度并使其同相移动。

下图中的测试设置中来自基站的射频信号被馈入功率分配器，以将信号分成多个信号，信号数等于消声室中探头天线的数量。这些信号由单个移相器移相，然后由可编程射频衰减器进行衰减。相位和振幅调整后的信号从天线发出，被测设备测量每个天线的信号，并将数据输出到计算机进行进一步分析。与信道模拟器相比，利用可编程移相器和数字衰减器更具成本效益。

通过可编程移相器和衰减器阵列执行的空间衰落仿真评估4x4 MIMO信道特性

 

WiFi和蜂窝系统的MIMO测试系统可能需要向MIMO设备发送脉冲测试信号，以便向多个测试天线发送多个信号，以测试传输数据的完整性。如下图所示，其中测试天线配置为发送上行信号，MIMO DUT接收下行信号。在测试设置中，衰减曲线或更基本的信号衰减通常使用射频开关矩阵进行，同时可以添加多路径仿真器以便测量这些设备在各种射频环境中的性能。

典型的MIMO测试系统中有一组测试天线，这些天线通过开关矩阵进行振幅调整，并馈入多路径模拟器，然后输出到计算机进行最终分析。

 

 

这些测试系统的优点在于，其中的基本可编程射频设备数量可以按比例进行调整，利用衰减器和/或移相器阵列，可以精确设置多个输入信号。而且，由于软件可编程性，这些系统可以在任何物理构造之前进行远程构思和开发。

 

射频交换矩阵设置

为了正确模拟真实环境，切换射频矩阵是必要的。这些系统包括一系列可编程数字衰减器，根据“衰减曲线”衰减通过它们的信号振幅。在这些系统的输入端，功率分配器将输入信号分割并传输至多通道数字衰减器的输入端，然后衰减器将根据预先编程的衰减曲线对信号进行衰减，并输出到功率合成器，以产生最终输出信号。

下图显示了“非阻塞”8x8切换矩阵的配置，使用分路器和合路器，以便同时将所有输入端与所有输出端连接起来。

8x8非阻塞衰减矩阵

 

这允许通过具有不同衰减曲线的不同输出运行输入信号，或将不同的输入信号运行到相同的输出。在MIMO系统中，这意味着具有不同天线数量的两个设备可以通过射频模拟器的任意输入和输出路径连接。另一方面，阻塞开关矩阵将使用输入和输出的开关来“选择”哪个输入将对应连接到哪个输出。

 

 

系统构建

可编程射频测量领域传统上主要由大型测试系统控制，其中所有开关、衰减器、移相器、功分器及其所有相关连接封装在机架式金属外壳中。这种一体式测试系统既能满足正在进行的测试需要，也更能够适应未来的潜在需求。

 

 

构建模块化系统来实现满足特定的测试要求，这使得测试设施能够更容易地扩大（或缩小）其测试规模，并通过多次测试设置迭代来逐步优化模块化机架安装系统。构建大型测试系统的不同方法都有其优点。预先构建的大型机架安装系统可能会减少特定测试的时间，然而，如果希望构建一些更具体的功能，在组件层面构建测试系统则是更优选择。通常情况下，测试系统的功能性（如带宽、精度、分辨率、响应时间）比其性能（如插入损耗、隔离等）更重要，能够自定义这些测量数据以满足应用所需，使测试更为便捷。

 

 

虹科HK-LDA-802-8数字衰减器是一种8通道高动态范围、双向、50欧姆步进衰减器，它提供120dB的衰减控制范围，200-8000MHz，步长为0.1dB。衰减器可直接从附带的图形用户界面（GUI）为固定衰减、扫描衰减和衰减曲线进行轻松编程，或者对于希望开发自己界面的用户，虹科提供LabVIEW驱动程序、Windows API DLL文件、Linux驱动程序、Python示例等。

特征

• 可靠且可重复的固态数字衰减
• 包括GUI、Windows和Linux SDK、LabVIEW驱动程序
• 可从GUI或SDK编程的衰减配置文件
• 可配置的静态IP或DHCP
• USB或可选以太网控制

应用

• WiMAX、3G、4G、5G、LTE、DVB、微波无线电衰落模拟
• 工程/生产测试
• 自动测试设备（ATE）