面向无线网络安装维护的测试仪表

作者：上海仪表营销中心

在一个典型的无线系统中，现场工程师和技术人员经常面临形式各样的系统部件，包括天线、电缆、滤波器、多路复用器、放大器、隔离器、环行器、开关、低噪声放大器等。每个部件的失误，都可能导致整个系统失败。而其他现场工作人员，则将在不同的射频/微波系统上进行工作，涉及范围从广播频段到Ku波段雷达。
　　民用设备和国防设备维修人员，往往需要快速评估和排除故障，还不能从机身中移出航空电子设备。在这些案例中，射频和微波系统的性能主要依靠高精密零件，但其中有许多零件易受天气和老化的影响。
　　例如，由于腐蚀、潮气侵入、正常的老化过程等原因，电缆、天线、滤波器的性能会随时间而降低。
　　此外，为优化无线通信系统的覆盖范围，传输和接收路径需要信号分离元件以防止干扰，从而符合行业频谱规范，并满足动态范围需求。
　　测量和调试双端口器件，如腔体滤波器、合路器、多路复用器(这些部分多少都需要进行一些主机共置，从而让系统满足发射标准)等，最好在现场工作，并经常需要在具有挑战性的环境中完成，如进入密闭收发器、狭窄空间、天线塔及高架台等。
　　多仪表解决方案
　　安装和维护无线网络测量方法的复杂性和多样性，对测试提出了挑战。工程师、技术员和其他无线专业人士传统上依靠多仪器解决方案，使用笨重的台式仪器满足生产车间和户外活动。通常使用的工具有矢量网络分析仪(VNA)、时域反射计(TDR)、调制分析仪以及频谱分析仪。
　　网络分析仪用来进行同轴和波导元件的S参数测量，以确定性能。现场人员使用TDR分析故障电缆，包括可能出现的轻微不连续性，这是由于连接松动、潮气侵入、腐蚀或老化等引起的。频谱分析仪分析和检测频率干扰源。频谱分析仪使用调制分析来表明系统偏差、占用带宽、发射模板、边带以及其它方面的性能参数。
　　尽管这些测试配置了必要的测量能力，但有其局限性。由于使用多种仪器，而且许多台式仪器功能专一，不能完成所有的测量，从而使“工具车”的配置大、重、笨。对于台式“解决方案”而言，所有这一切都使得其很难(甚至不可能)在现场或高架/空间等受限的环境中得以使用。此外现场使用台式仪器还有其复杂性：需要利用交流电源延长线甚至便携式发电机提供动力设备。
　　在现场使用台式仪器的另一个问题是，其显示器不能在阳光下使用。许多仪器的视角不适合现场使用，尤其是在工作系统物理空间有限时，因为这些因素看到的结果可能会产生差错。
　　从投资角度来看，购买用于现场使用的台式仪器可能会让任何采购代理都有点紧张。昂贵的投资(而且这些仪器从来没有打算在现场使用)很快会因为恶劣的室外环境而遭到破坏。
　　因此军事、航空、广播以及商业应用等无线通信网络的现场工作人员，需要的是一台专门为今天严格的性能测试和符合性测试要求而设计的仪器。它必须结合便携性、耐用性和广泛的测量能力和性能。
　　手持式矢量网络分析仪
　　认识到现场安装和维护的需求，安立公司开发了MS202XC/3XC和MS202xB/3xB VNA Master手持式矢量网络分析仪(图1)。
　　这一新型仪表提供了射频/微波工程师在不同现场进行系统维护和干扰查找所必需的几个关键功能。
　　高端型号MS202xC/3xC系列目前拥有手持式VNA中最高的带宽，频率覆盖范围从5kHz到20GHz。该仪表具有全面与台式VNA竞争的性能，以及通常存在于其他仪表中的功能，如标量分析仪、矢量电压表、功率计及频谱分析仪功能。
　　VNA Master内带的强大技术，可以保证电缆、天线和滤波器S参数测量的精密和准确。MS20xC/3xC提供真实的2端口VNA，可以同时测量所有的S参数。强大的12项误差校正算法，可以使MS202/3xC系列测量的S-参数性能较一般的标量测量结果准确10倍。
　　真 2-端口结构((图2)可以进行高速串行器件的差分特性分析。MS202/3xC系列支持波导测量。扫描速度为350 ?s/pt，在调节滤波器时可以实时显示。
　　大于 95dB的动态范围用于滤波器测量，增强的时域分析功能可以满足材料测量和TDR功能。时域门功能则专门针对隔离/定位DTF(故障定位)分析中存在的问题，使VNA Master更好地隔离/定位长往返电缆问题。
　　矢量网络分析仪+频谱分析仪
　　除了矢量网络分析仪功能，MS203xC VNA Master还提供通常台式仪表才有的频谱仪功能。频率范围从9kHz到9GHz和20GHz的两种模式，能在小信号和干扰源之间进行检测。使用标准前置放大器，在1Hz分辨率带宽(RBW)下，典型值的平均噪声显示灵敏度为-160dBm。动态范围在1Hz RBW下大于104dB。1GHz的相位噪声为-100dBc/Hz，10kHz偏离，所以现场技术员可以使用MS203xC侦测和俘获干扰信号。
　　MS202xB/3xB的VNA Master具有较强的价格/性能比，被设计用来为工作到或者低于6GHz的用户提供价值。单一仪器组合了多种功能，包括阳光下可视的TFT LCD电阻触摸显示屏，使操作人员能够戴手套操作仪表。
　　这两个系列都可在现场进行使用。它们都拥有非常坚固的外壳，可承受温度范围很宽，从-10℃至55℃。小于五分钟的预热时间，现场可更换电池，VNA的工作时间长达三小时，而无需再充电。
　　结论
　　负责安装和维护无线网络的现场工程师和技术人员为了确保性能，历来都使用台式设备。虽然多仪表解决方案可以满足测试要求，但是却带来更多的挑战和顾虑。此外，在多数情况下，将台式仪表解决方案用于现场测试是不可能的。手持式矢网及频谱分析仪并不新鲜，但截至目前，还没有谁能够提供高达Ku/K频段的频率范围。
　　更有效率且更易于使用的手持式VNA Master的出现，轻易取代了笨重、过时的台式设备的地位。技术人员从此后可以自由地进行现场服务，不仅可以迅速精确地测量电缆的相位匹配、解决关键系统的故障，而且可以在各种无线网络中进行日常安装和维护工作。