5G毫米波测试如何进行？

Hz的频段，一个3m电缆的损耗会高于20dB，使用这样的电缆进行测试时，测量的范围和精度会大大降低。同时，电缆的损耗和相位特性还会随着温度变化，这将导致测试的不确定度增加。为了去除电缆对测试的诸多影响，安立公司提出了全新的方案，使用超小型的频谱仪和天线直接连接，便携式的频谱仪使用PC通过USB线进行连接和控制（见图3和4）。

图3 使用台式仪表进行毫米波频段的测试将会面临电缆损耗过大的问题（b）

使用超小型的USB接口的仪表，可以将仪表和被测件直接连接（a）

图4 28GHz的无线通道测试，使用电池供电的便携式信号源通过天线发射0dBm的信号，使用USB式的频谱仪和天线接收信号

减少测试系统中的连接次数和电缆数量会降低测试的误差和降低误测的比例。由于减少电缆的使用，也会降低信号传输的不匹配，减少由于电缆带来的测试漂移，提高测试的精度。

功率计和频谱仪的测试是"标量"测试，意味着不包含信号的相位。功率计和频谱仪连接处的失配会使部分信号被反射回去到信号源，信号反射到信号源后，信号源端口的失配会将反射信号重新反射到功率计和频谱仪。反射信号的相位会随着频率而变化，相位的变化会导致反射信号和原有的入射信号矢量叠加时，总的信号强度可能为幅度相加或相减，导致总的幅度测量结果的纹波增加。这样测试结果可能高于或者低于真实的情况。

失配的不确定度可以使用连接处的电压反射系数ρ进行计算。假设电缆两端连接处的反射系数为ρ1和ρ2，可以使用下面的公式计算正不确定度u+和负的不确定度u−，单位为dB。

可以使用矢量网络分析仪进行ρ的测量，图5显示的就是通过上述公式得到的不确定度曲线。例如：一个70GHz的信号源和一个功率计或频谱仪通过电缆连接，信号源和功率计或频谱仪端口的驻波比为2：1(ρ=1/3)，一个0dBm的功率测试的最差不确定度可能高达+0.92dB 到‐1.02 dB。如果一个系统的电缆或连接数量更多，相应的误差也会更大。

图5 由于连接处的反射ρ1和 ρ2导致的测试不确定度(±dB)

使用高性能，低损耗的电缆可以降低测试不确定度，但是会带来成本的上升等问题，例如一个2英尺长的精密测试电缆大约需要1000美元，同时在精密的测试电缆也不能完全消除连接端面的失配和电缆自身损耗带来的测试误差（见图6）。如果在一个系统中使用多根电缆的话，问题将会变得更加复杂。例如，假设一个电缆在30GHz时候的损耗是5dB，在70GHz时候的损耗是8dB，同样厂家生产的另一跟电缆，在30GHz时候的损耗是5dB，在70GHz时候的损耗却是10dB。事实上，这种情况很常见，在这种情况下，损耗的计算就变得复杂了，可能需要一个矢量网络分析仪测试每一个频点的实际损耗，这将变得很繁琐并且容易出错。如果能减少甚至消除电缆的使用，将被测件和测试仪表直接连接，将会大大简化测试过程，并且提高测试精度。图6的例子中，如果将频谱仪和被测件直接连接，由于没有了电缆的影响，灵敏度将增加5dB，测试不确定度会降低大约0.4dB。

图6 当使用电缆连接测试仪表和被测件时，由于电缆的反射和损耗引起的测量不确定度

总结

在过去的十年中，随着半导体，微波元器件，电缆，连接器和测试仪表的发展，大大降低了毫米波应用的难度和成本，使得毫米波技术可以大规模应用到价格敏感的商业和消费类的产品及系统中。通过使用先进的测试仪器，可以减少电缆的使用，减少因为失配和电缆损耗引起的测试不确定度，提高毫米波频段的测试精度，减少误测，提高产品的质量。新推出的测试仪表大大提高测量了速度和精度，保证了研发和测试的顺利进展和成本降低。