射頻測試中便攜式儀器越來(lái)越重要

由于現在很多電子產(chǎn)品的設計技術(shù)正在從模擬向數字過(guò)渡，設備要求更高的集成度和更加豐富的功能性，同時(shí)成本又需要更低。再加上視頻和社交媒體的推動(dòng)，設備往往還需要具備更高的數據傳輸速率和更低的功耗。所有這些設備的發(fā)展趨勢，都需要高速、精確的射頻測試作為保證，這就給整個(gè)射頻測試行業(yè)帶來(lái)了很大的壓力和挑戰。另外，由于數字射頻應用的迅速擴大，推動(dòng)了包括移動(dòng)通信和頻譜管理在內的大量不同應用的測量需求，也由此產(chǎn)生了一個(gè)異常復雜的技術(shù)環(huán)境。目前這種環(huán)境正從設計工作臺轉向現場(chǎng)，這就需要便攜的手持式平臺測試儀器能夠加以支持。

便攜式儀器的發(fā)展現狀及趨勢

目前，隨著(zhù)中國的無(wú)線(xiàn)電工業(yè)和無(wú)線(xiàn)電工程的發(fā)展，越來(lái)越多的工程師和技術(shù)人員在現場(chǎng)進(jìn)行安裝與維護作業(yè)時(shí)，需要便攜式的測量?jì)x器。羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅健就表示，“消費電子、汽車(chē)、國防、教育、半導體制造和通信等諸多電子設備行業(yè)的現場(chǎng)設備安裝及運營(yíng)維護都需要便攜式測量?jì)x器的支持。正是由于這個(gè)原因，現在無(wú)論是國外廠(chǎng)商還是國內廠(chǎng)商，都在不斷地推出相應的便攜式測試測量儀器，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。”他同時(shí)指出，到目前為止，便攜式測試測量?jì)x器占整個(gè)測試測量?jì)x器總量的比重大概是10%的樣子。雖然便攜式測試測量?jì)x器的市場(chǎng)規模在逐漸增大，但競爭也越來(lái)越激烈。

安捷倫手持式測量?jì)x表亞洲區業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理趙江磊也表達了相似的觀(guān)點(diǎn)。他認為，隨著(zhù)眾多射頻/微波的用戶(hù)在產(chǎn)品研發(fā)、設備安裝及系統維護的過(guò)程中越來(lái)越重視產(chǎn)品的便攜性和易用性，便攜式測試測量?jì)x表的發(fā)展受到了廣大用戶(hù)的高度關(guān)注。他說(shuō)，“盡管目前臺式測試測量?jì)x表的比例還是占大多數，但是今后便攜式儀表的比重將會(huì )隨著(zhù)外場(chǎng)試驗升級、設備野外安裝及維護等測試的需要得到顯著(zhù)提高。”

對于便攜式測試測量?jì)x器未來(lái)的發(fā)展趨勢，泰克亞太區技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理沈鼐叡通過(guò)對銷(xiāo)售數據的分析，給出了自己的觀(guān)點(diǎn)。“從總體比重來(lái)看，傳統實(shí)驗室平臺的儀器的銷(xiāo)售額仍遠遠大于便攜式手持平臺儀器，但從銷(xiāo)售數量來(lái)看，便攜式的增長(cháng)勢頭則非常強勁。”她這樣分析說(shuō)，“隨著(zhù)現場(chǎng)應用環(huán)境的復雜性在不斷提升，客戶(hù)對于便攜式測試測量?jì)x器的要求從以往的單純要求輕巧、便攜越來(lái)越向功能完善性提升。有時(shí)現場(chǎng)測試環(huán)境的復雜度及不確定性甚至超過(guò)了實(shí)驗室的情況，所以各種類(lèi)型儀器的便攜版本都在被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)。”

確實(shí)，以前針對外場(chǎng)測試設計的便攜式測試測量?jì)x器，為了保證其便攜性，通常都會(huì )犧牲掉儀器的一些性能指標和功能特性。而現在，這一情況正逐漸在改變，羅健就表示，現在的便攜式測試測量?jì)x器不僅需要具備機動(dòng)性高，功能豐富、精確度高、重量輕、電池工作時(shí)間長(cháng)、數據存儲方便，還需要價(jià)格便宜，有防水防撞外殼設計和在陽(yáng)光下顯示清晰等特點(diǎn)才行。

便攜式儀器與傳統實(shí)驗室儀器的差異

由于應用場(chǎng)景的不同，實(shí)驗室儀器多用于產(chǎn)品研發(fā)，所以對精度及可編程及自定義性要求更高，而便攜式儀器則對于復雜環(huán)境的應對、長(cháng)存儲及供電單元的耐用性有更高要求。沈鼐叡以泰克的便攜式手持平臺為例，解釋了便攜式儀器的設計初衷，她說(shuō)，“我們在設計便攜式手持頻譜分析儀的時(shí)候，一方面既保留了臺式頻譜分析儀廣受歡迎的DPX實(shí)時(shí)頻譜功能，同時(shí)也兼顧多標準信號分類(lèi)、現場(chǎng)數據導出以便后期分析及地理定位等一系列針對便攜式應用場(chǎng)景的功能。”

泰克的H500/SA2500便攜式無(wú)線(xiàn)信號偵測儀便是這樣一款射頻便攜式產(chǎn)品。這款儀器特別適合于頻譜管理、頻譜監測和監控、干擾檢測和調試以及信號識別的應用。它的最大特色就是使查找干擾的調試變得空前簡(jiǎn)便，H500/SA2500 可以迅速掃描RF 環(huán)境，對已知信號分類(lèi)，使用經(jīng)過(guò)現場(chǎng)驗證的信號查找工具，幫助定位未知信號。通過(guò)掃描RF頻譜，用戶(hù)可以確定區域中有哪些信號發(fā)射裝置。 然后通過(guò)H500/SA2500提供的專(zhuān)家系統指南協(xié)助用戶(hù)通過(guò)多種信號分類(lèi)算法對信號進(jìn)行分類(lèi)。一旦發(fā)現信號存在威脅，通過(guò)機器提供的各種現場(chǎng)驗證信號查找工具定位產(chǎn)生威脅的信號，通過(guò)內置GPS、地圖及信號強度計的變化音調操作人員可以在查找時(shí)同時(shí)觀(guān)察周?chē)h(huán)境，更快定位干擾源。

圖1、泰克的H500/SA2500便攜式無(wú)線(xiàn)信號偵測儀

另外，從儀器使用的角度上來(lái)講，便攜式測試測量?jì)x器與傳統實(shí)驗室測試測量?jì)x器在測試的過(guò)程中可以起到互補的作用。隨著(zhù)集成電路的高速發(fā)展，便攜式測試測量?jì)x器在許多外場(chǎng)測試保障的任務(wù)中，測量精度和傳統實(shí)驗室儀器的差距越來(lái)越少，而且客戶(hù)在使用手持式儀表的過(guò)程也不再是單純地追求儀表的便攜性，他們更加關(guān)注于產(chǎn)品本身能否將便攜性和測試的準確性完美地結合在一起。

趙江磊表示，在安捷倫現有的手持式測量?jì)x表產(chǎn)品家族里，有頻率覆蓋從射頻到微波的多種解決方案，包括FieldFox系列微波多合一手持式分析儀、HSA系列手持式頻譜分析儀以及針對于電信運維的天饋線(xiàn)分析儀N9330B。他說(shuō)，“安捷倫將自己超過(guò)七十余年的測試測量經(jīng)驗濃縮在這樣一款全功能的微波測量?jì)x表里，并且在產(chǎn)品的設計過(guò)程中也更加關(guān)注客戶(hù)在野外使用時(shí)的感受。比如說(shuō)，我們在設計FieldFox系列的過(guò)程中，采用了和安捷倫的高檔網(wǎng)絡(luò )分析儀PNA系列完全一致的校準引擎，這樣就可以保證客戶(hù)所得到的校準精度和在使用高端網(wǎng)絡(luò )儀的時(shí)候是一模一樣的。”

圖2、安捷倫FieldFox手持式射頻和微波分析儀

“在手持類(lèi)產(chǎn)品設計的過(guò)程中，安捷倫一直遵循以客戶(hù)為導向的設計方針，更加關(guān)注于客戶(hù)在外場(chǎng)的實(shí)際使用感受。首先儀表本身提供業(yè)界一流的產(chǎn)品指標以及可媲美于傳統臺式設備的測量精度，這樣就可以保障客戶(hù)外場(chǎng)使用時(shí)的測試結果真實(shí)有效。其次我們在設計過(guò)程中引入了許多新的設計思路，例如采用低功耗的設計來(lái)保證長(cháng)時(shí)間的整機續航，全密閉無(wú)風(fēng)扇的整機設計以及支持iOS設備進(jìn)行基于儀表的遠程操作等。” 趙江磊強調說(shuō)。

鑒于FieldFox可能會(huì )用于白天或夜間、室內或室外環(huán)境，它還包括明亮的低反射顯示屏、5種顯示模式和背光按鍵，可優(yōu)化在各種照明條件下的查看效果。此外，防水機箱、按鍵和機殼可在鹽分多的環(huán)境和潮濕環(huán)境中使用，溫度范圍10℃~55℃。為了防塵和擴展一起的可能性，機箱上也沒(méi)有設計通風(fēng)孔或風(fēng)扇。專(zhuān)門(mén)設計的連接器保護陷彎，可以防止射頻連接器脫落或遇到外部沖擊時(shí)帶來(lái)的損壞。為增強頻譜分析能力，安捷倫在FieldFox手持式頻譜分析儀中還引入了頻譜和信號分析儀的PowerSuite測量功能。這項功能支持用戶(hù)輕松地對信道化通信系統執行快速、精確的一鍵式測量；FieldFox微波頻譜分析儀則利用InstaAlign改善測量精度，這是一種隨環(huán)境條件變化而自動(dòng)運行的內部幅度校正功能，無(wú)需用戶(hù)干預，從而可節省技術(shù)人員的工作時(shí)間。

羅德與施瓦茨的ZVH和FSH系列也都是針對移動(dòng)應用而開(kāi)發(fā)的便攜式手持測試測量?jì)x器。ZVH是該公司推出的新一代天饋線(xiàn)分析儀，集快速的天饋線(xiàn)分析與高性能的頻譜測試于一身，無(wú)論是在外場(chǎng)進(jìn)行發(fā)射機的安裝、無(wú)線(xiàn)干擾查找，或者是頻譜分析，ZVH都可以輕松勝任。該儀器在業(yè)界首創(chuàng )了任務(wù)管理器工作模式，用戶(hù)可以預先設置好任務(wù)模板，在現場(chǎng)測試時(shí)，只需要連接好，按一下運行鍵，剩下的工作全部有ZVH自動(dòng)完成，比傳統天饋線(xiàn)分析儀的工作效率搞3倍以上。而FSH系列手持式頻譜分析儀集頻譜分析、天饋線(xiàn)分析、全功能矢量網(wǎng)絡(luò )分析、矢量電壓表、功率計主機、寬帶通信解調等多種測試功能于一身，擁有媲美中高檔臺式頻譜儀的指標。

圖3、R&S® FSH手持式頻譜分析儀

羅健表示，通常平衡便攜性和性能指標時(shí)，價(jià)格是主要的方面，在關(guān)鍵指標的精度上也是保證達到中檔儀表的水平。另外，羅德與施瓦茨公司很多的中檔儀表或實(shí)驗室的測試儀器，都專(zhuān)門(mén)設計了便攜式的選件，可以將中端儀器或臺式儀器作為便攜式的儀器使用。

測量?jì)x器廠(chǎng)商的應對策略

整個(gè)射頻測試行業(yè)，我們可以看到一些明顯的趨勢和挑戰，比如測試的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對射頻測試的速度要求越來(lái)越嚴苛；一些新的產(chǎn)品在同一個(gè)設備上集成了多種無(wú)線(xiàn)通信標準；現有通信標準的持續演進(jìn)和一些新技術(shù)的出現。這些都給射頻測試帶來(lái)了巨大的壓力，這也是測試儀器廠(chǎng)商們不得不面對的挑戰。

其實(shí)，很多時(shí)候壓力也是推動(dòng)自己前進(jìn)的動(dòng)力。泰克的沈鼐叡就說(shuō)，“正是由于這些壓力的推動(dòng)，泰克在射頻測試方面從未停止過(guò)前進(jìn)的步伐。我們的產(chǎn)品并不是一味的順應標準，而是真正從客戶(hù)的應用角度出發(fā)，在推出符合最新無(wú)線(xiàn)通信標準產(chǎn)品的同時(shí)解決他們在日常工作中最常遇到的困擾，用我們的經(jīng)驗提高他們的效率。”

“儀器儀表行業(yè)一直都是處于產(chǎn)業(yè)變化的最前沿，安捷倫作為主要的設備廠(chǎng)商也在積極地關(guān)注這些業(yè)界標準所帶來(lái)的變化，并適時(shí)地推出相應的解決方案來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的測試要求。”趙江磊對測試測量行業(yè)面臨的挑戰這樣回應。他同時(shí)也表示，在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，安捷倫多年來(lái)一直專(zhuān)注于行業(yè)標準的研究與測試產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作，為研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、認證測試、外場(chǎng)安裝維護等方面提供各種精密高效的包括TD-SCDMA和TD-LTE在內的各種無(wú)線(xiàn)通信測量解決方案。在2013年中我們陸續推出了許多新的重量級產(chǎn)品，例如新型E6607C EXT 無(wú)線(xiàn)通信測試儀。該測試儀內置多端口適配器，可同時(shí)測試多個(gè)無(wú)線(xiàn)設備，以實(shí)現經(jīng)濟高效的大規模無(wú)線(xiàn)設備生產(chǎn)測試。

面對這些挑戰，羅德與施瓦茨的羅健表示，羅德與施瓦茨一直遵循“推動(dòng)極限(Pushing Limits)”發(fā)展理念，行業(yè)內的技術(shù)發(fā)展也是推動(dòng)我們發(fā)展的機會(huì )。我們長(cháng)期服務(wù)于電子工程和電子工業(yè)的客戶(hù)，致力于生產(chǎn)出用戶(hù)需要的測試儀器，幫助用戶(hù)解決工作中遇到的問(wèn)題與困難。我們也在不斷更新各類(lèi)測試儀器，將最先進(jìn)的技術(shù)引進(jìn)測試儀器中，使每一款新的測試儀器都會(huì )在性能指標、測試功能及測試方法等方面有所突破。

由此可見(jiàn)，就目前來(lái)看的話(huà)，便攜式儀器在射頻測試行業(yè)來(lái)說(shuō)還處于輔助階段，互為補充。但隨著(zhù)時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步，便攜式儀器所占的比重會(huì )越來(lái)越大，也會(huì )變得越來(lái)越重要。