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用于無線網(wǎng)絡(luò)安裝維護(hù)的測(cè)試儀表
2015-09-17
在一個(gè)典型的無線系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)工程師和技術(shù)人員經(jīng)常面臨形式各樣的系統(tǒng)部件，包括天線、電纜、濾波器、多路復(fù)用器、放大器、隔離器、環(huán)行器、開關(guān)、低噪聲放大器等。每個(gè)部件的失誤，都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失敗。而其他現(xiàn)場(chǎng)工作人員，則將在不同的射頻微波系統(tǒng)上進(jìn)行工作，涉及范圍從廣播頻段到Ku波段雷達(dá)。
民用設(shè)備和國防設(shè)備維修人員，往往需要快速*估和排除故障，還不能從機(jī)身中移出航空電子設(shè)備。在這些案例中，射頻和微波系統(tǒng)的性能主要依靠高精密零件，但其中有許多零件易受天氣和老化的影響。
例如，由于腐蝕、潮氣侵入、正常的老化過程等原因，電纜、天線、濾波器的性能會(huì)隨時(shí)間而降低。
此外，為優(yōu)化無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，傳輸和接收路徑需要信號(hào)分離元件以防止干擾，從而符合行業(yè)頻譜規(guī)范，并滿足動(dòng)態(tài)范圍需求。
測(cè)量和調(diào)試雙端口器件，如腔體濾波器、合路器、多路復(fù)用器(這些部分多少都需要進(jìn)行一些主機(jī)共置，從而讓系統(tǒng)滿足發(fā)射標(biāo)準(zhǔn))等，最好在現(xiàn)場(chǎng)工作，并經(jīng)常需要在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中完成，如進(jìn)入密閉收發(fā)器、狹窄空間、天線塔及高架臺(tái)等。
多儀表解決方案
安裝和維護(hù)無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量方法的復(fù)雜性和多樣性，對(duì)測(cè)試提出了挑戰(zhàn)。工程師、技術(shù)員和其他無線專業(yè)人士傳統(tǒng)上依靠多儀器解決方案，使用笨重的臺(tái)式儀器滿足生產(chǎn)車間和戶外活動(dòng)。通常使用的工具有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)、時(shí)域反射計(jì)(TDR)、調(diào)制分析儀以及頻譜分析儀。
網(wǎng)絡(luò)分析儀用來進(jìn)行同軸和波導(dǎo)元件的S參數(shù)測(cè)量，以確定性能?，F(xiàn)場(chǎng)人員使用TDR分析故障電纜，包括可能出現(xiàn)的輕微不連續(xù)性，這是由于連接松動(dòng)、潮氣侵入、腐蝕或老化等引起的。頻譜分析儀分析和檢測(cè)頻率干擾源。頻譜分析儀使用調(diào)制分析來表明系統(tǒng)偏差、占用帶寬、發(fā)射模板、邊帶以及其它方面的性能參數(shù)。
盡管這些測(cè)試配置了必要的測(cè)量能力，但有其局限性。由于使用多種儀器，而且許多臺(tái)式儀器功能專一，不能完成所有的測(cè)量，從而使“工具車”的配置大、重、笨。對(duì)于臺(tái)式“解決方案”而言，所有這一切都使得其很難(甚至不可能)在現(xiàn)場(chǎng)或高架/空間等受限的環(huán)境中得以使用。此外現(xiàn)場(chǎng)使用臺(tái)式儀器還有其復(fù)雜性：需要利用交流電源延長線甚至便攜式發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力設(shè)備。
在現(xiàn)場(chǎng)使用臺(tái)式儀器的另一個(gè)問題是，其顯示器不能在陽光下使用。許多儀器的視角不適合現(xiàn)場(chǎng)使用，尤其是在工作系統(tǒng)物理空間有限時(shí)，因?yàn)檫@些因素看到的結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。
從投資角度來看，購買用于現(xiàn)場(chǎng)使用的臺(tái)式儀器可能會(huì)讓任何采購代理都有點(diǎn)緊張。昂貴的投資(而且這些儀器從來沒有打算在現(xiàn)場(chǎng)使用)很快會(huì)因?yàn)閻毫拥氖彝猸h(huán)境而遭到破壞。
因此軍事、航空、廣播以及商業(yè)應(yīng)用等無線通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)工作人員，需要的是一臺(tái)專門為今天嚴(yán)格的性能測(cè)試和符合性測(cè)試要求而設(shè)計(jì)的儀器。它必須結(jié)合便攜性、耐用性和廣泛的測(cè)量能力和性能。
手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
認(rèn)識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)的需求，安立公司開發(fā)了MS202XC/3XC和MS202xB/3xB VNA Master手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(圖1)。
圖 1: 安立MS202xC/3xC和MS202xB/3xB VNA Master手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀.
這一新型儀表提供了射頻/微波工程師在不同現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和干擾查找所必需的幾個(gè)關(guān)鍵功能。
高端型號(hào)MS202xC/3xC系列目前擁有手持式VNA中最高的帶寬，頻率覆蓋范圍從5kHz到20GHz。該儀表具有全面與臺(tái)式VNA競(jìng)爭(zhēng)的性能，以及通常存在于其他儀表中的功能，如標(biāo)量分析儀、矢量電壓表、功率計(jì)及頻譜分析儀功能。
VNA Master內(nèi)帶的強(qiáng)大技術(shù)，可以保證電纜、天線和濾波器S參數(shù)測(cè)量的精密和準(zhǔn)確。MS20xC/3xC提供真實(shí)的2端口VNA，可以同時(shí)測(cè)量所有的S參數(shù)。強(qiáng)大的12項(xiàng)誤差校正算法，可以使MS202/3xC系列測(cè)量的S-參數(shù)性能較一般的標(biāo)量測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確10倍。
真 2-端口結(jié)構(gòu)((圖2)可以進(jìn)行高速串行器件的差分特性分析。MS202/3xC系列支持波導(dǎo)測(cè)量。掃描速度為350 ?s/pt，在調(diào)節(jié)濾波器時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示。
圖 2: 真正的2-端口結(jié)構(gòu)，可以測(cè)量高速串行器件的差分特性.
大于 95dB的動(dòng)態(tài)范圍用于濾波器測(cè)量，增強(qiáng)的時(shí)域分析功能可以滿足材料測(cè)量和TDR功能。時(shí)域門功能則專門針對(duì)隔離/定位DTF(故障定位)分析中存在的問題，使VNA Master更好地隔離/定位長往返電纜問題。
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀+頻譜分析儀
除了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀功能，MS203xC VNA Master還提供通常臺(tái)式儀表才有的頻譜儀功能。頻率范圍從9kHz到9GHz和20GHz的兩種模式，能在小信號(hào)和干擾源之間進(jìn)行檢測(cè)。使用標(biāo)準(zhǔn)前置放大器，在1Hz分辨率帶寬(RBW)下，典型值的平均噪聲顯示靈敏度為-160dBm。動(dòng)態(tài)范圍在1Hz RBW下大于104dB。1GHz的相位噪聲為-100dBc/Hz，10kHz偏離，所以現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員可以使用MS203xC偵測(cè)和俘獲干擾信號(hào)。
MS202xB/3xB的VNA Master具有較強(qiáng)的價(jià)格/性能比，被設(shè)計(jì)用來為工作到或者低于6GHz的用戶提供價(jià)值。單一儀器組合了多種功能，包括陽光下可視的TFT LCD電阻觸摸顯示屏，使操作人員能夠戴手套操作儀表。
這兩個(gè)系列都可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用。它們都擁有非常堅(jiān)固的外殼，可承受溫度范圍很寬，從-10℃至55℃。小于五分鐘的預(yù)熱時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)可更換電池，VNA的工作時(shí)間長達(dá)三小時(shí)，而無需再充電。
結(jié)論
負(fù)責(zé)安裝和維護(hù)無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)工程師和技術(shù)人員為了確保性能，歷來都使用臺(tái)式設(shè)備。雖然多儀表解決方案可以滿足測(cè)試要求，但是卻帶來更多的挑戰(zhàn)和顧慮。此外，在多數(shù)情況下，將臺(tái)式儀表解決方案用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是不可能的。手持式矢網(wǎng)及頻譜分析儀并不新鮮，但截至目前，還沒有誰能夠提供高達(dá)Ku/K頻段的頻率范圍。
更有效率且更易于使用的手持式VNA Master的出現(xiàn)，輕易取代了笨重、過時(shí)的臺(tái)式設(shè)備的地位。技術(shù)人員從此后可以自由地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，不僅可以迅速精確地測(cè)量電纜的相位匹配、解決關(guān)鍵系統(tǒng)的故障，而且可以在各種無線網(wǎng)絡(luò)<中進(jìn)行日常安裝和維護(hù)工作。
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