用于無線網絡安裝維護的測試儀表
2015-09-17
在一個典型的無線系統中，現場工程師和技術人員經常面臨形式各樣的系統部件，包括天線、電纜、濾波器、多路復用器、放大器、隔離器、環行器、開關、低噪聲放大器等。每個部件的失誤，都可能導致整個系統失敗。而其他現場工作人員，則將在不同的射頻微波系統上進行工作，涉及范圍從廣播頻段到Ku波段雷達。
民用設備和國防設備維修人員，往往需要快速*估和排除故障，還不能從機身中移出航空電子設備。在這些案例中，射頻和微波系統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、濾波器的性能會隨時間而降低。
此外，為優化無線通信系統的覆蓋范圍，傳輸和接收路徑需要信號分離元件以防止干擾，從而符合行業頻譜規范，并滿足動態范圍需求。
測量和調試雙端口器件，如腔體濾波器、合路器、多路復用器(這些部分多少都需要進行一些主機共置，從而讓系統滿足發射標準)等，最好在現場工作，并經常需要在具有挑戰性的環境中完成，如進入密閉收發器、狹窄空間、天線塔及高架臺等。
多儀表解決方案
安裝和維護無線網絡測量方法的復雜性和多樣性，對測試提出了挑戰。工程師、技術員和其他無線專業人士傳統上依靠多儀器解決方案，使用笨重的臺式儀器滿足生產車間和戶外活動。通常使用的工具有矢量網絡分析儀(VNA)、時域反射計(TDR)、調制分析儀以及頻譜分析儀。
網絡分析儀用來進行同軸和波導元件的S參數測量，以確定性能。現場人員使用TDR分析故障電纜，包括可能出現的輕微不連續性，這是由于連接松動、潮氣侵入、腐蝕或老化等引起的。頻譜分析儀分析和檢測頻率干擾源。頻譜分析儀使用調制分析來表明系統偏差、占用帶寬、發射模板、邊帶以及其它方面的性能參數。
盡管這些測試配置了必要的測量能力，但有其局限性。由于使用多種儀器，而且許多臺式儀器功能專一，不能完成所有的測量，從而使“工具車”的配置大、重、笨。對于臺式“解決方案”而言，所有這一切都使得其很難(甚至不可能)在現場或高架/空間等受限的環境中得以使用。此外現場使用臺式儀器還有其復雜性：需要利用交流電源延長線甚至便攜式發電機提供動力設備。
在現場使用臺式儀器的另一個問題是，其顯示器不能在陽光下使用。許多儀器的視角不適合現場使用，尤其是在工作系統物理空間有限時，因為這些因素看到的結果可能會產生差錯。
從投資角度來看，購買用于現場使用的臺式儀器可能會讓任何采購代理都有點緊張。昂貴的投資(而且這些儀器從來沒有打算在現場使用)很快會因為惡劣的室外環境而遭到破壞。
因此軍事、航空、廣播以及商業應用等無線通信網絡的現場工作人員，需要的是一臺專門為今天嚴格的性能測試和符合性測試要求而設計的儀器。它必須結合便攜性、耐用性和廣泛的測量能力和性能。
手持式矢量網絡分析儀
認識到現場安裝和維護的需求，安立公司開發了MS202XC/3XC和MS202xB/3xB VNA Master手持式矢量網絡分析儀(圖1)。
圖 1: 安立MS202xC/3xC和MS202xB/3xB VNA Master手持式矢量網絡分析儀.
這一新型儀表提供了射頻/微波工程師在不同現場進行系統維護和干擾查找所必需的幾個關鍵功能。
高端型號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式VNA競爭的性能，以及通常存在于其他儀表中的功能，如標量分析儀、矢量電壓表、功率計及頻譜分析儀功能。
VNA Master內帶的強大技術，可以保證電纜、天線和濾波器S參數測量的精密和準確。MS20xC/3xC提供真實的2端口VNA，可以同時測量所有的S參數。強大的12項誤差校正算法，可以使MS202/3xC系列測量的S-參數性能較一般的標量測量結果準確10倍。
真 2-端口結構((圖2)可以進行高速串行器件的差分特性分析。MS202/3xC系列支持波導測量。掃描速度為350 ?s/pt，在調節濾波器時可以實時顯示。
圖 2: 真正的2-端口結構，可以測量高速串行器件的差分特性.
大于 95dB的動態范圍用于濾波器測量，增強的時域分析功能可以滿足材料測量和TDR功能。時域門功能則專門針對隔離/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。
矢量網絡分析儀+頻譜分析儀
除了矢量網絡分析儀功能，MS203xC VNA Master還提供通常臺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，能在小信號和干擾源之間進行檢測。使用標準前置放大器，在1Hz分辨率帶寬(RBW)下，典型值的平均噪聲顯示靈敏度為-160dBm。動態范圍在1Hz RBW下大于104dB。1GHz的相位噪聲為-100dBc/Hz，10kHz偏離，所以現場技術員可以使用MS203xC偵測和俘獲干擾信號。
MS202xB/3xB的VNA Master具有較強的價格/性能比，被設計用來為工作到或者低于6GHz的用戶提供價值。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。
這兩個系列都可在現場進行使用。它們都擁有非常堅固的外殼，可承受溫度范圍很寬，從-10℃至55℃。小于五分鐘的預熱時間，現場可更換電池，VNA的工作時間長達三小時，而無需再充電。
結論
負責安裝和維護無線網絡的現場工程師和技術人員為了確保性能，歷來都使用臺式設備。雖然多儀表解決方案可以滿足測試要求，但是卻帶來更多的挑戰和顧慮。此外，在多數情況下，將臺式儀表解決方案用于現場測試是不可能的。手持式矢網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，輕易取代了笨重、過時的臺式設備的地位。技術人員從此后可以自由地進行現場服務，不僅可以迅速精確地測量電纜的相位匹配、解決關鍵系統的故障，而且可以在各種無線網絡<中進行日常安裝和維護工作。
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