电子测试技术的应用与发展

电子测试技术的应用与发展

——结合一种具体电子测试仪器说明其原理、结

构、应用与发展

班级：电信0603姓名：贾琳琳学号：20060915

摘要：电子测试技术是一门以测试信息为主的科学门类，它阐述了各种电子仪器的基本原理和方法，并重点介绍了测试信号的获取，及它在现实生活和军事中的应用。本文主要介绍了电子测试技术的的意义，发展和重要性，以及在国家经济发展中所发挥的作用，然后又综述《现代电子测试技术》这门课程所介绍的主要内容，最后着重介绍光元器件分析仪的工作原理、结构与应用。

著名科学家门捷列夫说过：“没有测量就没有科学”。测试技术和仪器是科学研究中信息的获取、处理和显示的重要手段，是人们认识客观世界并取得定性或定量信息的基本方法，是信息工程的源头和重要组成部分。随着科学信息的快速发展，对测试技术的要求逐步提高，电子测试技术必将成为新时代的重点学科，并将其应用于学习、生活、科研的各个领域。电子测试技术及仪器是指利用现代电子技术对电量和非电量进行测量的方法与设备。电子测量技术与仪器一般包含能量的测量、产生能量的信号的测量以及传输信号的网络的测量；定量测量侧重于量的精准确定；电子测试技术覆盖的面更宽，除了上述测量外，还包括了信息的测量，如软件协议测量、硬件故障诊断等

这种科学的方法包含了一系列测试技术，这种手段包含了相关门类的仪器。测试技术和仪器是物质信息的获取、处理与输出的方法和手段。科技要发展，测试须先行。现代科技发展依赖于先进的测试技术与仪器的发展，现代制造业无论是研发、中试，还是生产过程控制、产品检测和维护都需要先进的科学仪器作为技术和测试手段。21世纪，面对国际科学技术发展趋势，越来越多的国家都把大力加强测试技术与仪器科学作为一种国家发展战略，对大至宇宙、小到基本粒子的物质世界奥秘的探寻，从信息、材料、生物、环境、能源到多学科交叉等领域的科技前沿，均对测试技术与仪器提出了越来越高的先行需求。它是进行军事装备研究，新产品试制和开发，以及生产与维护运转中不可缺少的测试手段和工具。一切重大的科学技术成就都与测试技术和测试仪器有直接关系。因此，电子测试技术及仪器的水平常常是衡量一个国家科技发展和生产技术的重要标志，也是军事实力的重要表现。

在科学技术发展的今天，测试工作将处于各种现代军事装备系统设计和制造的首位，并成为生产率、制造能力及实用性水平的重要标志。据有关资料报道：目前，测试成本达到所研制的军事装备系统总成本的50％，甚至70％；而且，编制测试程序所花的时间比系统设计所花的时间更长。因此，在未来激烈竞争的世界中，测试将与现代军事装备系统的设计和制造构成为一个完整的整体，是保证现代军事装备系统实际性能指标的重要手段，电子测试技术和仪器是直接或间接地为军事目的服务的，而且，测试仪器本身也是军事装备中的重要组成部分。因此，一个国家要在军事上实现现代化，则必须具有先进的军事测试技术来予以保证。而《现代电子测试技术》这门课程也突出了军事应用中的先进测试技术及仪器，应用范围更广，它不仅深入介绍了电子测量的基本原理和技术方法，电子仪器及测试系统的组成及工作原理，而且还介绍电子测量中的误差分析和数据处理的能力，以及学会把电子测量技术，电子仪器和测量系统应用到实际中的基本

方法。

目前，军用光纤系统的调制速率已提高到微波频率，因此，表征光元器件的高频特性就显得特别重要。采用较高的调制频率时，光元器件的设计就更加困难和复杂。同时将它们组成系统时，要考虑组件之间的相互作用和影响。因此，为了提高光波系统中光元器件之间接口最佳化，需要更进一步分析和表征光元器件的高频特性，而光元器件分析仪是深入分析和表征高速光元器件射频特性的有力工具。

光元器件分析仪主要是由一体化矢量网络分析仪、光波源、光波接收机和光耦合器组成。光元器件分析仪的工作原理如图所示。

光元器件分析仪的原理及组成：

光元器件分析仪是用来测量待测器件的调制传递函数，并给出相位和幅度特性的仪器。系统的信息源提供一个已知幅度和相位特性的正弦波信号，并作为调制信号加在光波源上，以产生一个强度被射频信号调制的光信号，光波信号通过光媒介传输，经待测器件后，传输到光波接收机进行解调，其解调信号电平与强度调制的光包络成正比。此时系统中传输的信号已恢复成经由待测件作用过的调制信号。信号处理单元将这个由待测件作用过的调制信号与由射频源提供的原始射频信号进行相位与幅度的比较，并进行归一化处理，便可得出被测件对调制信号的响应。

光元器件分析仪的测试原理采用的是替代法，系统首先通过已知量即标准件来校准，然后用待测件代替已知件来测试。通过系统的不同组合和使用不同的校准方法，待测件可以是光—光器件、光—电器件、电—光器件，另外测量类型也可作不同的选择。

一、光波源

光波源产生受微波信号强度调制的光，光波源本身是一个无调制的半导体激光器，其波长和输出功率都随温度而变化。为了减小温度和激光器老化的影响，在光波源中必须加入自动温度控制电路和自动功率控制电路。光直接通过高性能光隔离器，减小使激光器受反射光的影响；另外，光还通过极化控制器，可以改变光的极化状态，在光调制器的输入产生适当的极化状态，使调制器工作在最大效率。

二、光波接收机

在光波接收机中，光电信号转换的关键器件是高速光电二极管，在高速光元

器件分析仪中，对高速光电二极管的要求是：宽响应频带，低暗电流，高灵敏度。高速光电二极管的响应速度与器件的RC时间常数及光载流子在耗尽层的渡越时间有关。为使高速光电二极管与前置宽带放大器之间相匹配，以保证输出信号反射最小，必须在它们之间加入阻抗变换器。

三、光外调制器

在高速光元器件分析仪中，调制器是必不可少的，对外调制器的技术要求是宽带、驱动电压低、插入损耗低、稳定性高等。目前较好的有波导型铌酸锂调制器和电子吸收型半导体调制器。但调制器中要解决的技术问题有：

(1) 调制带宽。调制器的带宽受制导光波和微波调制信号的速度失配限制。

(2) 降低驱动电压。采用长电极，使波导中的光封闭状态达到最佳，以及新的电极结构，可大幅度降低驱动电压。

(3) 高度稳定性。在衬底表面涂一层薄的硅膜，使电荷均匀分布，可极大改善其稳定性。

四、光隔离器

激光器对于反射光再进入激光腔是很敏感的，这个效应称为反射灵敏度。它能改变激光器的线宽、分布形式及转换特性，引起信号强度减弱及相位噪声。反射灵敏度可用光隔离器来降低。使用于LD光源耦合的微型化隔离器主要采用“起偏器—45度角旋转器—检偏器”方式。这样使得正向传输的光可以近乎无损耗地通过。光隔离器的主要性能指标有插入损耗、隔离度及回波损耗，一般要求隔离器的隔离度要大于35dB。

光元器件分析仪的主要技术指标、应用及发展：

光元器件分析仪的主要技术指标有：

(1) 中心波长 1300±10nm (1550±10nm)

(2) 光谱宽度≤3nm(≤50MHz)

(3) 平均输出功率 -5.9dBm

(4) 调制频率范围 130MHz — 20GHz

(5) 调制频率响应±1.5dB

(6) 调制光输出功率 -8.9dBm(峰峰值)

(7) 调制度 25%

(8) 反射灵敏度±0.05dB(±0.01dB)

(9) 激光器隔离度 50dB(80dB)

(10) 偏振度 20 ：1

(11) 端口回波损耗 15dB

光元器件分析仪主要用于光元器件、系统（包括变换器）的电—光、光—电、光—光、电—电的传输和反射特性测量，测量可以在三个波长点（850nm、1300nm、1550nm）进行，其调制频率达20GHz。

光元器件分析仪的应用与发展：

1. 光发射机特性测量

光元器件分析仪可用于测量激光器（LD）、发光二极管（LED）、光波源传输和反射特性，包括：调制带宽和频率响应、转换效率、偏置电压的影响、反射灵敏度、调制相位响应、激光器输入阻抗等。

2. 光接收机特性测量

光元器件分析仪可用于测量光电二极管（PIN）、光接收机的传输和反射特性，

包括：调制带宽、频率响应、转换效率、调制相位响应、输出阻抗等。

3. 光元器件的测量

光元器件分析仪可用于测量光元器件的传输和反射特性，包括：光纤长度和传播延时、光纤调制相位稳定度、光纤反射分布曲线。

4. 电元器件的测量

光元器件分析仪还具有全部微波网络分析仪的功能，可用于测量放大器、滤波器和传输线的带宽、插入损耗/增益、相位、阻抗和延时群。

光元器件分析仪具有傅里叶变换功能，能将频域测量结果按时域/距离域显示出来。在时域可以观察、计算光波器件的脉冲和阶跃响应；在距离域能以小于1mm的分辨率确定多个不连续点。

光元器件分析仪是当代电子测量仪器技术的又一发展，它将当代的光电子技术、先进的微波技术和计算机聚于一体。光元器件分析仪不仅仅局限于理论，在实践当中已生产出不同性能的产品。在国际上，首先由美国惠普公司于1989年推出产品，其型号为HP8702A，在90年代初又推出了HP8703光元器件分析仪，使光元器件分析仪在技术指标上有了进一步的提高，它具有较高的灵敏度和稳定性，在调制频率方面也有了提高，另外它具有并行处理功能，提高了调制器的应用效率。另外安捷伦科技公司（NYSE：A）日前展示了旗下最新型的光波元器件分析仪（LCA）—首款用于测试850nm波长的元器件分析仪。它是光元器件的又一次飞跃。它为更好地表征主要光元器件的频率响应树立了新标准，且它专为测试高速电信网络和计算机网络中的光纤通道元器件设计，具有领先的多功能性、测量速度和可靠性。光元器件分析仪种类繁多，性能参差不齐，但随着测试要求的不断提高，光元器件分析仪的性能会逐渐得到改善，比如调制频率和稳定性的提高，驱动电压的降低及工作效率的提高等。

光元器件分析仪仅仅是电子测试技术的一个实例，从侧面反映了测试技术的发展与应用。从光元器件分析仪的结构，工作原理及方式可以看出电子测试技术已经取得了较大发展，但尚有很大发展空间，随着现代社会的进步与科技水平的发展，人们对测试技术的要求也在不断提高，这就使得电子测试技术在科技领域的应用要求和范围大大提高，特别是我国目前的电子测试技术与国外一些发达国家的水平相比还有一定得差距，我们要在学习国外先进技术的基础上，充分发挥我们自己的科技创造力，不断探索和创新，争取尽早进入国际先进科技水平的轨道。