射频和微波开关测试系统基础
射频和微波开关测试系统基础 (1)
射频和微波开关测试系统基础绪论无线通信产业的巨大成长意味着对于无线设备的元器件和组件的测试迎来了大爆发，包括对组成通信系统的各种RF IC 和微波单片集成电路的测试。
这些测试通常需要很高的频率，普遍都在GHz范围。
本文讨论了射频和微波开关测试系统中的关键问题，包括不同的开关种类，RF开关卡规格，和有助于测试工程师提高测试吞吐量并降低测试成本的RF开关设计中需要考虑的问题。
射频开关和低频开关的区别将一个信号从一个频点转换到另一个频点看起来挺容易的，但要达成极低的信号损耗该如何实现呢？设计低频和直流(DC)信号的开关系统都需要考虑它们特有的参数，包括接触电位、建立时间、偏置电流和隔离特性等。
高频信号，与低频信号类似，需要考虑其特有的参数，它们会影响开关过程中的信号性能，这些参数包括VSWR（电压驻波比）、插入损耗、带宽和通道隔离等等。
另外，硬件因素，比如端接、连接器类型、继电器类型，也会极大的影响这些参数。
开关种类和构造继电器内的容性是限制开关的信号频率的常见因素。
继电器的材料和物理特性决定了其构成的内部电容。
比如，在超过40GHz的射频和微波开关中，在机电继电器中采用了特殊的接触架构来获得更好的性能。
图1显示了一个典型的构造，共同端接位于两个开关端接之间。
所有信号的连接线路都是同轴线，来保证最佳的信号完整性（SI）。
在这种情况下，连接器是SMA母头。
对于更加复杂的开关结构，共同端接被各个开关端接以放射状围绕。
一系列复杂的开关拓扑在RF开关中得以采用。
矩阵式开关可以实现每个输入与每个输出的连接。
有两种类型的矩阵在微波开关架构中得以采用——blocking和non-blocking架构。
一个blocking矩阵可将任意一个输入和任意一个输出进行连接，因此其他的输入和输出就不能同时连接。
这对只需在一个时刻切换到一个信号频率的应用是一个有效的低成本方案，信号完整性也更好，因为有更少的继电器路径，特别是避免了相位延迟的问题。
射频开关基础知识
同轴开关基础知识定义：同轴开关可通过电压或计算机编程自动控制，在微波电路中做切换用。
分类：按照实现方式可分为三类同轴开关，又称电磁开关、射频开关、机电开关PIN开关，又称电子开关MEMS开关，又称微电子开关同轴开关和PIN开关有什么不同？同轴开关操作原理是供电实现机械动作，而PIN开关则不需要。
同轴开关实物较大，PIN开关可以做的很小同轴开关开关时间慢，隔离度、插损、驻波性能好，耐受功率高PIN开关开关时间快，隔离度、插损、驻波性能差，耐受功率低Qualwave Inc main products:Amplifiers:9kHz-110GHz,Power amplifiers,Low noise amplifiersCables/Assemblies:DC-110GHz,Ultra Low Loss&Phase StableCoaxial Adapters:DC-110GHz,Low VSWRFixed Attenuators:DC-67GHz,0.5W-500WTerminations:DC-67GHz,0.5W-500WCoaxial Switches:DC-67GHz,SPDT-SP20T,DPDT,2P3TDC Blocks:0.01-67GHzDetectors:0.01-110GHzCouplers:100KHz-67GHz,90°/180°Hybrid Couplers,Directinal Couplers,Dual Directional CouplersPower Dividers/Combiners:DC-67GHz,2,3,4,6,8,16WaysCirculators/Isolators:56MHz-40GHz,Octave&Multi-OctaveFilters:DC-67GHz,Low Pass Filters,High Pass Filters,Band Pass Filters,Band Reject Filters Frequency Sources:DC-40GHzPhase Shifters:DC-40GHzHorn Antennas:up to112GHzEtc.开关主要系列：Part Number Frequency(GHz)Switch TypeSwitching Time(mS,max.)Operation Life(cycles)ConnectorsLead Time(weeks)QMS2V DC~67GHz SPDT201M 1.85mm2~4 QMS62DC~50GHz SP4T201M 2.4mm2~4 QMSD22DC~40GHz DPDT201M 2.4mm2~4 QMS2K DC~40GHz SPDT155M 2.92mm2~4 QMS2KT DC~40GHz SPDT(Terminated)155M 2.92mm2~4 QMS6K DC~40GHz SP3T~SP6T153M 2.92mm2~4QMS6KT DC~40GHz SP3T~SP6T(Terminated)152M 2.92mm2~4 QMSD2K DC~40GHz DPDT152M 2.92mm2~4 QMSD3K DC~40GHz2P3T155M 2.92mm2~4 QMS10K DC~26.5GHz SP7T~SP10T153M 2.92mm2~4 QMS10KT DC~26.5GHz SP7T~SP10T(Terminated)152M 2.92mm2~4 QMS2S DC~18GHz SPDT155M SMA2~4 QMS2ST DC~18GHz SPDT(Terminated)155M SMA2~4 QMS6S DC~18GHz SP3T~SP6T153M SMA2~4 QMS6ST DC~18GHz SP3T~SP6T(Terminated)152M SMA2~4 QMS8S DC~18GHz SP7T~SP8T152M SMA2~4 QMS8ST DC~18GHz SP7T~SP8T(Terminated)152M SMA2~4 QMS10S DC~18GHz SP9T~SP10T153M SMA2~4 QMS10ST DC~18GHz SP9T~SP10T(Terminated)152M SMA2~4 QMSD2S DC~18GHz DPDT152M SMA2~4 QMSD3S DC~18GHz2P3T155M SMA2~4 QMS12S DC~15GHz SP11T~SP12T152M SMA2~4 QMS2N DC~12.4GHz SPDT152M N2~4 QMS6N DC~12.4GHz SP3T~SP6T152M N,SC2~4 QMS2E DC~8GHz SPDT152M SC2~4 QMS18S DC~6GHz SP13T~SP18T152M SMA2~4QMSD2N DC~6GHz DPDT152M N2~4。
射频微波基础知识：基本概念和术语
射频微波基础知识：基本概念和术语•波器技术第一群（新5G群）全面开放十天射频微波基础知识射频基础知识1、功率/电平（dBm）：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。
换算公式：电平（dBm）=10lgw5W → 10lg5000=37dBm10W → 10lg10000=40dBm20W → 10lg20000=43dBm从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm2、增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。
即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）3、插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。
4、选择性：衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。
-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。
5、驻波比（回波损耗）：行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR）附：驻波比——回波损耗对照表：SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50回波损耗（dB） 21 19 17.6 16.6 15.6 14.06、三阶交调：若存在两个正弦信号ω1和ω2 由于非线性作用将产生许多互调分量，其中的2ω1-ω2和2ω2-ω1两个频率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号ω1或ω2的功率之比称三阶交调系数M3。
即M3 =10lg P3/P1 （dBc）7、噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。
单位用dB。
8、耦合度：耦合端口与输入端口的功率比, 单位用dB。
9、隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。
10、天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。
一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益。
Ga=E2/ E0211、天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。
射频开关测试方案介绍
射频开关测试方案介绍
也许大家已经注意到，随着无线设备复杂性急剧增加，手机支持的频段数量也在不断增加。
从最开始的2个GSM频段，到现在的4个GSM频段，3个CDMA频段，5个UMTS频段和10个LTE频段。
未来，诸如5G New Radio等标准将继续增加无线设备的复杂性。
开关是射频前端模块（RF FEM）切换多个频段的关键元件，所以，我们今天要讨论的话题就是射频开关测试方法
典型射频前端模块
关于射频开关，这些你知道吗？
在一个典型的射频前端模块中，包括功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA），多路器，收发开关和天线开关等。
开关的目的是实现收发机与天线信号之间的定向传播，将发射机信号耦合到天线，或者将天线信号耦合到接收机，并且将发射机信号与接收机进行隔离以避免接收机链路被发射机干扰。
因此在射频前端模块中的开关都必须满足很高的隔离度与很低的插入损耗等指标。
本文将针对射频开关芯片的方案，包括典型的测试项进行详细介绍，包括插入损耗、隔离度、开关时间、谐波、三阶交调点IP3等，并对实验室验证测试及量产测试分别使用方法进行解析。
射频开关测试项详解
使用传统仪器应对射频开关测试遇到了难题
插入损耗、隔离度测试→使用矢量网络分析仪VNA完成
开关时间、谐波测试→VNA配合其他仪器完成→测试成本增加
另外很多厂商在构建测试平台时不仅仅是只针对于射频开关芯片测试，经常还会考虑在这个测试平台上会覆盖其他芯片类型，如PA、LNA等，所以一个通用的、高复用度的测试平台是很多厂商在采购仪器时的重要考虑点。
北邮微波射频测量技术基础
②在1端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”。
③在1端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”。
④在2端口接开路校准件，用鼠标点击“开路Open”。
⑤在2端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”。
⑥在2端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”。
⑦在1端口和2端口之间接直通校准件, 用鼠标点击“直通Through”,同时下方的”Apply”键也生效。点击“Apply”，使校准数据生效。
f)如何保存所测数据，以及可存的数据格式
点击【文件】>【另存为】，然后选择相应的保存目录
可保存的数据格式为.jpg图片格式。
g) 了解仪器提供的校准方法（SOLT）
仪器提供SOLT校准方法，TRL校准方法等集中校准方法，实验中使用SOLT校准方法，即短接、开路、负载和直通。
三、思考题
1、是否可以直接进行电路参数的测量，为什么？如何从测量的S参数导出电路参数。（给出S参数到Z参数的转换公式，以及如何在ADS中应用。）
测量元件：待测量的原件（如天线、滤波器等），可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。
2.掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。
a)矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能
（1）CRT显示器
射频基础与测量
射频基础与测量R&S 中国培训中心©2005主要内容一、基本理论o RF基本概念o RF系统的构成o调制与解调二、RF测量o RF信号的测量o RF系统的测量三、测试仪器培训达到的目的1.熟悉射频基本概念.2.了解射频基本测试方法.3.对测试仪器有一定了解.通信系统分类ƌ按传输媒介1.有线通信系统2.无线通信系统ƌ按调制方式1.模拟通信系统2.数字通信系统常用的通信系统音频范围(AF) f<1MHz 射频范围(RF) f<3GHz 微波范围f<40GHz 毫米波范围f>40GHz什么是RF?1.RF,radio frequency,主要指发射的无线电波(又称射频) ,应用于无线通信。
2.RF有时称为高频,它是相对于低频而言。
3.RF的用途,主要是迅速而准确地传输信息,以克服距离上的障碍,是无线通信的关键技术,是传输信息的载体。
RF无处不在RF应用于无线通信1.AMPS、TACS2.GSM/EDGE/GPRS3.CDMA、WCDMA、TD-SCDMA4.Bluetooth5.WLAN 802.11a/b/g(Wi-Fi)6.WIMAX 802.167.PHS8.DECT9.analog wireless communication,Walkie-talkieRF信号是模拟的1.无线数字通信系统采用数字调制方式.2.无线模拟通信系统采用模拟调制方式.3.无线通信系统不管是模拟还是数字的,RF信号是模拟的.常用的微波波段代号0.375－0.380－1000.3W0.5－0.37560－800.4V 0.75－0.540－600.6U 1.11－0.7527－400.8Ka 1.67－1.1118－271.25K 2.5－1.6712－182Ku 3.75－2.58－123X 7.5－3.754－85C 15－7.52－410S 30－151－222L 波长范围（cm ）频率范围（GHz）标称波长（cm ）波段代号波理论3.当天线可与波长相比拟时,发射效率越高.fc *λ=1.波长与频率成反比,C 是光速，等于3×108米/秒2.波具有直射/反射/绕射/衍射特性,频率越高,直射能力越强,频率越低,绕射能力强.4.RF 是频率很高的波.常用的工程量纲功率：1w=103mw=106µwdBm=10lg(P/1mw))dB=10lg(P/Pref电平：1V=103mv=106µv频率：1kHz=103Hz1MHz=106Hz1GHz=109HzRF端口阻抗1.通常RF电缆和端口为50欧姆2.广播电视同轴电缆为75欧姆3.当负载阻抗和输出阻抗相等时,能够得到最大功率传输4.当端口之间阻抗不相等时,信号会发生反射RRLRF连接头1. BNC，频率最高2GHz2. N ，频率最高18GHz3. SMA ，频率最高24GHz4. 3.5mm ，频率最高38.8GHz5. 2.92mm ，频率最高46.5GHz6.Female,阴头或母头；Male,阳头或公头SMA 阳–SMA 阳SMA阴BNC 阳-BNC 阴N 阴-N 阴N 阳-BNC 阴射频与微波模块、元器件1.电阻R、电容C、电感L2.单端口器件（天线、吸收负载）3.双端口器件（滤波器、衰减器、放大器、移相器）4.多端口器件（混频器，耦合器，功分器/合路器、隔离器、双工器）RF模块/天线RF 模块/合路器性能指标：插入损耗：A 1-B 1带内波动：E 带外抑制：F端口回波损耗：A 1-C 1隔离度：A 1-D1A 1A 2RF模块/放大器1.低噪声放大器（LNA），位于接收机前端。
射频微波设计概论(RF系统讲解详明-GOOD)
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當不止一個信號加到輸入端時， 動態範圍定義為“spurious-free region”，如果輸入信號電位相 實際系統（混頻器、放大器） 等 ， “ spurious-free” 動 態 範 圍 1dB壓縮點 DRsf 2
DRsf 3
IP3 G MDS
f1, f2 Mixer or receiver fIF1 fIF2 fIM1 fIM2
兩信號輸入時產生的新的頻率分量
fIF1和fIF2是需要的中頻輸出信號，fIM1和fIM2是三階交調信號。 兩信號輸入時三階交調分量特別受到注意，因為它有可能落在 中頻帶通範圍內。
外差接收機(二次混頻接收系統)
3
濾波器1限制輸入信號的通帶以減少互調干擾以及本振通過天線的輻 射。 低雜訊放大器放大的信號與第一本振輸出的信號同時加到混頻器1， 其輸出的高中頻信號經高中頻濾波器1濾波後被高中頻放大器1放大。 被放大的高中頻信號與第二本振輸出的信號經混頻器2再次混頻後， 得到的低中頻信號通過低中頻濾波器2濾波後，最後送到檢波器恢復 出基帶信號。
輸出雜訊No應為N0 = GNi +網路產生的雜訊Nn。
Si / N i No 網路產生的雜訊Nn為 N n N o GN i （W） 故 F GS i / N o GN i 所以 N o FGN i （W）
故以分貝表示的輸出雜訊等於輸入雜訊No(dB)加上雜訊係數F(dB)和增益 G(dB)。
信號雜訊比
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接收機輸出信號的品質可用信號雜訊比（Signal-to-noise ratio, SNR）表示
S 有用信號功率電位 N 無用的雜訊功率電位
信號可1）
對於行動電話，S/N要求大於15dB。對於固定電話要30dB，電視 要40dB，而對於高保真音樂則要60dB。 對於雷達系統，高的信號雜訊比就相當於高的檢測概率低的虛 警概率。如果信號雜訊比達到16dB，檢測概率可達到99.99%而 虛警概率低於10–6。
射频微波基础知识
射频微波基础知识射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写：RF一、射频和微波技术基础知识1、什么是射频?射频(RF)是指无线通信系统中使用的电磁频率范围。
它涵盖了广泛的频率范围，通常从3kHz(千赫)到300GHz(千兆赫)。
射频信号的特点是能够长距离传播并穿过障碍物，这使其成为各种通信应用的理想选择。
2、微波频率微波是射频频率的一个子集，频率范围为300MHz(兆赫)到300GHz。
虽然微波仍然是像射频一样的电磁波，但它们具有更短的波长，这在特定应用中提供了某些优势，例如高数据传输速率和精确成像能力。
二、射频和微波技术的应用1、无线通信射频和微波技术最突出的应用之一是在无线通信系统中。
从简单的无线电传输到复杂的蜂窝网络，射频技术使移动设备上的语音通话、短信、互联网浏览和视频流成为可能。
此外，Wi-Fi网络、蓝牙连接和其他无线协议依赖RF信号进行无缝数据交换。
2、卫星通信卫星通信严重依赖微波频率。
地球静止轨道或近地轨道卫星利用微波远距离传输电视信号、互联网数据和电话，确保在传统通信基础设施有限，或无法使用的偏远地区实现全球连接。
3、雷达系统微波雷达系统对各种应用至关重要，包括空中交通管制、天气监测和军事防御。
雷达使用微波脉冲来探测物体的存在、距离和速度，从而进行精确的跟踪和分析。
4、医疗应用射频和微波技术在医学领域有着重要的应用，例如磁共振成像(MRI)和微波消融。
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射频和微波开关测试系统基础
无线通信产业的巨大成长意味着对于无线设备的元器件和组件的测试迎来了大爆发，包括对组成通信系统的各种RF IC 和微波单片集成电路的测试。
这些测试通常需要很高的频率，普遍都在GHz范围。
本文讨论了射频和微波开关测试系统中的关键问题，包括不同的开关种类，RF开关卡规格，和有助于测试工程师提高测试吞吐量并降低测试成本的RF开关设
计中需要考虑的问题。
射频开关和低频开关的区别
将一个信号从一个频点转换到另一个频点看起来挺容易的，但要达成极低的信号损耗该如何实现呢？设计低频和直流(DC)信号的开关系统都需要考虑它们特有的参数，包括接触电位、
建立时间、偏置电流和隔离特性等。
高频信号，与低频信号类似，需要考虑其特有的参数，它们会影响开关过程中的信号性能，这些参数包括VSWR（电压驻波比）、插入损耗、带宽和通道隔离等等。
另外，硬件因素，比如端接、连接器类型、继电器类型，也会极大的影响这些参数。
开关种类和构造
继电器内的容性是限制开关的信号频率的常见因素。
继电器的材料和物理特性决定了其构成的内部电容。
比如，在超过40GHz的射频和微波开关中，在机电继电器中采用了特殊的接触架构来获得更好的性能。
图1显示了一个典型的构造，共同端接位于两个开关端接之间。
所有信号的连接线路都是同轴线，来保证最佳的信号完整性（SI）。
在这种情况下，连接器是SMA母头。
对于更加复杂的开关结构，共同端接被各个开关端接以放射状围绕。
一系列复杂的开关拓扑在RF开关中得以采用。
矩阵式开关可以实现每个输入与每个输出的连接。
有两种类型的矩阵在微波开关架构中得以采用——blocking和non-blocking架构。
一个blocking矩阵可将任意一个输入和任意一个输出进行连接，因此其他的输入和输出就不能同时连接。
这对只需在一个时刻切换到一个信号频率的应用是一个有效的低成本方案，信号完整性也更好，因为有更少的继电器路径，特别是避免了相位延迟的问题。
而non-blocking 矩阵允许多个路径的同时连接，这种架构具有更多的继电器和线缆，因此灵活性更强，不过
价格也更高。
层叠开关架构是多位置开关的一种替代形式。
它采用多个继电器将一个输入连接到多个输出。
路径长度（同时决定了相位延迟）是由信号经过的继电器的数量决定的。
树形架构是层叠开关架构的一种替代。
相比层叠架构，对于同等规格的系统，树形技术需要更多的继电器，然而，选定的路经和其他不用的路经之间的隔离会更好，这样降低了继电器和通道之间的crosstalk。
树形架构具备一些优势，包括无端接残余（unterminated stubs），各个通道特性也会相似。
然而，在选定路经上具有多个继电器意味着损耗会更大，信号完整性
也令人堪忧。
RF开关卡架构
在测试仪器主机上的RF开关卡应用中，为保证信号完整性，需要理解许多电性能指标。
Crosstalk是指不同通道上传送的信号之间或通道上信号与输出信号之间产生的电容耦合、电感耦合或电磁辐射。
一般用特定负载阻抗和特定频率下的分贝数来描述。
插入损耗是信号在开关卡或系统中传输时的衰减，用特定频率范围的分贝数来表示。
当信号低或者噪声大的时候，插入损耗是相当重要的技术指标。
电压驻波比（VSWR）是对信号在传送线路上反射的测量，定义为信号路经上驻波的最高电
压幅度与最低电压幅值之比。
信号进行开关、传输或者放大处理的一个有限的频率范围被称作带宽。
对于给定的负载条件，
带宽范围用-3dB（半功率）点定义。
隔离是邻近通道的电压比例，定义为一个频率范围上的分贝数。
RF开关设计
要设计一个RF开关系统，需要额外考虑一系列关键因素。
阻抗匹配——假设开关置于测量仪器和DUT（待测设备）之间，对于几个系统中的所有的阻抗必须匹配。
对于最佳的信号传输，源的输出阻抗应等于开关的特征阻抗、线缆阻抗和DUT的阻抗。
在RF测试中，普遍的阻抗级是50或75欧姆。
不论要求什么样的阻抗级，适
当的阻抗匹配将会保证整个系统完整性。
输入VSWR和信号路经VSWR决定了测量的精确程度。
Mismatch Uncertainty(dB) = 20 x log(1 +/- Γsig path * Γinst)
Where Γ = VSWR-1/VSWR +1
如果信号路经输出和仪器输入具有很好的VSWR，比如1.3：1，失配不确定性（Mismatch
Uncertainty）大概在+/-0.15dB。
终止——在高频率情况下，所有信号必须被适当终止，否则电磁波会在端接点上被反射，导致VSWR的增加。
一个没有终接的开关在断开状态会增加VSWR，一个开关一般需要提供50欧姆的端接电阻来匹配连通或断开状态。
VSWR增加后，如果反射部分足够大，甚至有
可能损坏源端。
功率传输——另一个重要的考虑是系统从仪器至DUT传送RF功率的能力。
由于插入损耗，信号可能需要放大。
一些应用场合，又可能需要减少信号至DUT上的功率。
使用放大器或衰减器可保证将精确的信号功率值传送至开关系统。
信号滤波器——信号滤波器在一些情况下是很有用的，比如噪声不小心加入到通过开关传送的信号中的时候。
如果原始信号频率不适合DUT测试频率，滤波器也很有用。
在这种情况下，滤波器可被加到开关中以改变信号带宽或者滤除不需要的信号频率。
相位失真——随着测试系统尺寸的扩大，从相同的信号源出来的信号可能会通过不同的途径传送至DUT，导致了相位失真。
这个指标通常被称之为传输延迟。
对一个给定的传导介质，
延迟是与信号路径长度成正比的。
不同的信号路径长度将会导致信号相位移动，导致错误的测量结果。
要减少相位失真，要保证信号路经长度的相同。
总结
讨论并理解RF/微波开关系统购建中的各种设计参数有利于保证信号和系统的完整性。