一种基于测试无源器件功率容量的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于测试无源器件功率容量的系统，包括：顺序连接的计算机、信号发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器，以及与双定向耦合器连接的功率计；所述功率计与计算机连接；所述双工器用于连接待测件。本实用新型在系统整体结构上配置更加灵活，可以根据系统的特性进行灵活的升级，降低系统使用机构的功能升级费用。
【专利说明】
一种基于测试无源器件功率容量的系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种测试系统，具体说是一种基于测试无源器件功率容量的系 统。
【背景技术】
[0002] 目前，移动通信系统所承载的数据越来越多，因此对器件的功率要求也越来越高， 特别随着4G技术的发展，当器件由于功率容量不足而产生飞弧、器件烧毁、器件指标恶化， 这些都会降低移动通信系统的可靠性及安全性，基于此在通信行业中一些科研检验机构及 一些企业推出了针对功率容量测试的系统，但是在系统的功能及实现上没有清晰的思路： 比如对于均值和峰值的要求，系统属于临时搭建，在稳定性、准确性上不具备权威性;并且 现有的类似的平台还是基于产品应用的角度去对无源产品的功率容量指标进行测试，并不 适合于产品研发及数据分析。 【实用新型内容】
[0003] 针对上述技术不足，本实用新型的目的提供一种基于测试无源器件功率容量的系 统。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于测试无源器件功率容 量的系统，包括:顺序连接的计算机、信号发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器，以及 与双定向親合器连接的功率计;所述功率计与计算机连接;所述双工器用于连接待测件。
[0005] 所述信号发生单元包括两个信号发生支路;所述信号发生支路包括顺序连接的信 号发生器、功率放大器、滤波器;所述信号发生器与计算机连接;所述滤波器与3dB电桥输入 端连接；
[0006] 所述功率计为两个。
[0007] -种基于测试无源器件功率容量的系统还包括与双工器连接的频谱分析仪。
[0008] 所述待测件输出端连有衰减器，衰减器通过功率计3与计算机连接。
[0009] 所述功率放大器为多级功率放大器。
[0010]所述信号发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器、频谱分析仪和功率计置于设 有空调的机柜内。
[0011] 本实用新型具有以下有益效果及优点：
[0012] 1.本系统采用了宽带的双定向耦合器进行发射功率和反射功率的采集，并且用高 隔离度的双工器对飞弧信号的采集。
[0013] 2.在系统整体结构上配置更加灵活，可以根据系统的特性进行灵活的升级，降低 系统使用机构的功能升级费用。
[0014] 3.本系统采用型号为TC06-040JFH/01的内置半导体TEC空调，采用上述设计使得 系统的噪声可以降低至50分贝以下，系统的工作温度维持在50°C以下，其他类型的功率容 量测试平台由于温升的缘故其工作温度均高于50°C。
[0015] 5、本系统采用多级功率放大器，第一级别采用低噪声功率放大器，第二级功率放 大器进行末级放大，由于采用多级放大的设计思路使得系统在稳定性及互调抑制上与其他 类型的功率容量测试平台对比要有明显的提升。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0018] 如图1所示，本系统由信号源、功率放大器、滤波器、3dB电桥、双定向耦合器、功率 计、频谱分析仪、双工器、衰减器、计算机组成;其中信号源的输出口通过射频电缆与功率放 大器的输入口（RF IN)连接，功率放大器的输出口（RF0UT)通过射频电缆与3dB电桥的输入 口相连接;3dB电桥的输出口连接双定向耦合器的输入口；双定向耦合器的正向耦合口连接 正向功率检测功率计1，双定向耦合器反向耦合口连接反向功率检测功率计2;双定向耦合 器的输出口与双工器发射口（TX)相连接，双工器的输出口（ANT)与被测器件连接，双工器的 接收口（RX)与频谱分析仪相连接;如被测器件为直通型器件器件输出口连接衰减器的输 入口，衰减器的输出口通过射频电缆连接功率计3;计算机通过GPIB接口分别与功率计1、功 率计2、功率计3、信号源1、信号源2、频谱分析仪相连接;供电模块负责给功率放大器及信号 源、频谱分析仪、功率计供电。
[0019] 所述信号发生单元，用于接收计算机的触发命令发射多个调制信号至3dB电桥进 行合路；
[0020] 所述双定向耦合器，用于将合路后的调制信号通过正向耦合口分离出器件测试功 率，反向耦合口分离出被测器件的反射功率，双定向耦合器的输出口进行低损耗输出至双 工器；
[0021] 所述双工器，用于将被测器件的输入功率与反射功率进行分离，并将器件的反射 功率发送至频谱分析仪，而双工器的输出口将要求的测试信号传输至待测件；
[0022] 所述计算机，用于通过功率计采集被测器件的输入功率，反射功率而得到驻波比， 并根据驻波比与阈值的比较判断被测件是否正常;通过频谱分析仪检测系统飞弧的数量。
[0023] 所述信号发生器发射两个载波的调制信号，经功率放大器放大、再经滤波器滤除 带外信号发送至3dB电桥。
[0024] 所述频谱分析仪与计算机连接，用于对双工器输出的飞弧信号进行峰值检波，并 将检测到的飞弧数量通过网线发送至计算机。
[0025]所述信号发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器、频谱分析仪和功率计1、功率 计2均设于一体化机柜内。机柜内设有型号为TC06-040JFH/01的半导体TEC空调，可以使系 统处于适宜的环境中。
[0026]所述衰减器用于采集待测件的输出信号并通过功率计3反馈至计算机。
[0027]工作原理:信号发生器1和信号发生器2分别发射两个载波的调制信号，进入功率 放大器进行功率放大，经过滤波器进行信号带外信号的滤除，再通过3dB电桥将4个调制后 的载波进行合路，以测试200W为例，则每个载波为50W; 3dB电桥再将合路后的信号输出给双 定向親合器，此时正向親合口和反向親合口的功率会被功率计1和功率计2进行采集，计算 机通过GPIB接口读取正向功率和反向功率，驻波比的计算过程为：
[0028]设定驻波为VSWR，ξ为反射系数，RL为回波损耗，正向功率为W1，反射功率为W2，根 据驻波比的公式：
[0029] 驻波比 VSWR=(1+|)/(1+|)
[0030] 其中RL=10Lg(Wl/W2)，RL = -201g|，因此计算机在读取到正向功率和反射功率后 就可以计算出被测产品的驻波比的变化;双定向耦合器的输出口连接至双工器的发射口 (TX)，双工器的RX端口会将因为器件功率容量不良而产生飞弧会通过双工器的反射口（RX) 输入至频谱分析仪，频谱分析仪会在要求的工作频段内对输入的信号进行峰值检波;双工 器的输出端口（ANT)连接被测器件，如果待测器件为吸收型器件例如负载等，则不要再连接 其他模块;如果为通过型器件(例如功分器、耦合器、衰减器等），则在器件的耦合口要安装 上低互调负载，被测器件的输出端口连接低互调衰减器的输入口，经过衰减器后衰减器的 输出口连接功率计3，计算机监控功率计3的信号功率变化。
[0031] 各部分功能及技术要求如下：
[0032] 1.信号源:根据计算机的指令发射多种多载波调制信号，例如:GMSK信号、CDMA信 号、EDGE信号、WCDM信号、TD-LTE信号、FDD-LTE信号;该信号源采用安捷伦的N518 2A，可以根 据测试要求进行灵活的配置各种不同的调制信号。
[0033] 技术要求：（1)工作频段：100KHz-3GHz; (2)输出信号电平范围：-11 OdBm~+11 dBm。 [0034] 2.功率放大器:将信号源发射来的调制信号进行放大，采用多载波功率放大器，最 大输出功率均值可以达到500W，峰值2500W。每个模式的功率放大器由推动级功率放大器、 输出级功率放大器组成;根据测试模式的不同分为GSM制式功率放大器、CDMA制式功率放大 器、WCDMA制式功率放大器、TD-LTE制式功率放大器、FDD-LTE制式功率放大器等。
[0035]技术要求：（1)工作电压:DC48V;(2)输出功率:57dBm(单载波，均值）
[0036] (2)增益：50dB;(4)带外杂散：<-40dBm。
[0037] 3 .滤波器:可以对信号源发射过来的射频信号进行过滤，对工作频带外的信号进 行滤除，该模块为测试系统的可插拔模块，根据测试样品的不同分为GSM滤波器、CDMA滤波 器、WCDMA滤波器、TD-LTE滤波器、FDD-LTE滤波器等。
[0038] 技术参数：（1)工作频段：GSM滤波器：925MHz-960MHz、CDMA滤波器：860MHz-880MHz、WCDMA滤波器：2110MHz-2170MHz、TD-LTE滤波器l :1875MHz-1920MHz&2010MHz-2025MHz&2320-2370MHz&2570-2650MHz、FDD-LTE: 1830MHz-1880MHz滤波器等。（2)带外抑 制：-65dBc/100KHz; (3)功率容量：1000W(均值），8000W(峰值）。
[0039] 4.双定向耦合器:检测系统正向输出信号电平大小，检测发射功率大小，被检测到 的正反向功率用于计算系统在测试状态下的驻波变化。
[0040] (1)工作频段:76510^-270010^;(2)耦合度:正向耦合度50(^，反向耦合度 :40(18; (3)插入损耗：< 0.45dB; (4)驻波比：< 1.1; (5)功率容量:1000W(均值），8000W(峰值）；
[0041] 5.双工器：用于检测由于器件功率容量不足而产生的飞弧，设定测试功率容量的 频段为TX，则飞弧会落入TX以外的频段，而根据移动通信系统设计的需要，不要对整个的工 作频段进行监测，只需对测试频段对应的接收频段RX进行测试即可满足设计要求，而其他 系统的接收频段RX由于自身于被测系统之间就存在隔离，干扰可以忽略不计。
[0042] 技术参数：（1)工作频段
[0043] GSM 双工器：925MHz-960MHz&880MHz-915MHz、CDMA 双工器：860MHz-880MHz&815-835MHz、WCDMA双工器：2110MHz-2170MHz&1920-1970MHz、FDD-LTE双工器：1805MHz-1880MHz&11710-1785MHz等；（2)插入损耗：GSM双工器、CDMA双工器 < 1.0dB;WCDMA双工器 FDD-LTE双工器 < 1.3dB; (3)驻波：< 1 · 1; (4)功率容量：1000W(均值），8000W(峰值）；（5)端 口隔尚度：2 80dB;
[0044] 6.衰减器:该系统输出信号经过被测器件后信号电平可能仍旧很大，以移动通信 系统常用的腔体10dB耦合器，其直通损耗仅有ldB左右，假定测试功率为300W，则经过被测 器件后的功率仍可以达到200W左右，这对于后续接入的功率计来说功率还是非常大的，考 虑此点在此系统当中增加一个50dB的衰减器。
[0045] 技术参数：（1)工作频段:765MHz-3GHz; (2)衰减值及衰减精度:50dB，± 0.5; (3)驻 波比：<1.1。
[0046] 7.功率计：功率计1用于检测双定向耦合器的正向功率，功率计2用于检测双定向 耦合器的反向功率。功率计3:用于检测系统输出功率变化，按照功率容量测试要求，当直通 型器件经过大功率测试信号后其信号的输出功率变化应在3dB以内。
[0047]技术参数：（1)工作频段：9KHz-7.5GHz ; (2)接收灵敏度：-50dBm; (3)最大输入功 率：+30dBm。
[0048] 8.计算机:控制系统信号的开关;通过监测功率计1和功率计2的数值来反应被测 器件的驻波变化;监测频谱分析仪的飞弧数量，并将整个系统的测试状态及结果汇总后进 行打印或以D0C报告的形式进行输出存档。
[0049] 技术要求：（1)操作系统:win xp，win 7，win 8;(2)内存:512M以上；
[0050] 系统采用模块化的设计便于后期的升级及日常的维护；从整个系统组成来说:信 号源、频谱分析仪、功率计、双定向耦合器、3dB电桥均为宽频的设计，故可以兼容不同频段 不同系统的测试，而功率放大器及滤波器、双工器采用模块化的设计即当测试不用频段时 只需更换上述三个模块即可，客户可以根据不同需求来实现定制化的产品设计。
[0051 ]系统自维护
[0052]系统可自行进行校准及维护，在进行测试及关闭测试过程中，由于功率放大器采 用的是多级放大合路输出，单路存在着推动级过载的问题，两路存在着相位匹配功率匹配 的问题。而本系统对于信号的输入和关闭采用自动控制，两路开关时延小于lms;在信号放 大和减小时调节步长可以设定，但是设定了步长的上下限:0.1dB-5dB之间可以任意设定。 [0053]测试方法具体如下：
[0054] 由于射频能量传输的"趋肤效应"阻抗变化将会引起信号的反射，传输介质的温度 变化都会转化为热能，功率容量是指器件由电阻和介质损耗所消耗产生的热能导致器件的 老化、变形以及电压飞弧现象不被出现所允许的最大允许功率负荷。
[0055] 无源器件功率容量是指最大输入功率，从而有必要对各系统的峰均比(CCDF)做相 应分析，各系统同配置下峰均比值如下：
[0056]
[0057] 测试过程（以GSM系统为例）：
[0058] 1.加入待测器件
[0059]如果被测件为多端口器件，测试时多余其它端口接大功率低互调匹配负载；
[0060] 2.向待测器件发送大功率信号
[0061 ] (1)设置信号发生器频率:单载波测试时载波的中心频点设置为953.6MHz，4载波 测试时：设置频点为942MHz，942.6MHz，953MHz，953.6MHz;
[0062] (2)打开计算机，让计算机自动调整信号功率直至进入功率计1读数为要求测试功 率；
[0063] (3)频谱分析仪设置为maxhold模式；
[0064] 3.将被测器件至于温控箱中，当温控箱的温度到达50°C时，关闭温控箱；
[0065] 4.连续测试10分钟；
[0066] 5.结果判定
[0067] 5.1判定在接收频段内是否有飞弧现象；
[0068]在整个功率容量测试过程中，频谱分析仪上显示杂散和宽带噪声电平值2 _ 107dBm/100KHz则判断为飞弧，检查整体宽带飞弧数量若大于5个，则判定为存在飞弧； [0069]飞弧现象是由于，器件功率容量不足，特别是对峰值功率的承受能力不足，产生异 常发热、打火现象，从而引起上行底噪抬升，造成上行干扰。
[0070] 5.2判断器件是否烧毁
[0071] 如存在以下中任意一种情况则判定为烧毁：
[0072] (1)在测试过程中，功率计3读数的信号降低幅度不得大于3dB，若超过3dB则为器 件烧毁；
[0073] (2)在功率测试完成后可对器件的其他关键指标(例如插入损耗、带内波动、输入 口反射互调)进行测试，如其他指标不符合相关标准要求则判定为烧毁；
[0074] (3)在整个测试过程中，计算机监测的驻波比值不得大于1.5,大于1.5则判定为烧 毁；
[0075] (4)在功率容量测试完成后，对器件内部进行外观检查，如果出现肉眼可见的黑色 的打火痕迹则判断为烧毁。
【主权项】
1. 一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于包括:顺序连接的计算机、信号 发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器，以及与双定向耦合器连接的功率计;所述功率 计与计算机连接;所述双工器用于连接待测件。2. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于所述信 号发生单元包括两个信号发生支路;所述信号发生支路包括顺序连接的信号发生器、功率 放大器、滤波器;所述信号发生器与计算机连接;所述滤波器与3dB电桥输入端连接。3. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于所述功 率计为两个。4. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于还包括 与双工器连接的频谱分析仪。5. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于所述待 测件输出端连有衰减器，衰减器通过功率计3与计算机连接。6. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于所述功 率放大器为多级功率放大器。7. 根据权利要求1所述的一种基于测试无源器件功率容量的系统，其特征在于所述信 号发生单元、3dB电桥、双定向耦合器、双工器、频谱分析仪和功率计置于设有空调的机柜 内。
【文档编号】H04B17/327GK205566320SQ201620181773
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】杜方, 孙金, 张大伟
【申请人】奥维通信股份有限公司