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5G 世界中的测试和测量连接

2021-07-08    阅读量:30700    新闻来源:互联网     |  投稿

与前几代专注于特定频段的蜂窝技术不同,5G 处理的潜在频率范围要大得多。例如,4G 频段通常低于 3 GHz。另一方面,5G 的范围可以从 450 MHz 到 3.9 GHz,包括用于高速操作的 20-52.6 GHz 毫米波频段中国机械网okmao.com。5G 还包括未经许可的频段,例如 6 GHz 频段。


这种广泛的频率范围为 5G 测试带来了新的挑战,包括可重复性、可靠性和再现性。与任何 RF 测试一样,测量需要独特的同轴电缆和连接器设置——确保 RF 互连的信号完整性至关重要。测量可重复性是关键,因为这些系统经常连接和断开。连接器和电缆必须能够承受大量搬运,并且它们所使用的材料必须经过优化。


测试过程通常涉及连接到矢量网络分析仪 (VNA)、示波器或频谱分析仪的被测设备。从仪器到电路板的信号路径至关重要,用户必须确保测试设置——包括测试电缆组件、电缆、适配器和板上安装的连接器——不会引入不需要的变量。


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毫米波螺纹 PCB 连接器示例。

许多从事 5G 工作的产品开发人员正在处理一个陌生的新频率范围,他们传统上使用的电缆和连接器将不再有效。例如,许多在 4G LTE 中工作的 RF 测试实验室都配备了 10 GHz 以下的 VNA 以及使用 N 型或 7/16 型连接器接口的相关测试引线和附件。为了处理完整的 5G 频谱,他们不仅必须投资购买昂贵的射频仪器,还必须投资毫米波测试电缆、适配器和板级互连,以在不影响信号完整性的情况下提供更高的带宽。


当信号从 PCB 传输到连接器时,必须尽量减少反射。在更高的频率下,从同轴连接器到电路板结构的过渡中的缺陷变得更加明显。这些缺陷会导致寄生和虚假信号响应。它们表现为回波损耗或插入损耗、尖峰和其他不良影响。如果信号完整性关闭并且测量中有噪声,则测试结果将不准确。


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SMP(超小型推入式)系列 PCB 连接器示例。

高保真测量需要在所需频率范围内工作的可重复、低插入损耗的电缆。同样,板级产品应在推出时与电路板匹配,以确保低回波损耗。


对于板级产品,毫米波连接器提供安全的螺纹连接,并且可以在 5G 频率(2.92-mm dc-40 GHz、2.4-mm dc-50 GHz、1.85-mm dc-65 GHz 和1.0 毫米直流-110 GHz)。SMP、SMPM 和 SMPS 连接器等推入式连接器适用于涉及高信号密度的应用。


相位控制是优化系统的另一个参数


5G测试 

完整的 5G 射频测试设置示例,包括同轴电缆和连接器,以确保射频互连的信号完整性。

5G 智能天线的性能。电子转向天线使用多个天线阵列并改变它们之间的相位关系来控制辐射方向图。例如,该技术允许从搜索辐射模式切换到跟踪辐射模式,或快速改变辐射方向。阵列由传输线馈送;光束精度取决于这些电缆中信号之间的相位关系。必须在这些系统内的组件中精确控制相位,这使得相位稳定的电缆组件很重要。


迷你-D

Mini-D 射频连接系统具有 0.110 英寸的端口到端口间距,适用于高插拔周期应用,而不会损坏外壳。薄型边缘和表面贴装 PCB 连接器选项可处理高达 67 GHz 的频率。

表征 5G 频率范围的超短波长意味着即使处理 5G 信号的电缆长度很短,也会跨越这些频率的大量波长。电缆长度上的阻抗差异虽然通常很小,但很难保持相位精度。


电缆可以成对或成组进行相位匹配。但是随着温度的升高或降低,电缆可能不会完全走在一起。它们携带的信号可能会稍微异相。被称为电缆相位跟踪特性的少量退化会降低天线性能。为了尽量减少此类相位问题,相位稳定电缆通常包含 TF4 或微孔 PTFE 电介质,以及螺旋缠绕的金属化夹层。


高密度

5G 规范基于 MIMO 技术的使用,需要多个发射和接收天线阵列。为了适应更大的带宽需求,更多的天线被挤进更小的空间。这种趋势导致在天线和无线电之间使用高密度互连,例如多针连接器和微型同轴电缆束。使用高密度多端口连接器还允许在 DUT 旁边进行测试,从而缩短测试距离并减少干扰机会。


同样重要的是使用可轻松放置在测试台上的柔性电缆材料,无论是在研发过程中还是在生产过程中。测试经常从一个模块移动到另一个模块。在 5G 频率下,模块或电缆的每一次移动都可能需要重新校准。但是,可以弯曲和弯曲的电缆将大大减少所需的重新校准量,同时保持稳定性。


电缆

5G 开发、台式 VNA 和分析仪以及 RF 模块测试等应用是 Clarity 系列 50-GHz 测试电缆的候选者,这些电缆在温度范围内表现可预测并具有较长的弯曲寿命。

频率、时间延迟和物理特性(如长度、介电常数和传播速度)都会影响电长度。同轴电缆由贯穿电缆长度的一致介电材料构成,从而产生恒定的速度系数。虽然材料是一致的,但环境和处理因素会在安装和维护过程中改变电缆的电气特性,如温度波动、弯曲、扭曲、拉扯和压碎。


电缆中使用的金属加热时会膨胀,冷却时会收缩。同样,介电常数也会膨胀和收缩,其密度也会发生变化,从而改变信号速度。塑料的介电效应抵消并支配了金属效应。用于确保相位稳定性和振幅的材料包括 PTFE 电介质,可实现良好的信号传输。


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