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遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-24 05:41:33 更新時(shí)間：2025-07-23 05:41:34

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量檢測

遠(yuǎn)近程開關(guān)（或稱為高/低功率切換開關(guān)、功率衰減開關(guān)）是射頻微波系統(tǒng)中一種關(guān)鍵的機(jī)電或固態(tài)開關(guān)組件，主要用于在信號鏈路中實(shí)現(xiàn)不同衰減路徑的切換，以滿足系統(tǒng)對信號電平遠(yuǎn)近程（高低功率）控制的需求。其核心性能指標(biāo)之一便是“衰減量”，即信號在通過開關(guān)的衰減路徑時(shí)，功率減小的程度（通常以分貝dB表示）。衰減量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)信號電平控制的精度、動(dòng)態(tài)范圍以及最終的性能表現(xiàn)。因此，對遠(yuǎn)近程開關(guān)的衰減量進(jìn)行精確、可靠的檢測，是確保通信、雷達(dá)、測試測量等設(shè)備正常工作的重要環(huán)節(jié)。

檢測項(xiàng)目

遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量檢測的核心項(xiàng)目主要包括：

1. 標(biāo)稱衰減量： 在規(guī)定的頻率點(diǎn)或頻段內(nèi)，開關(guān)在衰減路徑（通常為“遠(yuǎn)程”或“高衰減”狀態(tài)）下的設(shè)計(jì)衰減值。這是最基本的性能指標(biāo)。

2. 衰減量平坦度： 在指定的工作頻帶范圍內(nèi)，衰減量隨頻率變化的波動(dòng)程度。要求在整個(gè)工作頻帶內(nèi)衰減量盡可能恒定。

3. 衰減量精度： 實(shí)測衰減量與標(biāo)稱衰減量之間的偏差。通常要求偏差在 ±0.5 dB 至 ±2 dB 范圍內(nèi)（具體取決于開關(guān)等級和應(yīng)用要求）。

4. 重復(fù)性： 在相同條件下（溫度、連接、儀器設(shè)置等），多次切換開關(guān)并測量同一路徑衰減量的一致性。

5. 溫度穩(wěn)定性： 衰減量隨環(huán)境溫度變化的漂移量。需要在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（如 -40°C 至 +85°C）進(jìn)行測試。

6. 插入損耗（直通路徑）： 開關(guān)在非衰減路徑（通常為“近程”或“直通”狀態(tài)）下的信號損耗。雖然這不直接是衰減量，但作為開關(guān)整體性能的一部分常一并測試。

7. 端口駐波比： 開關(guān)各端口（輸入、輸出、直通端、衰減端）的電壓駐波比，反映端口匹配情況，間接影響衰減量測量的準(zhǔn)確性。

檢測儀器

進(jìn)行遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量檢測需要依賴高精度的射頻微波測試設(shè)備：

1. 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀： 這是最核心的儀器。現(xiàn)代VNA（如Keysight PNA, PNA-X系列, R&S ZNA/ZNB系列）能夠精確測量S參數(shù)（尤其是S21傳輸系數(shù)），直接計(jì)算出衰減量（衰減量 = -|S21| dB）。其優(yōu)勢在于高精度、寬頻帶、可進(jìn)行時(shí)域門控消除夾具影響，并能同時(shí)測量駐波比。

2. 信號源 + 功率計(jì)： 經(jīng)典方法。使用高穩(wěn)定的信號源（如Keysight PSG, R&S SMA系列）產(chǎn)生射頻信號，經(jīng)過開關(guān)衰減路徑后，用高精度功率計(jì)（如Keysight P系列功率計(jì), Boonton峰值功率計(jì)）測量輸入功率(Pin)和輸出功率(Pout)，衰減量 = Pin (dBm) - Pout (dBm)。此方法直觀，但對信號源功率穩(wěn)定度和功率計(jì)精度要求極高。

3. 頻譜分析儀 + 跟蹤源： 部分頻譜分析儀（如Keysight X系列, R&S FSW/FPS系列）內(nèi)置或可外接跟蹤源，可測量傳輸響應(yīng)（類似S21），從而得到衰減量。便捷性高，但精度通常低于專用VNA。

4. 校準(zhǔn)件： 包括開路器、短路器、負(fù)載、直通件（如3.5mm, SMA, N型），用于對測試系統(tǒng)（VNA或信號源-功率計(jì)系統(tǒng)）進(jìn)行校準(zhǔn)，消除測試電纜和連接器的影響，這是獲得精確測量結(jié)果的前提。

5. 測試夾具/適配器： 用于可靠、重復(fù)地固定和連接待測開關(guān)器件。

6. 溫度試驗(yàn)箱： 用于測試衰減量溫度穩(wěn)定性時(shí)，提供可控的溫度環(huán)境。

檢測方法

常用的檢測方法主要是基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)的S參數(shù)測量法：

1. 系統(tǒng)校準(zhǔn)： * 將VNA的端口連接至校準(zhǔn)面（通常是連接待測開關(guān)的接口處）。 * 使用校準(zhǔn)件（開路、短路、負(fù)載、直通）執(zhí)行完整的雙端口SOLT（或TRL等）校準(zhǔn)。 * 校準(zhǔn)完成后，VNA的誤差模型被建立，后續(xù)測量將消除測試電纜和連接器的系統(tǒng)誤差。

2. 連接待測開關(guān)： 將被測開關(guān)牢固、可靠地連接到已校準(zhǔn)的測試端口上。確保連接器擰緊力矩符合規(guī)范。

3. 設(shè)置測試參數(shù)： * 設(shè)置起始頻率、終止頻率、掃描點(diǎn)數(shù)。 * 設(shè)置合適的輸出功率（確保待測開關(guān)工作在線性區(qū)，避免飽和）。 * 設(shè)置中頻帶寬（IFBW），通常在保證測試速度的前提下選擇較小的值以提高精度和動(dòng)態(tài)范圍。

4. 測量直通路徑(S21)： * 控制開關(guān)切換到“近程”或“直通”狀態(tài)。 * 測量并記錄S21的幅度（dB），此值即為該路徑的插入損耗。

5. 測量衰減路徑(S21)： * 控制開關(guān)切換到“遠(yuǎn)程”或“衰減”狀態(tài)。 * 測量并記錄S21的幅度（dB），此值即為該路徑的損耗（包含開關(guān)固有插入損耗 + 設(shè)計(jì)衰減量）。

6. 計(jì)算衰減量： 開關(guān)的標(biāo)稱衰減量 = [衰減路徑S21 (dB)] - [直通路徑S21 (dB)]。VNA通?？芍苯釉O(shè)置參考軌跡或進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算（Trace Math）得到這個(gè)差值曲線。

7. 數(shù)據(jù)分析： * 在指定頻點(diǎn)讀取標(biāo)稱衰減量實(shí)測值。 * 觀察整個(gè)頻帶內(nèi)的衰減量平坦度。 * 在多個(gè)溫度點(diǎn)重復(fù)測量，分析溫度穩(wěn)定性。

8. 重復(fù)性測試： 多次（如10次）切換開關(guān)狀態(tài)，重復(fù)步驟5-6，計(jì)算衰減量測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差或最大值/最小值差。

9. 端口駐波比測量： 在開關(guān)各狀態(tài)下，測量各端口的S11（輸入反射）、S22（輸出反射），VNA可直接顯示或計(jì)算成駐波比。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量檢測需遵循相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)或用戶技術(shù)規(guī)范，常見的包括：

1. IEC 60487 (IEEE 201): 地面無線電中繼系統(tǒng)所用設(shè)備的測量方法。其中包含了對開關(guān)（包括切換開關(guān)）衰減、隔離度、駐波比等參數(shù)的詳細(xì)測量規(guī)定。

2. MIL-STD-202: 美國軍用標(biāo)準(zhǔn)，電子及電氣元件試驗(yàn)方法。雖然涵蓋范圍廣，但其對電氣元件環(huán)境試驗(yàn)（含溫度）和基本電氣特性（如接觸電阻，引申到開關(guān)性能）的測試方法有參考價(jià)值。

3. MIL-PRF-39012: 繼電器、電磁式、一般規(guī)格（用于開關(guān)）。對機(jī)電開關(guān)（包括RF開關(guān)）的機(jī)械和電氣性能有詳細(xì)規(guī)范。

4. GB/T 12182 (中國國家標(biāo)準(zhǔn)): 射頻同軸開關(guān)空白詳細(xì)規(guī)范。規(guī)定了射頻同軸開關(guān)（包含遠(yuǎn)近程開關(guān)）的通用要求、質(zhì)量評定程序以及需要測試的參數(shù)和方法（含衰減量、駐波比、切換時(shí)間等）。

5. GB/T 11313 (中國國家標(biāo)準(zhǔn)): 射頻連接器系列標(biāo)準(zhǔn)。雖然主要規(guī)范連接器，但其關(guān)于反射系數(shù)/駐波比(VSWR)的測量方法同樣適用于開關(guān)端口的測試。

6. 制造商規(guī)格書： 開關(guān)制造商會提供詳細(xì)的產(chǎn)品規(guī)格書（Datasheet），其中會明確規(guī)定其產(chǎn)品的衰減量標(biāo)稱值、精度、平坦度、測試條件（頻率、溫度、功率）、測試方法等具體要求。

7. 用戶定制規(guī)范： 最終用戶（如設(shè)備集成商）可能會根據(jù)其特定的系統(tǒng)需求，制定更嚴(yán)格或更有針對性的檢測規(guī)范。

總結(jié)： 遠(yuǎn)近程開關(guān)衰減量的檢測是一項(xiàng)精度要求高、流程規(guī)范化的測試工作。必須依靠高精度的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或等效系統(tǒng)，嚴(yán)格按照校準(zhǔn)流程和檢測方法執(zhí)行，并依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（