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5G测试技术:实现高精度和最隹化效能
 

【作者: Tim Gagnon】2023年12月26日 星期二

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新兴的5G功能超越人们先前想像,正在改变消费者和工业的通讯能力。大多数设计工程师意识到,广泛的5G部署和整合,需要专门的元件来实现所需的网路速度、强度和可靠性。几十年来一直在设计天线和微型连接器的供应商Molex莫仕也针对5G应用来调整设计、测试和制造方法,以实现元件的最隹化。


如今5G元件需要支援超过30 GHz的毫米波(mmWave)频率,远远超过传统网路的6 GHz以下频率要求。此项改变需要灵敏度极隹的微型连接器和天线,因此大多数的5G元件需要通过先进的模拟设计初期开发阶段,即使尺寸出现十分之一毫米的差异,也会使效能产生巨大变动。此外,为了应对更高水准的大气损耗和潜在的辐射排,审慎的测试是必要的。


Molex莫仕设计和制造流程已经发展到涵盖先进的模拟程序和测试功能,协助公司的元件产品应对5G应用。要开发尖端的5G元件,必需结合强大的测试系统、简化的设计流程、长期积累的专业知识和企业内部的协作。


投资测试基础设施

叁与制造5G元件的企业需要先进的测试设施来测量波束成形、辐射发射、高增益天线、低损耗和高频连接器等方面的效能。测试室的种类繁多,但毫米波测试系统需要超高精度的定位器,以评测5G应用中存在的各种频率以及辐射输出的细微变化。在理想情况下,测试室应该是全频谱的,以避免需要多个测试室。


由於需要具有低损耗和高精度的测试元件,毫米波测试系统比低频测试系统昂贵得多。旧式的测试室太大,其电缆系统加剧了毫米波测试的路径损耗和能量损耗。最新的向量网路分析仪是进行毫米波的较高频测量的必然要求。


图一 : 5G元件设计过程通常是迭代进行的,需要根据测试结果进行多次重新配置。
图一 : 5G元件设计过程通常是迭代进行的,需要根据测试结果进行多次重新配置。

企业内部缺乏毫米波测试能力的制造商通常依赖外部测试机构,然而,5G元件设计过程通常是迭代进行的,需要根据测试结果进行多次重新配置。使用公司内部测试系统可以实现更加顺畅且高效的设计流程。


需要全新设计流程

图二 : 天线产品的第一次迭代都必须采用模拟设计,并直接根据这些模型制作原型。
图二 : 天线产品的第一次迭代都必须采用模拟设计,并直接根据这些模型制作原型。

在天线设计采用毫米波技术之前,制造商可以在工作台上开发天线与设备的模型,或者使用早期的原型产品,将天线以人工内置到设备中。但是对於频率要求更高的设计,天线体积是如此的小,而且尺寸非常重要,所以天线产品的第一次迭代都必须采用模拟设计,并直接根据这些模型制作原型。此外,在考虑如何设计和整合到设备中时,从单极或偶极天线过渡到阵列天线(可实现更高的增益水准)也具有挑战性。


制造商需增进知识以适应5G元件的全新设计和测试流程。如今,设计人员会在模拟器中建立元件模型,并在软体中执行逻辑运算和运作测试。一旦完成这些工作,就会制造样品并通过测试系统来验证模拟器的效能。如果公司拥有内部测试系统,设计人员可以在模拟器中快速修改设计并再次尝试,不必等待外部测试机构的结果。


测试专业技术必不可少

重新配置设计流程和获得内部测试系统仅仅是开端,要简化并最大限度提高5G测试能力需要时间和现有的专业知识,而这正是Molex莫仕等技术早期采用厂商多年来一直关注的问题。毫米波元件的测试过程非常敏感,设置测试需要非常谨慎小心,所有连接器都必须调整到适当的水准,并需要精密的工具来确认一切设置正确无误。像Molex莫仕这样拥有更丰富经验的测试运作厂商已经确定了实现精确度的特定方法,例如使用雷射定位进行测试。


设计和测试相容5G的微型连接器为制造商带来了一系列挑战。我们需要更加复杂的5G连接器解决方案,与5G和旧有LTE网路技术的搭配时必须满足更多的测试规范。连接器必须能够在各种条件下运作,这就有可能产生辐射,因此必须在系统中进行设计和测试。


拥有专家团队的制造商通常可让这些团队合作,一起加强连接器和天线的设计和测试方式,使其在5G条件下共同发挥作用。许多5G叁与者(例如行动终端OEM和整合商)会要求策略合作厂商有能力设计达到协调运作的天线和互连装置。


结语

Molex莫仕不断调整天线和微型连接器设计、测试和制造方法,以针对5G应用改良这些元件。Molex莫仕早期便开始投资毫米波测试技术,当其他公司仍然依赖外部测试机构时,Molex莫仕已简化5G测试流程,并从公司内部新设计的迭代运作获得许多优势;并借助微型连接器和天线团队之间的合作来进一步增强5G功能。经由专业技术团队密切合作,以确保客户的解决方案在5G环境中完善运作。


(本文作者Tim Gagnon为Molex莫仕汽车和商用车业务开发经理)


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