射频仪器三大件的产品趋势探讨
刘虎
科创仪表局,四川成都
虎哥 2021-11-30原创 仪器仪表

射频仪器三大件,通常是指频谱仪、网络分析仪和信号源。

国内过去虽有厂商生产,但要么用于要求不高的行业,要么作为预防封锁的战略性措施,只解决“有无”问题,谈不上好与不好的问题。

最近十来年,国产仪器行业有了巨大的发展,就三大件来说,已经达到了较高的水平。

不过大多数产品仍然没有摆脱国外原型。例如某厂的信号源,它其实就是N518x的翻版,构架几乎完全相同,只在电路的细节上做了一些修改。许多仪器的软件也能明显看出国外厂商的影子,甚至让人怀疑直接拷贝了别人的代码。最近几年软件方面的创作才逐渐多了起来。

这也难怪,国内的仪器人才,很大比例是外国厂商培养的,要么是原来在海外工作的人报效祖国,要么是在他们位于国内的研发中心搞开发。一方面难免受到“原型”的影响,另一方面照着“原型”做,也是避免跳坑,多快好省建设社会主义的明智之举。从直接的市场感知和自己的想法出发去设计产品甚至创造需求的人是少数派,并且在产品思路方面不如老牌国外厂商老练,研发失败的风险很高,市场效果也比较勉强。

我曾经说过,任何有利可图的行业,只要中国人折腾明白了,就会全球通吃。这不,三大件的初心其实很简单,不难折腾明白,于是就有了打价格战的苗头,听说6.5G的双端口台式网分只卖两万多块钱了。仪器仪表行业已经高速成长了二十年,总有一天会把能“对标”的国外“原型”都对标完。为了避免陷入红海,或者说卷得越来越厉害,就应该认真思考仪器该怎么做

这里先发表我的一些观察,抛砖引玉,希望大家积极发言。

(一)三大件仍然是三大件,但成为收编相关专项测试仪器的平台

(1)频谱仪是用于观察和分析信号的平台,它会更多的收编与信号分析有关的专项测试功能。例如,与接收机和EMI测试有关的功能(预选器,可选中频滤波器,准峰值检波器),与信号源分析有关的功能(相噪、抖动),与调制和基带分析有关的功能(目前已经流行),时域/混合域信号分析,协议分析等。不过将过多的功能集成到一个仪器里面也有弊端,比如会使专项功能变成专用功能,很难再用于别的场合,需考虑投资效益。一个例子是超宽带信号分析,利用额外的示波器或扩大分析带宽都可以实现,但以前者较为经济合理。

(2)网络分析仪是用于表征射频器件特性的平台,它会更多的收编与器件特性有关的专项测试功能,例如噪声分析、阻抗分析、互调分析、谐波分析、高功率测量,并支持差分测量和更宽的阻抗范围。如果某个分析(例如互调、谐波和噪声)靠网分传统的接收机无法实现,就会集成频谱仪模块,可能会用到射电天文的一些方法来省去噪声源。基于种种坚实的理由,在中高端平台上常见到具有频谱功能的网分,几乎见不到具有网分功能的频谱。

(3)信号源是用于产生信号的平台,它会面向更多的应用场景,例如支持更多的相干通道,进行初步的信道模拟等。除了射频信号源之外,任意波形发生器也有向高频发展的趋势。由于宽带需求增加,基带发生器可能与信号源分设。

这些仪器的硬件日渐通用,数字化部分越来越靠近前端,软件定义仪器(SDI)成为惯常做法。这个趋势对于国产仪器来说,在硬件方面是不利的,因为国产数字处理器件显著落后于射频器件,特别是像频谱仪和矢量信号源这类需要高速数字处理的设备;在软件方面可能是有利的。

(二)三大件合成一两件,扩大普及范围

频谱和网分集成在一起越来越流行了,信号源落单的原因可能是结构复杂,会导致产品售价偏高,市场难以接受。网分是有信号源的,只是无需调制。在网分的信号源上增加一些调制功能可以扩大仪器的应用范围,实现合为一件。为频谱仪的中频ADC增加示波器前端,也可以构成简单的示波器。

合并的思路主要用在现场测试仪器上,例如手持设备和普及型台式设备(便携设备)。提高现场效率,降低劳动强度,是这类仪器最初的追求方向。这种设备类似于通信综测仪,但过去的综测仪通用性不强,主要针对特定的若干种通信系统。而这种“下一代综测”虽然也集成频谱仪/接收机、网分、信号源、功率计、示波器等,但由于技术进步,合成一件之后,可以达到过去中档仪器的性能,部分功能的工作频段可扩展至10GHz以上,通用性远远强于古代综测,因此也被众多中小企业和创客作为研发、生产测试的主要装备。

(三)省到极致,践行真香定律

在仪器的配置方面,长期以来性能是严重过剩的,绝大多数功能和指标可能终其(仪器)一生都不会被用到。过去主要是大企业采购仪器,让市场养成了过度配置的习惯。而现在由于独立开发者、创业者和爱好者的增加,刚刚够用的仪器也有了较大的市场,产品被逐步培育出来。特别是外国的社区开源方案与中国制造相结合之后,价格就低到了让人惊诧的程度。几百元的频谱仪和网分、信号源比比皆是。尽管操作体验不佳,没有各种认证和保障,但是却由于原理和芯片的保证而具有基本的精度。大多数人使用仪器只是为了解决工作中遇到的问题,不是仪器爱好者,也没有靠高档仪器彰显面子的需求。只要价格足够便宜,勉强能解决问题就够了。

举个简单的例子,测试LoRa设备的接收灵敏度,应该用什么仪器?正规做法是矢量信号源。然而和即使国产普及型也要几万元起步的矢量信号源比起来,用一个调制精度良好的LoRa发射模块加上衰减器和屏蔽,只需要几百元,同样能解决问题而且性能优秀(专用芯片保证)。而后者就可以做成一台信号源,并且它真的具有仪器应当具备的一切特征。即使绝对值不准也没有关系,只要知道合格的时候要开多大衰减就行了,在同等条件下收不到就是不合格,对于保障生产已经绰绰有余。你可以说它不是通用信号源,那么SDR加衰减器总算通用吧。

尽管专业人员有时看不起真香产品,但它们数量巨大,仅国内市场就动辄年销万台,真实的推动着产业的进步,让许多原本靠玄学的工作有了客观手段,也成为中国制造竞争力的来源之一。这让人想起了博士和小工的故事,当然也就同这个故事一样,一定会充满争议。

仪器行业不像互联网行业那样很容易被巨头搞得寸草不生,上述三个现实和趋势都养活了为数众多的企业。

上面只讲了单台仪器的情况,实际上系统化也是仪器企业的重要护城河。大型测试系统往往由很多仪器、自动控制装置和软件组成,例如包括芯片封测在内的自动化生产线。由于对自动化生产的需求增长较快,适合二次开发和集成的虚拟仪器和模块化仪器也有较大发展。


[修改于 2 个月前 - 2021-11-30 03:42:45]

来自:仪器与装备 / 仪器仪表
5
4
wzh19940105
1个月23天前
1楼

所以KC的仪器仪表有没有二合一甚至多合一的射频仪表规划呀

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BG7TBL
1个月19天前
2楼

个人观点,个性化,低成本化,不刻意追求指标,满足使用需求即可。



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bh4ilp
1个月11天前
3楼

在未来相当长一段时间内研发实验室 和测试实验室 依然会需要传统台式仪表,因为对于随时变化的测试需求 面板手工操作是刚需。而产线和QC等相对任务固化的应用场景会更加倾向于使用类似pxie axie的模块化可重构硬件和定制化软件功能测试的设备,毕竟产线failpass 测试本来也不需要面板,而可重构的优点是升级方便,且维修维护和使用成本都会大幅下降,比如pxie架构的综测仪有共用的参考频率模块 独立的上下变频模块 独立的adc dac中频模块 共享的控制计算机模块 如果遇到协议升级只要升级软件就好,如果未来频率升级只需升级上下变频模块 如果带宽升级则只需要升级中频膜模块 ,硬件升级成本大幅下降,而且由于模块化架构现场维修维护成本也将大幅下降。


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bh4ilp
1个月11天前
4楼

对于带面板的仪表发展趋势现在的中高端倾向于多合一然后卖高价卖选件,比如pna-x就把几乎所有射频测试功能都塞进去了,但是价格也上天了,中端的5081啥的也是在讲一机多能。而低端国产基本都是在打价格战,貌似国产已经把6g网分拉入3万rmb以为的白菜价了。

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虎哥作者
1个月8天前
5楼
引用bh4ilp发表于3楼的内容
在未来相当长一段时间内研发实验室 和测试实验室 依然会需要传统台式仪表,因为对于随时变化的测试需求 ...

以目前的技术发展速度,加上产线仪器的超高老化速度,要说为了用一辈子省成本,是不现实的。不过工厂仪器和现场仪器的确是在网络化,虚拟化,模块化。一个典型的例子是芯片封测,一条产线针对不同芯片,确实有快速重构的需求。

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刘 虎

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