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S參數(shù)定義、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識和S參數(shù)測量.doc

  • 資源ID:6634873       資源大?。?span id="b61uy6a" class="font-tahoma">1.24MB        全文頁數(shù):48頁
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S參數(shù)定義、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識和S參數(shù)測量.doc

S參數(shù)定義、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識及S參數(shù)測量 1 基本知識1.1 射頻網(wǎng)絡(luò) 這里所指的網(wǎng)絡(luò)是指一個(gè)盒子,不管大小如何,中間裝的什么,我們并不一定知道,它只要是對外接有一個(gè)同軸連接器,我們就稱其為單端口網(wǎng)絡(luò),它上面若裝有兩個(gè)同軸連接器則稱為兩端口網(wǎng)絡(luò)。注意:這兒的網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不是一回事,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是比較復(fù)雜的多端(口)網(wǎng)絡(luò),這兒主要是指各種各樣簡單的射頻器件(射頻網(wǎng)絡(luò)),而不是互連成網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。 1單端口網(wǎng)絡(luò) 習(xí)慣上又叫負(fù)載ZL。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)口,總是接在最后又稱終端負(fù)載。最常見的有負(fù)載、短路器等,復(fù)雜一點(diǎn)的有滑動負(fù)載、滑動短路器等。 單端口網(wǎng)絡(luò)的電參數(shù) 通常用阻抗或?qū)Ъ{表示,在射頻范疇用反射系數(shù)(回?fù)p、駐波比、S11)更方便些。 2兩端口網(wǎng)絡(luò) 最常見、最簡單的兩端口網(wǎng)絡(luò)就是一根兩端裝有連接器的射頻電纜。 匹配特性 兩端口網(wǎng)絡(luò)一端接精密負(fù)載(標(biāo)阻)后,在另一端測得的反射系數(shù),可用來表征匹配特性。 傳輸系數(shù)與插損 對于一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)除匹配特性(反射系數(shù))外, 還有一個(gè)傳輸特性,即經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)與不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的電壓之比叫作傳輸系數(shù)T。插損(IL) = 20LogTdB ,一般為負(fù)值,但有時(shí)也不記負(fù)號,即相移。V2 兩端口的四個(gè)散射參量測量 兩端口網(wǎng)絡(luò)的電參數(shù),一般用上述的插損與回?fù)p已足,但對考究的場合會用到散射參量。兩端口網(wǎng)絡(luò)的散射參量有4個(gè),即S11、S21、S12、S22。S參數(shù)的基本定義:S11: 端口2匹配時(shí),端口1的反射系數(shù)及輸入駐波,描述器件輸入端的匹配情況,S11=a2/a1;也可用輸入回波損耗RL=-2Olg()(能量方面的反應(yīng))表示。S22:端口1匹配時(shí),端口2輸出駐波,描述器件輸出端的匹配情況,S22=b2/b1。S21:增益或插損,描述信號經(jīng)過器件后被放大的倍數(shù)或者衰減量。S21=b1/a1. 對于無源網(wǎng)絡(luò)即傳輸系數(shù)T或插損,對放大器即增益。S12:反向隔離度,描述器件輸出端的信號對輸入端的影響,S12=a2/b2。特點(diǎn):1、 對于互易網(wǎng)絡(luò)有S12S212、 對于對稱網(wǎng)絡(luò)有S11S223、 對于無耗網(wǎng)絡(luò),有S11*S11+S21*S211,即網(wǎng)絡(luò)不消耗任何能量,從端口1輸入的能量不是被反射回端口1就是傳輸?shù)蕉丝?上4、 在高速電路設(shè)計(jì)中用到的微帶線或帶狀線,都有參考平面,為不對稱結(jié)構(gòu)(但平行雙導(dǎo)線就是對稱結(jié)構(gòu)),所以S11不等于S22,但滿足互易條件,總是有S12S21。假設(shè)Port1為信號輸入端口,Port2為信號輸出端口,則我們關(guān)心的S參數(shù)有兩個(gè):S11和S21,S11表示回波損耗,也就是有多少能量被反射回源端(Port1)了,這個(gè)值越小越好,一般建議S11<0.1,即20dB,S21表示插入損耗,也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩耍≒ort2)了,這個(gè)值越大越好,理想值是1,即0dB,越大傳輸?shù)男试礁?,一般建議S21>0.7,即3dB。如果網(wǎng)絡(luò)是無耗的,那么只要Port1上的反射很小,就可以滿足S21>0.7的要求,但通常的傳輸線是有耗的,尤其在GHz以上,損耗很顯著,即使在Port1上沒有反射,經(jīng)過長距離的傳輸線后,S21的值就會變得很小,表示能量在傳輸過程中還沒到達(dá)目的地,就已經(jīng)消耗在路上了。中高檔矢網(wǎng)可以交替或同時(shí)顯示經(jīng)過全端口校正的四個(gè)參數(shù),普及型矢網(wǎng)不具備這種能力,只有插頭重新連接才能測得4個(gè)參數(shù),而且沒有作全端口校正。反射系數(shù)、回波損耗、電壓駐波比回波損耗(Return Loss): 入射功率/反射功率, RL=-S11=-20lg(),為dB數(shù)值反射系數(shù)(): 反射電壓/入射電壓, 為標(biāo)量=反射波振幅/入射波振幅=(傳輸線特性阻抗-負(fù)載阻抗)/(傳輸線特性阻抗+負(fù)載阻抗),即=|(ZL-Zo)/(ZL+Zo)的絕對值 電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹電壓/波節(jié)電壓,VSWR=電壓最大值/電壓最小值=Umax/Umin= (1+反射系數(shù)模值)/(1-反射系數(shù)模值)=(1+)/(1-)行波系數(shù):K=電壓最小值/電壓最大值=Umin/Umax=(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)反射系數(shù)、回波損耗、駐波比對照表(RL單位是dB,實(shí)際值是負(fù)值)實(shí)際要求的參數(shù)基本網(wǎng)絡(luò)基數(shù): 1.2 傳輸線 傳輸射頻信號的線纜泛稱傳輸線。常用的有兩種:雙線與同軸線,頻率更高則會用到微帶線與波導(dǎo),雖然結(jié)構(gòu)不同,用途各異,但其基本特性都可由傳輸線公式所表征。 特性阻抗Z0 它是一種由結(jié)構(gòu)尺寸決定的電參數(shù),對于同軸線:式中r為相對介電系數(shù),D為同軸線外導(dǎo)體內(nèi)徑,d為內(nèi)導(dǎo)體外徑。 反射系數(shù)、返回?fù)p失、駐波比 這三個(gè)參數(shù)采用了不同術(shù)語來描述匹配特性,人們希望傳輸線上只有入射電壓, 沒有反射電壓, 這時(shí)線上各處電壓一樣高,只是相位不同,而實(shí)際上反射總是存在的, 這就需要定義一個(gè)參數(shù)。式中ZL為負(fù)載阻抗, Z0為同軸線的特性阻抗。由于反射系數(shù)永遠(yuǎn)1, 而且在甚高頻以上頻段手邊容易得到的校準(zhǔn)裝置為衰減器,所以有人用返回?fù)p失(回?fù)p)R.L.來描述反射系數(shù)的幅度特性,并且將負(fù)號扔掉?;?fù)p R.L. = 20LogdB (1.4) 有反射時(shí), 線上電壓即有起伏, 駐波比(S.W.R)是使用開槽測量線最易得到的一個(gè)參數(shù),比較直觀。 當(dāng)|<< 1時(shí),= 1 + 2 (1.6)本儀器三種讀數(shù)皆有, 可任意選用。阻抗圓圖 如A,B兩個(gè)規(guī)格的天線,若只在標(biāo)網(wǎng)上選擇,肯定選B而不要A,而在矢網(wǎng)上看,A比B有潛力得多,加個(gè)電容就比B好了。這種情況是大量存在的,在全波振子對測試中就是這種情況。因此,在調(diào)試中首先要將天線阻抗調(diào)集中(在圓圖上成團(tuán))。舉例來看,反射網(wǎng)與振子高度調(diào)節(jié)就有這種情況,折合振子單邊加粗也有這種情況,然后再采取措施(如并電容,串電感,調(diào)短路片位置,改平衡器內(nèi)導(dǎo)體等)使其匹配。而且經(jīng)常不是使中頻處于圓圖中心,而是使整個(gè)頻帶處于中心某一小圓內(nèi),即犧牲一下中頻性能,來換取總帶寬。阻抗圓圖上適于作串聯(lián)運(yùn)算,若要作并聯(lián)運(yùn)算時(shí),就要轉(zhuǎn)成導(dǎo)納;在圓圖上這非常容易,某一點(diǎn)的反對稱點(diǎn)即其導(dǎo)納。請記住當(dāng)時(shí)的狀態(tài),作阻抗運(yùn)算時(shí)圖上即阻抗,當(dāng)要找某點(diǎn)的導(dǎo)納值時(shí),可由該點(diǎn)的矢徑轉(zhuǎn)180即得;此時(shí)圓圖所示值即全部成導(dǎo)納。狀態(tài)不能記錯(cuò),否則出錯(cuò)。記住,只在一個(gè)圓圖上轉(zhuǎn)阻抗與導(dǎo)納,千萬不要再引入一個(gè)導(dǎo)納圓圖,那除了把你弄昏外,別無任何好處。另外還請記住一點(diǎn),不管它是負(fù)載端還是源端,只要我們向里面看,它就是負(fù)載端。永遠(yuǎn)按離開負(fù)載方向?yàn)檎D(zhuǎn)圓圖,不要用源端作參考,否則又要把人弄昏。圓圖作為輸入阻抗特性的表征,用作簡單的單節(jié)匹配計(jì)算是非常有用的,非常直觀,把復(fù)雜的運(yùn)算用簡單的形象表現(xiàn)出來,概念清楚。但對于多節(jié)級連的場合,還是編程由計(jì)算機(jī)優(yōu)化來得方便。傳輸線的傳輸參數(shù)同上面兩端口網(wǎng)絡(luò),不再重復(fù)。1.3 有關(guān)儀器的幾個(gè)術(shù)語 網(wǎng)絡(luò)分析儀能測單或兩端口網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)的儀器, 稱網(wǎng)絡(luò)分析儀。只能測網(wǎng)絡(luò)各種參數(shù)的幅值特性者稱為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀,簡稱標(biāo)網(wǎng)。既能測幅值又能測相位者稱為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,簡稱矢網(wǎng),矢網(wǎng)能用史密斯圓圖顯示測試數(shù)據(jù)。連接電纜一根兩端裝有連接器的射頻電纜叫連接電纜(也有稱跳線的),反射特小的連接電纜稱測試電纜。反射電橋 為了測得反射系數(shù),需要一種帶有方向性(或定向性)并保持相位信息的器件,如定向耦合器或反射電橋,本儀器采用的是反射電橋,它的輸出正比于反射系數(shù)。其原理與惠司頓電橋完全相同,只不過結(jié)構(gòu)尺寸改小適于高頻連接,并且不再想法調(diào)平衡,而是直接取出誤差電壓而已。反射電橋一般只能測同軸線等單端饋線系統(tǒng)。差分電橋 能測雙線饋線系統(tǒng)的反射電橋稱差分電橋。諧雜波抑制能力 一般國產(chǎn)掃頻源的諧雜波在20dB左右,甚至雜散波只有15dB,進(jìn)口掃頻源好的也就在30dB多一些,外差式接收機(jī)對諧雜波的抑制能力皆在40dB以上,不會出現(xiàn)什么問題。而對于寬帶檢波低放的掃頻儀與標(biāo)網(wǎng),不外接濾波器對寄生諧雜波是沒有抑制能力的,有時(shí)就會出現(xiàn)下面幾種問題:濾波器帶外抑制會被測小,天線駐波會被測大,窄帶天線增益會測低。 動態(tài)范圍儀器設(shè)置到測插損,將一根好的短電纜的一頭接到輸出口,另一頭接到與屏幕顯示相對應(yīng)的輸入口上,按執(zhí)行鍵進(jìn)行校直通后,拔掉電纜后儀器顯示的數(shù)值即動態(tài)范圍,應(yīng)70dB。對插損的廣義理解 隔離度不該通而通了的插損稱隔離度或防衛(wèi)度。 方向圖天線對一固定信號在不同方向的插損稱方向圖。2 傳輸線的測量2.1 同軸線纜的測量一測電纜回?fù)p 1待測電纜末端接上陰負(fù)載(或陽負(fù)載加雙陰),測其入端回?fù)p,應(yīng)滿足規(guī)定要求。假如是全頻段測試的話,那一般是低端約在3040分貝左右,隨著頻率增高到3GHz,一般只能在20dB左右。假如全頻段能在30dB以上此電纜可作測試電纜,一般情況下尤其是3GHz附近是很難作到30dB的,能作到26dB就不錯(cuò)了。 2回?fù)p測試曲線呈現(xiàn)周期性起伏,而平均值單調(diào)上升,起伏周期滿足F=150/L,式中L為電纜的電長度(米),F(xiàn)單位為MHz,則此電纜屬常規(guī)正?,F(xiàn)象,主要反射來自兩端連接器處的反射;若低端就不好,甚至低頻差高頻好,或起伏數(shù)少,則電纜本身質(zhì)量不好。 3回?fù)p測試曲線中某一頻點(diǎn)回?fù)p明顯低于左右頻點(diǎn)呈一諧振峰狀,此時(shí)出現(xiàn)了電纜諧振現(xiàn)象。只要不在使用頻率內(nèi)可以不去管它,這是電纜制造中周期性的偏差引起的周期性反射在某一頻點(diǎn)下疊加的結(jié)果,我們只能先避開它。這種現(xiàn)象在1998年我們買的SYV-50-3電纜中多次碰到,回?fù)p只有1014dB,粗的電纜倒不常見此情況,用戶只有自己保護(hù)自己,選擇質(zhì)量好的才買。 4在測回?fù)p中出現(xiàn)超差現(xiàn)象時(shí),可按下面提到時(shí)域故障定位檢查加以確診,以便采取相應(yīng)措施。二測電纜插損(也稱測衰減) 1替代法在使用要求頻段下,用插損檔通過兩個(gè)10dB衰減器用雙陽校直通,校后用電纜代替雙陽接入兩衰減器之間即得插損曲線,此法為最常用的方法。 2回?fù)p法測插損在儀器經(jīng)過開短路校正后,接上待測電纜,測末端開路時(shí)的回?fù)p,回?fù)p除2即得插損,此法的優(yōu)點(diǎn)在于不會出現(xiàn)插損為正的矛盾,特別適合于已架設(shè)好的長的粗饋管首尾相距較遠(yuǎn)的場合。 3非正常情況 檢測電纜時(shí)最好用全頻段測試,插損由小到大應(yīng)是一單調(diào)平滑曲線,并且插損在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以內(nèi),小有起伏也不要緊,那是反射疊加引起的。但若有某一頻點(diǎn)附近顯著高于左右頻點(diǎn)(插損增大)呈一下陷曲線狀,說明此電纜有問題。多數(shù)是連接器外皮壓接不良所造成,返工后重測。少數(shù)是電纜本身形成的,那么此電纜只能隔離待查,停止使用。連接器外皮顯著接觸不良,可用下面提到的電纜屏蔽性能檢查方法加以確診。三同時(shí)測插損與回?fù)p 可按說明書4.7節(jié)進(jìn)行雙參量測量。雙參量測量精度不如單參量高,若無必要,以采用單參量為宜。四同軸電纜電長度的測量 1引言在射頻范圍內(nèi),經(jīng)常采用同軸電纜對各個(gè)功能塊、器件或振子單元進(jìn)行連接(即饋電),除了要求插損小、匹配好之外,常常還對引入的相移提出要求。一般只要求相對相移,譬如同相天線陣或功率組合單位等。它們要求每根電纜一樣長,而收發(fā)開關(guān)或阻抗變換場合則會提出長度為/4的要求,而U形環(huán)平衡器又會提出長度為/2的要求,這就出現(xiàn)了如何測電纜電長度的問題。 在不加支持片的同軸線段中,同軸線段的機(jī)械長度(或幾何長度)與電長度是一致的,在有支持片或充填介質(zhì)的情況下兩者是不同的,機(jī)械長度與電長度之比為波速比(也有稱縮波系數(shù),或縮短系數(shù)),一般在0.66到1之間,電長度顯得長些,而實(shí)際機(jī)械長度顯得短些。實(shí)際上要求的是電長度,矢網(wǎng)正好能測電長度。 2測反射相位定電纜電長度當(dāng)電纜末端開路時(shí),在其輸入端測其反射的相位是容易的,由于反射很強(qiáng)測試精度也較高。當(dāng)然末端短路也是可行的,但不如開路時(shí)修剪長度來得方便,因此常在末端開路的情況下進(jìn)行測試。 、/4電纜的獲得 儀器設(shè)定在要求的使用頻率下點(diǎn)頻工作,在測回?fù)p狀態(tài)下校開路與短路。 接上待測電纜(末端開路),若電纜正好為/4時(shí),相位讀數(shù)應(yīng)在1800附近。 若<1800則說明電纜偏長,反之則偏短。 此法也適于測/4奇數(shù)倍的電纜,致于是3/4還是/4,點(diǎn)頻下是分不清的。 、/2電纜的獲得 同前(即在點(diǎn)頻測回?fù)p狀態(tài)下校開路與短路)。 接上待測電纜(末端開路),若正好為/2則測試相位值應(yīng)在00附近,若在00以上(第一象限),則電纜偏短,若在3600以下(第四象限),則偏長。此法也適于/2整倍數(shù)的電纜,至于是還是/2,在點(diǎn)頻下是分不清的。 、與參考電纜比相對長度 同前(即在點(diǎn)頻測回?fù)p狀態(tài)下,校開路與短路)。 接上參考電纜(也稱標(biāo)準(zhǔn)電纜),記下相位讀數(shù)0。 接上待測電纜,若讀數(shù)=0則說明兩電纜等長,不等則相差為-0,注意儀器相位為領(lǐng)先值,讀數(shù)越大越領(lǐng)先,大于0則偏短,反之則偏長。 、幾點(diǎn)說明、兩種,由于是在/4與/2特殊情況下進(jìn)行的,與電纜特性阻抗無關(guān),而第種測試精度與特性阻抗有關(guān),只有相同特性阻抗的電纜比較才有意義,否則出錯(cuò)。在測試中有時(shí)會搞不清是長了還是短了,可以在末端或始端加一小段電纜(如保護(hù)接頭)試試,若更離開理論值說明電纜長了,若更靠近理論值則說明電纜短了。還有一種方法,是用三個(gè)頻率,即f0f,掃頻測試,若高頻點(diǎn)接近理論值則電纜短了,若低頻點(diǎn)接近理論值則電纜長了。 由于反射法電波在電纜上走了兩次(一個(gè)來回),所以讀數(shù)與誤差皆要除以2。 3測傳輸相移定電纜長度在行波狀態(tài)下,電纜引入的相移即其電長度,這種作法一般更符合實(shí)際使用情況,但由于要求兩端皆接上高頻連接器,因此一般只適于驗(yàn)收,而不適于調(diào)整。下面介紹一下比較兩根電纜的相對相移。 在測插損狀態(tài)下,經(jīng)過連接電纜與兩個(gè)10dB衰減器對接后校直通。 在兩個(gè)衰減器之間串入?yún)⒖迹?biāo)準(zhǔn))電纜,記下相位測試值0。換接待測電纜,若測試值亦為0則兩者等長,若測試值為,-0為正則短了,反之則長了。搞不清時(shí),請參見上面幾點(diǎn)說明中的第二點(diǎn)。 4時(shí)域故障定位法測電纜電長度同軸電纜末端開路(或短路)測出的故障位置即電纜電長度,,此法可測電纜絕對電長度。 按測回?fù)p法連接,并選時(shí)域狀態(tài)。 估計(jì)電纜電長度,將距離檔選到合適距離,以避免模糊距離。 按菜單鍵取出機(jī)內(nèi)掃頻方案后,進(jìn)行開路與短路校正。 接上待測電纜,進(jìn)行測試,畫面出現(xiàn)一峰點(diǎn)。 將光標(biāo)移到峰點(diǎn)附近后按菜單鍵, 光標(biāo)在放大下閃動, 再按執(zhí)行鍵畫面將展開四倍后重畫一次,并在方格下面顯出dmax=等數(shù)值, 此值即電纜電長度。五同軸電纜的時(shí)域故障定位檢查 1同軸電纜的三段反射 同軸電纜可說是射頻設(shè)備中少不了的一種連接件,短者幾厘米,長者幾百米,它并不是一種很起眼的東西,但對系統(tǒng)性能確是至關(guān)緊要的一環(huán)。對同軸線可以提出多方面的要求,現(xiàn)在我們只看看對它的駐波比要求。通常要求同軸電纜的駐波比1.1,即使在V頻段這個(gè)要求也不低,在更高頻段那就更難了。對于電視臺發(fā)射天饋系統(tǒng),其系統(tǒng)的駐波比就要求為1.1,那分配給饋線的指標(biāo)就更不好提了。一根同軸線(電纜或饋管)從其輸入端測出的駐波比是由三段反射的矢量疊加造成的。一段是遠(yuǎn)端反射,它包括了負(fù)載的反射以及電纜輸出連接器處的反射。如果負(fù)載是無反射的標(biāo)阻,則遠(yuǎn)端反射即指輸出連接器處的反射,另一段是輸入連接器(包括轉(zhuǎn)接器)處的反射叫近端反射。還有中間這一段由電纜本身制造公差引起的分布反射,使用者對這段反射是無能為力的,只是把問題搞清楚而已,以便于采取相應(yīng)的措施。如何分清這三段反射呢? 2時(shí)域分布反射的獲得為分清一根電纜的三段反射,通常用時(shí)域反射計(jì),它是一種能發(fā)射很窄脈沖(ns級)后看其反射波形的儀器,雖然它很有權(quán)威性,但確有三點(diǎn)不足:第一點(diǎn)是有死區(qū)(或盲區(qū))。對近端反射無能為力,因?yàn)樵诎l(fā)射脈沖寬度內(nèi)的反射一般是被發(fā)射脈沖淹沒了。第二點(diǎn)是它對波導(dǎo)系統(tǒng)無能為力。第三點(diǎn)由于發(fā)的是窄脈沖,所占頻段極寬,待測件的測試頻段不能控制。如本來電纜只用于400兆赫附近,而它測的卻是幾十赫到千兆赫內(nèi)全頻段的性能,這并不適合于一般使用者的要求,它只是一種電纜生產(chǎn)廠的一種專用的貴重設(shè)備。看來這種儀器早晚是要被淘汰的,它的性能不如測頻域反算時(shí)域的方法來得靈活,而且還多花錢(作為驗(yàn)收,頻域儀器是必備的,假如它有時(shí)域功能就不用再買時(shí)域反射計(jì)了)。現(xiàn)在可用網(wǎng)絡(luò)分析儀上的時(shí)域故障定位功能軟件來完成時(shí)域反射的測試。它的作法是在頻域中測出多個(gè)有關(guān)頻率的反射系數(shù),然后經(jīng)過運(yùn)算來得到時(shí)域畫面??v坐標(biāo)為反射系數(shù)幅度值,橫坐標(biāo)為距離或時(shí)間。不單分清了三段反射而且看出了同軸電纜上的分布反射,從而可以檢查電纜制造的工藝水平或質(zhì)量水平。普及型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA上帶有時(shí)域功能,它能根據(jù)電纜使用頻段來設(shè)定掃頻起止頻率,以便得到符合實(shí)際需要的時(shí)域檢查。PNA的時(shí)域最高分辨力為6cm,隨著探測長度加長而降低。下面的例子都是用PNA測的,曲線都是機(jī)內(nèi)所附的微打印機(jī)打的。對一般使用者以及專業(yè)電纜生產(chǎn)廠都有參考意義。從以上測試結(jié)果可以得到如下初步結(jié)論。 相同品種的同軸電纜,粗的分布反射比細(xì)的分布反射小。 分清三段反射能幫你找出故障(或指標(biāo)差)的原因,明確改進(jìn)方向。 根據(jù)目前掌握的實(shí)際情況,插頭的反射不宜大于0.03,電纜的分布反射不宜大于0.01,電視用時(shí)要求還要高一些。 故障定位功能是很有用的,按使用頻段設(shè)定掃頻頻段也是有效的,寬帶反射小而起伏多,窄帶的反射大而起伏少不容易漏掉故障。六特性阻抗的檢測1問題的提出 這里舉個(gè)例子,某廠加工了一批SFF-50-1.5的帶SMA插頭的電纜,做了五根樣品長約120mm,都是合格的。后來做了幾十根長約240mm的卻全部臨界,在430MHz附近為1.15。用時(shí)域看反射在兩端插頭處約0.07,為此加測了Z0,發(fā)現(xiàn)為47。后來換了Z0為49.8的電纜,只有1.04。原來做短的合格是因?yàn)閯偤梅瓷湎嘞?,而長的長度不合適造成反射疊加,在窄帶雖可用湊長度解決問題,但最好還是采用好的電纜為宜。 當(dāng)時(shí)域檢測發(fā)現(xiàn)兩端連接器處反射較大時(shí)(譬如>0.04),除了裝配質(zhì)量外,還有插頭本身設(shè)計(jì)問題,一般市售連接器是不適于用到3GHz的。假如連接器是仔細(xì)設(shè)計(jì),考慮了支持片的影響的,那么還有一個(gè)因素那就是電纜的特性阻抗可能不對,此時(shí)就應(yīng)測測電纜特性阻抗。 2作法 樣本與掃頻方案 對于已裝好連接器的跳線,長度已定,只能由長度定掃頻方案而對于電纜原材料,則可以按要求頻率確定下料長度。此時(shí)待測電纜一頭裝連接器即可。 樣本長度與掃頻方案是相互有關(guān)的,可以點(diǎn)頻測也可以掃頻測,取值要取相位靠近2700時(shí)的電抗值,此時(shí)電長度為/ 8、電抗值在j50附近,如4060之間,否則不易得到可信數(shù)據(jù)。測試頻率宜低些,以減少連接器,以及末端開短路的差異造成的誤差。以SFF-50的電纜為例,取樣本長500mm,其電長度即為700mm(乘1.4波速比),掃頻方案可選4656 MHz,F(xiàn)=2MHz即可。 儀器在測回?fù)p狀態(tài)下,電橋輸入端與輸出端各串一只10dB衰減器。校過開短路后,接上待測電纜。記下待測電纜在末端開路與短路時(shí)的輸入電抗值(不管電阻值),兩者相乘后開方即得特性阻抗值。 一般測試只選一點(diǎn)最靠近2700的點(diǎn)(即50)進(jìn)行計(jì)算即可,要求高時(shí),可在5010范圍內(nèi)選5點(diǎn)進(jìn)行平均,這5點(diǎn)之間起伏不應(yīng)大于0.5,否則電纜質(zhì)量不好。 電纜兩端測出的特性阻抗有可能是不相同的,說明該電纜一頭特性阻抗高,一頭低。要求高時(shí),應(yīng)對樣本進(jìn)行掉頭測試,兩端測出的特性阻抗不應(yīng)相差0.5.注意: 1:雖然所有/ 8奇數(shù)倍的頻點(diǎn)皆能進(jìn)行測試,但只測了前面/ 8,后面/4及其倍數(shù)都是不參與的;它只提供了0點(diǎn)與點(diǎn),這兩點(diǎn)只與長度有關(guān),而與Z0無關(guān)。 2:測75電纜時(shí),請用75電橋,測試數(shù)據(jù)請乘1.5倍。 3:有人采用測數(shù)百米長電纜的輸入阻抗來代替測Z0,這并非標(biāo)準(zhǔn)方法,實(shí)際上是對電纜提出了超標(biāo)準(zhǔn)的要求。除非電纜非常好,否則不易通過。七電纜屏蔽度檢測 也稱漏泄檢測,也有稱防衛(wèi)度檢測,作法同陣面幅相檢測。 采用全頻段掃頻方案,測插損,用一根好的短電纜校直通; 在輸出端接上待測電纜,其末端接上陰負(fù)載或雙陰加陽負(fù)載; 將一個(gè)拾取環(huán)(見幅相檢測),通過一段電纜接到輸入端,當(dāng)環(huán)遠(yuǎn)離待測電纜時(shí)讀數(shù)應(yīng)70dB; 將環(huán)靠在電纜上滑動,若讀數(shù)仍在70dB以上則電纜性能優(yōu)秀,若讀數(shù)在60dB左右屬良好,若讀數(shù)在40-50dB就不太好,但勉強(qiáng)能用,若讀數(shù)在20-30dB則肯定有了故障,一般出現(xiàn)在連接器處,必須重裝,壓緊后再測,連接器處不宜低于50dB; 連接器接地不良時(shí),其時(shí)域波形表現(xiàn)為拖尾巴波形,而不是一個(gè)單純的脈沖波形;以上講的是帶插頭的電纜(常稱跳線)的檢測方法,只是一種查毛病的方法,并不作為驗(yàn)收的依據(jù)。2.2 PNA用于測量75系統(tǒng)的補(bǔ)充說明 PNA本身是50系統(tǒng)測量儀器,在有75配套件的情況下,可在30-1000MHz頻段內(nèi)對75系統(tǒng)進(jìn)行測量。 1測回?fù)p 主要是改用75電橋,該電橋輸入輸出端口仍為50,故仍然可用原配電纜接上,而電橋測試端口為75,即能按原說明書所述方法對75系統(tǒng)的反射特性進(jìn)行測試。 測阻抗或相位或者所測駐波較大時(shí),請用75短路器加校短路。 對電橋定向性有懷疑時(shí),可用75負(fù)載驗(yàn)證,也可采用校零措施。改用75電橋測試75系統(tǒng)時(shí)所有駐波、回?fù)p、相移值都是對的,但阻抗值請注意還要乘1.5才對。 2測插損 在儀器輸出輸入端各接一根50電纜,在電纜另一端各接一只50K/75轉(zhuǎn)換,并用75雙陰將它們對接起來校直通,然后取出雙陰串入待測件即可測出其插損與相移。示意圖如下: 3測增益 接法與測插損相似,但應(yīng)加30dB衰減器后校直通,衰減器可以是50的,也可以是75的,各自串入其相應(yīng)位置,其作法與原說明書相同。 4時(shí)域故障定位 除改用75電橋外其他與說明書全同,校短路請注意要用細(xì)芯子的75短路器。 注意:由于75與50兩者內(nèi)導(dǎo)體差別較大,使用時(shí)應(yīng)小心不要插錯(cuò),粗的插入細(xì)的會損壞器件,細(xì)的插入粗的則接觸不良甚至不通。 5. 75配套件清單2.3 多對雙絞線電纜的測試 在電腦網(wǎng)絡(luò)連線中,用到了多對雙絞線電纜,而且提出了技術(shù)要求,如何用常規(guī)單端(一線一地制,如同軸線)儀器進(jìn)行測試呢?一技術(shù)要求: 有關(guān)單位對于5類線(四對雙絞線)的技術(shù)要求見下表(每對繞成雙絞線的線又有多股與單股之分。相當(dāng)線號為24AWG26AWG)。 注:在執(zhí)行5類線標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收時(shí),有的用戶要求按輸入阻抗為10015來驗(yàn)收,其理由為既然有特性阻抗為10015的要求,而現(xiàn)在線很長(300m),因此只測其輸入阻抗來代替前兩項(xiàng)要求。對于理想的均勻線,這個(gè)要求還勉強(qiáng)說得過去,問題是線既不理想也不均勻,這個(gè)要求就超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍,否則就沒有必要定第二欄的要求。對于100MHz,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定回?fù)p為16dB,假如按輸入阻抗要求則為23dB,超過標(biāo)準(zhǔn)7dB;因此把特性阻抗驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)改成按輸入阻抗驗(yàn)收,是不符合標(biāo)準(zhǔn)的作法。另外有的儀器有|Z|坐標(biāo),這是一種電路參數(shù)而不是傳輸線參數(shù),用|Z|10015來要求傳輸線的輸入阻抗,是會鬧笑話的。比如Zin=j100,是完全符合|Z|10015要求的,而對于傳輸線而言卻是全反射,根本不能用。二測試方法 這兒只討論用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來測試雙絞線,不涉及市售電腦線專用測試設(shè)備。 1直接用單端儀器測試 這是一種原則性的錯(cuò)誤,因?yàn)槠胶馐艿狡茐?,產(chǎn)生了共模電流,將導(dǎo)致衰減加大、竄擾嚴(yán)重。但有的地方仍然是這樣作的,不妨試一試。 2采用PNA100差分套件。 3將單端儀器測試口通過復(fù)用開關(guān)擴(kuò)為八個(gè),采用混合模式散射參量進(jìn)行計(jì)算與校準(zhǔn),這是ATN公司的方法。下面將只采用1、2兩種方法進(jìn)行測試,是用PNA3628進(jìn)行的,其頻率范圍為:1KHz120MHz。測試樣本是一段22.5米的商品電纜。 三測試結(jié)果 1特性阻抗Z0測試 雖然Z0一般不是頻率的函數(shù),但仍測了三個(gè)頻點(diǎn),測時(shí)線長最好用測試頻率的/8,測其末端開、短路時(shí)的輸入電抗,相乘開方后即得。 測試頻率 MHz 1 10 62.5 單端電橋測 97114 103.6107.7 100106 差分電橋測 108113 103108 103108 每個(gè)頻率下有四個(gè)數(shù)據(jù)(四對線),兩法測試結(jié)果差別不大,看來都可以用。四PNA100差分套件1差分轉(zhuǎn)換頭 2差分電橋 它是一個(gè)由三個(gè)100無感電阻,與接在測試口上的待測電阻,組成的一個(gè)平衡電橋(惠士頓電橋)。由信號源來的單端信號,通過平衡器變成差分信號后,接到電橋的對角線兩端。另一個(gè)對角線兩端,再通過另一平衡器將誤差信號變成單端信號后,送到儀器的接收輸入端。即可直接得測得100雙線系統(tǒng)的回?fù)p或駐波比,也可測試輸入阻抗;但數(shù)值要乘2,因?yàn)閮x器為50系統(tǒng)。五結(jié)束語直接用常規(guī)單端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測特性阻抗是可行的,測回?fù)p的誤差則大了些,但似乎尚能勉強(qiáng)使用,測衰減則顯著偏大,測竄擾則嚴(yán)重失實(shí)。采用PNA100差分套件后,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀既可勝任各種雙絞線的測試,也可進(jìn)行時(shí)域故障定位測試。2.4 微帶線的測試一微帶線Z0的測試 待測微帶線的樣本為一長度6cm的一塊微帶線,按前述測Z0方法,測此線在末端開路與短路時(shí)的輸入電抗值(不管電阻值),兩者相乘后開方即得特性阻抗Z0值。二微帶接頭的測試 在一塊50微帶線的樣本為一長度6cm的微帶線兩端裝上連接器,對此線進(jìn)行時(shí)域故障檢查,調(diào)節(jié)兩端連接器與微帶線的過渡尺寸,使得兩端的時(shí)域反射0.03(越小越好),樣本適當(dāng)長些以便分清兩端分別對待。時(shí)域測試與頻域測試互相對照, 有利于對被測線作出更合理的裁決, 到頻域后可按菜單鍵再選時(shí)域返回。三雙面復(fù)銅板介電常數(shù)的測試 1低頻測電容法 、公式推導(dǎo):由物理書可知C=A0 / t,0=8.855210-12法/米=8.855210-12F/m 若A=1010mm2,t=1,則C=0.8855P,即1平方公分的兩個(gè)板間距為1mm時(shí)的電容約0.9P,而1mm見方的面積兩板間距為1mm即1mm電容=0.008855P,有介質(zhì)后C=rC r=112.9Ct/A (2.1) 、作法:用一只能分辨1P電容的三用表進(jìn)行測試,如一塊6273mm2的復(fù)銅板,測得C為114P,而t扣除銅箔厚度后為0.96,則r=112.91140.96/(6273)=2.672.5 PNA用于測波導(dǎo)系統(tǒng)PNA常用于測同軸線系統(tǒng),測波導(dǎo)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)針對手頭器件情況進(jìn)行相應(yīng)的變動。一測波導(dǎo)器件的插損與相移按菜單鍵,設(shè)定掃頻方案并按執(zhí)行鍵選定之。 將兩只同軸變波導(dǎo)(cg)經(jīng)兩只波導(dǎo)隔離器對接起來, 入(左)端接到儀器輸出端,出(右)端接到儀器輸入A(或B)端,校直通。 插損量程有四檔, 可按鍵來選擇, 最小一檔為0-2.5dB, 最大可測80dB。測移相器相移與插損時(shí), 可按菜單鍵,選相損檔,畫面將隨鍵反復(fù)出現(xiàn)四種坐標(biāo):1相位量程為180(每格72),插損量程為+1-4dB。2插損仍為+1-4dB,相位在光標(biāo)點(diǎn)的附近平移展開(每格5)。 3相位按180(每格72),插損量程改為+5-20dB。 4插損仍按+5-20dB,相位在光標(biāo)點(diǎn)的附近平移展開(每格5)。一用同軸反射電橋測波導(dǎo)器件(或系統(tǒng))的反射特性1常規(guī)掃頻測試 (如圖2.16)將反射電橋(RB)接到同軸變波導(dǎo)上, 并用一塊短路板將波導(dǎo)口短路(封上)后,按執(zhí)行鍵進(jìn)行校:開路項(xiàng)目。假如同軸變波導(dǎo)的失配很小時(shí), 可直接連上待測件進(jìn)行測試。由于波導(dǎo)口開路并非全反射, 因此波導(dǎo)系統(tǒng)測試中一般只好用校短路來代替校開路, 這樣作對測駐波比(回?fù)p)無妨, 閃點(diǎn)參數(shù)所顯駐波比(回?fù)p)數(shù)字有效。用短路代開路后相位差了180, 因此再用阻抗圓圖來看時(shí), 就成了導(dǎo)納圓圖。此時(shí)用圓圖只宜用來看相位與看曲線集中情況及趨勢等, 而閃點(diǎn)參數(shù)所顯相位數(shù)值需改正負(fù)號(即差180), R與X是不太好用的(一定要用的話,可將R+jX用50除后取倒數(shù),即得歸一后的相對導(dǎo)納g +jb)。 用矢量便于對器件進(jìn)行匹配。 2點(diǎn)頻計(jì)量測試法 A/4法 在上面提到的測試方法中,由于同軸變波導(dǎo)的失配不知道,必然帶來誤差,這種誤差在點(diǎn)頻上可用/4法分離。對于波導(dǎo)系統(tǒng)則用g/4 。 以點(diǎn)頻2450MHz為例,對于BJ-26,g=173.36, 準(zhǔn)備一段長度為g/4=43.340.1的短波導(dǎo)即可。做法如下:測件的反射)。以紙中心為原點(diǎn),由同一原點(diǎn)、按同一比例在紙上畫出0與1的矢量圖,連接0與1的端點(diǎn)a與b,找ab連線的中點(diǎn)m,則om =cg ,ma =dut 。 通過這種測試,準(zhǔn)確度大大提高,搞清了問題所在,可用低檔設(shè)備作出高檔產(chǎn)品。其實(shí)這種測試的另一目的在于,找出一個(gè)好的負(fù)載與一個(gè)好的同軸變波導(dǎo)以便進(jìn)行掃頻測試。 B單線法(單波導(dǎo)法) 此法實(shí)際上是/4法的一種變通或推廣,假如手頭有的短波導(dǎo)不是g/4,或者想校更多的頻點(diǎn)的話,不妨試試此法。按測回?fù)p進(jìn)行連接,在同軸反射電橋上作開路與短路校正。這是因?yàn)槎滩▽?dǎo)不是g/4而且還要掃頻測試,只能在同軸反射電橋上作開路與短路校正。反射電橋接到同軸變波導(dǎo),并在波導(dǎo)口接上待測件(同圖2.17),記下0測試值(或打印出反射數(shù)據(jù))。在同軸變波導(dǎo)口與待測件之間,接入一短波導(dǎo)(電長度約90,或30到150之間,不宜靠近180),記下1測試值(或打印出反射數(shù)據(jù))。見圖2.19。ba2o同上,畫出0與1的矢量圖,連接0與1的端點(diǎn)a與b,找ab連線的中點(diǎn),過中點(diǎn)作ab中垂線,在中垂線上找出一點(diǎn)m,使得amb = 2(可由實(shí)際波導(dǎo)長度算出,2<180時(shí),m點(diǎn)在矢量三角形內(nèi),2>180時(shí),m點(diǎn)在矢量三角形外)。則om = cg ,ma = dut ,誤差已得到分離。此法雖然能掃頻測試,但修正還得一點(diǎn)一點(diǎn)的進(jìn)行。參見圖2.21。一般使用時(shí),帶寬并不寬,即使按g/4法進(jìn)行掃頻測試,精度也是夠好的。 C雙線法(雙波導(dǎo)法) 假如有兩段長度約g/6的短波導(dǎo),即可采用此法。同B中第一點(diǎn),按測回?fù)p進(jìn)行連接,在同軸反射電橋上作開路與短路校正。這是因?yàn)槎滩▽?dǎo)不是g/4而且還要掃頻測試,只能在同軸反射電橋上作開路與短路校正。反射電橋接到同軸變波導(dǎo),并在波導(dǎo)口接上待測件,記下0測試值(或打印出反射數(shù)據(jù))。接法見圖2.17。在同軸變波導(dǎo)口與待測件之間,接入一短波導(dǎo)(電長度約60,或30到90之間),記下1測試值(或打印出反射數(shù)據(jù))。接法見圖2.19。coabmdutcg在同軸變波導(dǎo)口與待測件之間,再接入一短波導(dǎo)(電長度約60,或30到90之間), D調(diào)配反射計(jì)法(滑動負(fù)載法) 滑動負(fù)載在波導(dǎo)中是很容易實(shí)現(xiàn)的,有了它,雖可以測三次定一圓(見上雙線法)解出cg,但通常多采用調(diào)配反射計(jì)法。這是一種典型的點(diǎn)頻計(jì)量方法。 按測回?fù)p進(jìn)行連接,在同軸反射電橋上作開路與短路校正,再將反射電橋接到同軸變波導(dǎo)上。在同軸變波導(dǎo)口接上一只四螺釘匹配器,后面再接上一只滑動負(fù)載。反復(fù)調(diào)節(jié)四螺釘匹配器,使得拉動滑動負(fù)載時(shí)反射系數(shù)的幅值不變(即回?fù)p不變或駐波比不變,并不要求為零),此時(shí)即可認(rèn)為反射計(jì)已完成調(diào)配(誤差0)。 用調(diào)配后的反射計(jì)測試出的值,即可認(rèn)為是真值。 3提高掃頻測試準(zhǔn)確度的校零法 介紹計(jì)量方法的目的,除可以進(jìn)行精密測試外,還有一個(gè)目的就是要通過測試找到一只好的波導(dǎo)負(fù)載(駐波比1.02)作標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載,與一只好的同軸變波導(dǎo)(駐波比1.1)。 假如有了一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載, 而且接到上述同軸變波導(dǎo)后所測駐波比1.13(回?fù)p-24dB),則可以按菜單鍵選校零項(xiàng)并執(zhí)行之,從而使得測試設(shè)備的精度與校零用的負(fù)載相當(dāng)(即測試系統(tǒng)的剩余駐波比1.02)。但若沒有好的負(fù)載, 或者接上負(fù)載后駐波1.13, 則不能校零, 否則反而出錯(cuò)。 最好用g/4短路波導(dǎo)作開路標(biāo)準(zhǔn),掃頻進(jìn)行開路校正。雖然掃頻作開路校正只有一點(diǎn)嚴(yán)格有效,但常規(guī)窄帶應(yīng)用是可行的。三采用波導(dǎo)定向耦合器測試 1常規(guī)掃頻測試 將儀器輸出端經(jīng)同軸變波導(dǎo)接到定向耦合器的主路輸入端,付路反射輸出接到儀器輸入(A或B), 在主路輸出口用短路板封上后校開路。 2點(diǎn)頻計(jì)量測試法 采用波導(dǎo)定向耦合器測試后,也能采用點(diǎn)頻計(jì)量測試法,作法同上(見二、中2、各項(xiàng))。 3提高掃頻測試準(zhǔn)確度的校零法采用波導(dǎo)定向耦合器測試后,也能采用提高掃頻測試準(zhǔn)確度的校零法,作法同上(見二、中3、)。最好用g/4短路波導(dǎo)作開路標(biāo)準(zhǔn),掃頻進(jìn)行開路校正;雖然掃頻作開路校正只有一點(diǎn)嚴(yán)格有效,但常規(guī)窄帶應(yīng)用是可行的。四采用魔T 1常規(guī)掃頻測試 將儀器輸出通過同軸變波導(dǎo)接到魔T的和支路, 將差支路通過同軸變波導(dǎo)接到儀器輸入(A或B),將標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)負(fù)載接到魔T的一路, 另一路用短路板封上后校開路。 拆下短路板接上待測件即可進(jìn)行駐波比測試。 2點(diǎn)頻計(jì)量測試法 采用魔T測試后,也能采用點(diǎn)頻計(jì)量測試法,作法同上(見二、中2、各項(xiàng))。 3提高掃頻測試準(zhǔn)確度的校零法采用魔T測試后,也能采用提高掃頻測試準(zhǔn)確度的校零法,作法同上(見二、中3、)。最好用g/4短路波導(dǎo)作開路標(biāo)準(zhǔn),掃頻進(jìn)行開路校正;雖然掃頻作開路校正只有一點(diǎn)嚴(yán)格有效,但常規(guī)窄帶應(yīng)用是可行的。3 常用器件的測試3.1 電感(分立元件)一標(biāo)稱值的測試 標(biāo)稱值一般用LCR儀器進(jìn)行測試,也可用PNA進(jìn)行測試。 1用PNA3628,按測回?fù)p連接; 2掃頻方案設(shè)為0.1590MHz點(diǎn)頻; 3在電橋測試口上校開路與短路; 4在測試口插上待測件即可測出其R與X值,R用于優(yōu)值Q的計(jì)算,由X即可算出電感L值。 X = jL = j2fL = jL(H),因此 |X|= |L|H,如X測試值為-j10即為10H。 5按0.1590MHz設(shè)置,適于測1999H; 按1.590MHz設(shè)置,適于測0.199H,即0.1|X|= |L|H,讀數(shù)除以10; 按0.0160MHz設(shè)置,適于測109999H,即10|X|= |L|H,讀數(shù)乘以10; 6也可用列表掃頻方案,同時(shí)使用兩或三個(gè)頻率進(jìn)行測試。二射頻下的電感測試 這是一個(gè)值得思考的例子,有位用戶在其150MHz,BP機(jī)主臺發(fā)射機(jī)中一直采用一種線圈(在1/4W電阻上,用漆包線繞40圈),其目的估計(jì)是用作扼流圈。誰知,在PNA上一測卻為容性。是儀器出了問題嗎?為此,對其進(jìn)行了超頻帶范圍的測試,結(jié)果整理如下:線圈A的阻抗軌跡為一個(gè)大圓,局部有3個(gè)小圓。線圈B(空心者)呈現(xiàn)4個(gè)偏心圓。 下面給 一組參考數(shù)據(jù),用0.35漆包線在5桿上 平繞若干圈脫下來即成為一個(gè)線圈,對于這種線圈其第一諧振點(diǎn)f01大致可用下表查出范圍。諧振時(shí)呈電阻性即=0,用相位來定諧振點(diǎn)明確一些,比用好。第一個(gè)諧振點(diǎn)為并聯(lián)諧振形式,低于第一個(gè)諧振點(diǎn)的頻率呈電感性,高于第一個(gè)諧振點(diǎn)的頻率呈容性。這里并不試圖解決線圈估值與設(shè)計(jì)問題,而是通過實(shí)例說明:不能簡單地將高頻結(jié)構(gòu)用到甚高頻,更不談用到超高頻。這兒主要想說明器件或零件用在什么頻率,就應(yīng)該在什么頻率下進(jìn)行測試。對射頻工作者來說,手頭沒有矢網(wǎng)進(jìn)行測試,不僅僅是不方便,有時(shí)還會作出錯(cuò)誤的選擇。3.2 電容(分立元件)一標(biāo)稱值的測試 1按測回?fù)p連接; 2掃頻方案設(shè)為63.662MHz點(diǎn)頻(非3628型儀器只好設(shè)為63.65MHz); 3在電橋測試口接上短路器后校開路,取下短路器后校短路。阻抗圓圖變成導(dǎo)納圓圖; 4插入待測件即可測出其導(dǎo)納值(G+jB),從而算出電容C值。注意:屏幕上仍顯R+jX。但要知道其實(shí)是G+jB。經(jīng)過計(jì)算(從略),|X|=|C|p,如測試值X為10,則C為10p。同樣R值也可用于優(yōu)值Q的計(jì)算; 5按63.662MHz設(shè)置時(shí),適于測試1999p; 按 6.366MHz設(shè)置時(shí),適于測試109999p,即讀數(shù)乘以10; 按 0.636MHz設(shè)置時(shí),適于測試10099999p,即讀數(shù)乘以100; 6也可用列表掃頻方案,同時(shí)使用兩或三個(gè)頻率進(jìn)行測試。二電容的高頻特性在電路中經(jīng)常用到瓷片電容作旁路電容,測試中發(fā)現(xiàn)帶引線的瓷片電容呈電容性也是有條件的。由于引線電感的參與,變成了一個(gè)串聯(lián)諧振回路,隨著頻率的升高依次出現(xiàn)第一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)與第一個(gè)并聯(lián)諧振,也就是說一個(gè)電容的高頻測試特性也是在圓圖上周期性的繞圈。集中電容,比如最普通的瓷片電容,由于引線電感的原因,會出現(xiàn)串聯(lián)諧振現(xiàn)象(=1800),超過諧振點(diǎn)后呈電感性。普通瓷片電容的諧振頻率大致如下:高頻時(shí)電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)變大,普通的貼片電容不宜用于微波頻段。需要時(shí),可以作一夾具進(jìn)行測試,其思路是:利用待測件與一段同軸線組成/2腔,并聯(lián)在傳輸線上形成一個(gè)陷波器,由陷波深度即可算出ESR。如圖3.6。3.3 陶瓷諧振腔的測試方法 陶瓷諧振腔由于耐高溫,而且相對介質(zhì)常數(shù)高(常在80以上),故體積小,而且溫度穩(wěn)定性也好(約3ppm/C0),常用于功率較高(瓦級)的小型移動通信設(shè)備(如手機(jī)、無繩電話等)。對于這種器件,一般要求測其諧振頻率與Q值,對此作者摸索了一下,大致有以下幾個(gè)方法:臨界耦合法、反射系數(shù)法、陷波器法、弱耦合測頻響法,下面分段簡單介紹一下。一臨界耦合法 在一份美國Trans tech 的應(yīng)用筆記上有一短文報(bào)導(dǎo)了這種作法。 其思路為在一矢網(wǎng)上作一測試夾具,測試夾具本身為一插座,其內(nèi)導(dǎo)體伸出一叉形簧片,插座在經(jīng)過開路與短路校正后將陶瓷腔放在夾具上,陶瓷腔的引線(通常為一薄銅片)與插座的叉形形成一個(gè)耦合電容,前后移動腔體(改變耦合電容)使得腔形成臨界耦合,則此時(shí)虛部為0,實(shí)數(shù)為50的點(diǎn)的頻率,即諧振頻率。而R=X的兩點(diǎn)間頻帶寬度去除諧振頻率即得Q。 這種測試方法在矢網(wǎng)上用圓圖來看,是很清楚的。但在標(biāo)網(wǎng)上也能測出,只要先調(diào)臨界耦合使得某一頻率上回?fù)p小于-40dB的話,則回?fù)p最低點(diǎn)的頻率即諧振頻率f0。再找出兩個(gè)7dB點(diǎn)的頻率f1和f2,則Q = f0/(f2-f1),當(dāng)臨界耦合時(shí),R=X點(diǎn)的反射為 j/(2j),其反射絕對值為0.447,回?fù)p值為-7dB。 此法比較直觀,但操作有困難,作者嘗試后認(rèn)為并不實(shí)用,因?yàn)閵A具難做,臨界耦合不是那么簡單就調(diào)好了的,速度太慢。二直接測反射系數(shù)法 思路 在矢網(wǎng)經(jīng)過開短路校正后,在電橋測試端口開路時(shí),光點(diǎn)在=1(=0)處,接上陶瓷腔后,在顯示屏上將出現(xiàn)如圖(圖3.1)的情況,則=0的一點(diǎn)的頻率,即諧振頻率f0,記下此點(diǎn)的反射系數(shù)模值或回?fù)p即可算出Q。 陶瓷諧振腔一般有兩種作法,一是作成/4短路線,一是作成/2開路線。1/4短路線 Q =/2=1.57/(1-|) (3.4) 有的書上 Q =/(1-2),當(dāng)|1時(shí),兩者是一致的。 (推導(dǎo)從略)2/2開路腔 可如法炮制得 Q=3.14/(1-|),似乎Q大了一倍,其實(shí)由于腔長了一倍,將增大一倍,又使減小,所以/2腔雖比/4腔的相位靈敏度高一倍,但Q值卻差不多。 3. 參考表 上兩式中是對Zor(諧振腔的Zo)而言,而儀器測試時(shí)是對儀器的Zo而言,則應(yīng)由儀器測出之算出0與Z0,然后除上Zor得到腔內(nèi)之r 再算到r,以r代入Q值公式即得,當(dāng)儀器特性阻抗Z0=50,陶瓷腔Zor=7,可參考下表取值,使用時(shí)可用對數(shù)坐標(biāo)紙畫出連線以便插值。 4實(shí)測效果 諧振頻率的分辨率,決定于矢網(wǎng)的相位分辨率,對于相位分辨率為0.10的情況下如/4腔,反射相位為1800即能分辨1800分之一,對于900MHz,即0.5MHz。 由于|1,因此對儀器穩(wěn)定性要求很高,而為減少接觸引入的損耗,因此要求接觸良好,故夾具不好作。 雖然此法比較嚴(yán)格,但由于實(shí)際上的問題可能并不太實(shí)用。三陷波器法 2估算 Zx=0時(shí),V0max=V/2,假定Z0=50, Zx0時(shí),V0=50V/(Zx+100),則T=V/V0max=100/( Zx+100), 因此可由測出的諧振點(diǎn)衰減值得到T,從而解出Zx, Zx=(100/T)-100 (3.5)而陶瓷腔的Zxmax=Z0r,陶瓷腔特性阻抗Z0r一般在7左右,則可算出腔內(nèi)r為Zx/ Z0r,由r可得有耗腔的等效|代入公式可得Q,最低點(diǎn)的頻率即諧振頻率。 示例,如某/4腔在諧振點(diǎn)測得的插損為30dB,即T=0.0316,則Zxmax=100/T-100=3064,除7得=437.8,=0.99544,Q=1.57/(1-|)=344,若/2腔也能測出30dB則Q=688。下面列幾個(gè)數(shù)據(jù)以見一般。 3討論 用陷波器法測試也非常實(shí)際,操作簡單,動態(tài)要求不高,但對儀器諧雜波制能力要求很高,用一般掃頻儀或標(biāo)網(wǎng)是不行的,因?yàn)檫@些儀器無諧雜波制能力,測出的插損(IL)偏低,測不出腔的真實(shí)Q值。夾具要推敲一下,否則影響結(jié)果與速度,對儀器輸入輸出匹配也有要求,重復(fù)性不好,Q值數(shù)據(jù)起伏太大,不推薦采用。三 弱耦合下測頻響法1 思路 將腔體接入一段傳輸網(wǎng)絡(luò)中,盡量降低耦合,以得到接近無載情況下的數(shù)據(jù)。2夾具的考慮 如圖3.8中,Z1與Z2如用小電容來實(shí)現(xiàn),在推導(dǎo)中會出現(xiàn)2項(xiàng)不好辦,用電阻可能無此問題。實(shí)際用電阻作時(shí),插損作不高(由于兩端分布電容的耦合),只好作成方形封閉的T形接頭,方形是為了便于定位,并且還要引入一個(gè)臺階以便腔體放入時(shí)不會掉下來。3實(shí)測效果 在未放入腔體時(shí),兩針間系一截止波導(dǎo),插損約60dB,放入陶瓷腔體后,陶瓷腔體的連接片改變了兩針之間的耦合,使插損約40dB左右,對于1900MHz的/2開路腔,測出3dB帶寬約3.4MHz,即Q約560,與國外產(chǎn)品用HP8720實(shí)測數(shù)值相符。4實(shí)用價(jià)值 雖然這種作法的諧振頻率與夾具有關(guān),是不太嚴(yán)格的,但由于測試簡單被測件只要放入即可,不要求接觸良好(因?yàn)樵瓉聿鍝p就很大,接觸不良不發(fā)生影響),因此是很實(shí)用的一種方法。五討論 1幾種方法的比較 臨界耦合法 由于不易調(diào)到臨界耦合,很難說有什么使用價(jià)值,而且機(jī)理尚未搞清; 直接測反射系數(shù)法 必須要矢網(wǎng),頻率分辨力受相位分辨力限制,對裝夾要求很嚴(yán); 陷波器法 對動態(tài)要求不高,但對諧波抑制要求較高,因此普通掃頻儀用不起來,適于測諧振頻率,而Q值不太準(zhǔn)。 弱耦合法測諧振曲線 此法雖不嚴(yán)格,但對夾具要求低,測Q準(zhǔn)確。諧振頻率與夾具有關(guān),但重復(fù)性很好,適于工程中采用。 2/2腔比/4腔Q高些嗎? 在前面公式中/2腔的系數(shù)比/4腔高一倍,是否Q會高一倍呢?其實(shí)不然,由于/2腔長了一倍,考慮損耗后Q值并不高。 舉個(gè)具體例子,在3GHz時(shí)7/8“同軸線每米損耗約0.1dB,若用作諧振腔,/4為25mm, /2為50mm。 /4腔損耗為0.125/1000=0.025dB, 則回?fù)p為0.05dB, |=0.999442, Q=2728。 /2腔損耗為0.05dB,回?fù)p為0.1dB,|= 0.99885, Q = 2730??梢妰烧逹是一樣的。但/2腔的相位靈敏度要比/4腔快一倍,假如你能用上這個(gè)特性的話或許有些好處,想提高Q是辦不到的。3.4 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載與反射電橋一標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載 經(jīng)常會用到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載作為零反射,用來校正電橋的定向性,但標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載是否合乎標(biāo)準(zhǔn)呢? 1與另一經(jīng)過計(jì)量的負(fù)載相比較,作法是用已知好的負(fù)載校零反射后,再進(jìn)行測量即可,此法最簡單,而且是寬帶的。二反射電橋 電橋與負(fù)載之間有點(diǎn)象雞生蛋,還是蛋生雞的問題,沒有好橋作不出好負(fù)載,反過來沒有好負(fù)載也作不出好橋,兩者是互相促進(jìn)的,檢測電橋與檢測負(fù)載差不多。 1在電橋校過開短路后,接上好的負(fù)載,測出剩余信號即代表電橋的定向性,生產(chǎn)時(shí)就是這樣作的,也只有此法最方便。 2拉動滑動負(fù)載,駐波應(yīng)不變,在阻抗圓圖上看應(yīng)為一個(gè)圓;而此圓的圓心與儀器的圓圖的圓心的偏離值,即剩余反射或定向性誤差,而圓的半徑即代表負(fù)載的反射,當(dāng)然在此例中此值并不起作用。 3仍然采用/4法,橋

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