S參數(shù)定義、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識(shí)和S參數(shù)測(cè)量.doc

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S參數(shù)定義、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識(shí)及S參數(shù)測(cè)量 1 基本知識(shí) 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(duì)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(jiǎn)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(jiàn)的有負(fù)載、短路器等，復(fù)雜一點(diǎn)的有滑動(dòng)負(fù)載、滑動(dòng)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)Γ（回?fù)p、駐波比、S11）更方便些。 2．兩端口網(wǎng)絡(luò) 最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)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(cè)得的反射系數(shù)，可用來(lái)表征匹配特性。 傳輸系數(shù)與插損 對(duì)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(guò)網(wǎng)絡(luò)與不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的電壓之比叫作傳輸系數(shù)T。 插損（IL） = 20Log│T│dB ，一般為負(fù)值，但有時(shí)也不記負(fù)號(hào)，Φ即相移。 V2 兩端口的四個(gè)散射參量測(cè)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(duì)考究的場(chǎng)合會(huì)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)Г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(ρ)（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(hào)經(jīng)過(guò)器件后被放大的倍數(shù)或者衰減量。S21=b1/a1. 對(duì)于無(wú)源網(wǎng)絡(luò)即傳輸系數(shù)T或插損，對(duì)放大器即增益。 S12：反向隔離度，描述器件輸出端的信號(hào)對(duì)輸入端的影響，S12=a2/b2。 特點(diǎn)： 1、 對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)有S12＝S21 2、 對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)有S11＝S22 3、 對(duì)于無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)，有S11*S11+S21*S21＝1，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(duì)稱結(jié)構(gòu)（但平行雙導(dǎo)線就是對(duì)稱結(jié)構(gòu)），所以S11不等于S22，但滿足互易條件，總是有S12＝S21。 假設(shè)Port1為信號(hào)輸入端口，Port2為信號(hào)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(wú)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(méi)有反射，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的傳輸線后，S21的值就會(huì)變得很小，表示能量在傳輸過(guò)程中還沒(méi)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(guò)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(cè)得4個(gè)參數(shù)，而且沒(méi)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(ρ)，為dB數(shù)值 反射系數(shù)(Г): 反射電壓/入射電壓, 為標(biāo)量Г=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Г=|（ZL-Zo）/（ZL+Zo）︱的絕對(duì)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+ρ)/(1-ρ) 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(duì)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(hào)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(huì)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(duì)于同軸線： 式中εr為相對(duì)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(yǔ)來(lái)描述匹配特性，人們希望傳輸線上只有入射電壓, 沒(méi)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(lái)描述反射系數(shù)的幅度特性，并且將負(fù)號(hào)扔掉。 回?fù)p R.L. = 20Log│ΓdB （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(kāi)槽測(cè)量線最易得到的一個(gè)參數(shù)，比較直觀。 當(dāng)|Г|<< 1時(shí)，ρ= 1 + 2│Γ│ （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(duì)測(cè)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(lái)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(lái)?yè)Q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(duì)稱點(diǎn)即其導(dǎo)納。請(qǐng)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(wàn)不要再引入一個(gè)導(dǎo)納圓圖，那除了把你弄昏外，別無(wú)任何好處。另外還請(qǐng)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(kāi)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(jiǎn)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(jiǎn)單的形象表現(xiàn)出來(lái)，概念清楚。但對(duì)于多節(jié)級(jí)連的場(chǎng)合，還是編程由計(jì)算機(jī)優(yōu)化來(lái)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(yǔ) 網(wǎng)絡(luò)分析儀　能測(cè)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(cè)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(jiǎn)稱標(biāo)網(wǎng)。既能測(cè)幅值又能測(cè)相位者稱為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，簡(jiǎn)稱矢網(wǎng)，矢網(wǎng)能用史密斯圓圖顯示測(cè)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(cè)試電纜。 　　反射電橋 為了測(cè)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(guò)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(cè)同軸線等單端饋線系統(tǒng)。 差分電橋 能測(cè)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(guó)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(duì)諧雜波的抑制能力皆在40dB以上，不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。而對(duì)于寬帶檢波低放的掃頻儀與標(biāo)網(wǎng)，不外接濾波器對(duì)寄生諧雜波是沒(méi)有抑制能力的，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)下面幾種問(wèn)題：濾波器帶外抑制會(huì)被測(cè)小，天線駐波會(huì)被測(cè)大，窄帶天線增益會(huì)測(cè)低。 動(dòng)態(tài)范圍　儀器設(shè)置到測(cè)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(duì)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(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)≥70dB。 對(duì)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(duì)一固定信號(hào)在不同方向的插損稱方向圖。 2 傳輸線的測(cè)量 2.1 同軸線纜的測(cè)量 一．測(cè)電纜回?fù)p 1．待測(cè)電纜末端接上陰負(fù)載（或陽(yáng)負(fù)載加雙陰），測(cè)其入端回?fù)p，應(yīng)滿足規(guī)定要求。假如是全頻段測(cè)試的話，那一般是低端約在30－40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(cè)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(cè)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(zhǎng)度（米），⊿F單位為MHz，則此電纜屬常規(guī)正?，F(xiàn)象，主要反射來(lái)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(cè)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(kāi)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10－14dB，粗的電纜倒不常見(jiàn)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(cè)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(cè)電纜插損（也稱測(cè)衰減） 1．替代法 在使用要求頻段下，用插損檔通過(guò)兩個(gè)10dB衰減器用雙陽(yáng)校直通，校后用電纜代替雙陽(yáng)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(cè)插損 在儀器經(jīng)過(guò)開(kāi)短路校正后，接上待測(cè)電纜，測(cè)末端開(kāi)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(huì)出現(xiàn)插損為正的矛盾，特別適合于已架設(shè)好的長(zhǎng)的粗饋管首尾相距較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。 3．非正常情況 檢測(cè)電纜時(shí)最好用全頻段測(cè)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(shuō)明此電纜有問(wèn)題。多數(shù)是連接器外皮壓接不良所造成，返工后重測(cè)。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(cè)插損與回?fù)p 可按說(shuō)明書4.7節(jié)進(jìn)行雙參量測(cè)量。 雙參量測(cè)量精度不如單參量高，若無(wú)必要，以采用單參量為宜。 四．同軸電纜電長(zhǎng)度的測(cè)量 1．引言 在射頻范圍內(nèi)，經(jīng)常采用同軸電纜對(duì)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(duì)引入的相移提出要求。一般只要求相對(duì)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(zhǎng)，而收發(fā)開(kāi)關(guān)或阻抗變換場(chǎng)合則會(huì)提出長(zhǎng)度為λ/4的要求，而U形環(huán)平衡器又會(huì)提出長(zhǎng)度為λ/2的要求，這就出現(xiàn)了如何測(cè)電纜電長(zhǎng)度的問(wèn)題。 在不加支持片的同軸線段中，同軸線段的機(jī)械長(zhǎng)度（或幾何長(zhǎng)度）與電長(zhǎng)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(zhǎng)度與電長(zhǎng)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(zhǎng)度顯得長(zhǎng)些，而實(shí)際機(jī)械長(zhǎng)度顯得短些。實(shí)際上要求的是電長(zhǎng)度，矢網(wǎng)正好能測(cè)電長(zhǎng)度。 2．測(cè)反射相位定電纜電長(zhǎng)度 當(dāng)電纜末端開(kāi)路時(shí)，在其輸入端測(cè)其反射的相位是容易的，由于反射很強(qiáng)測(cè)試精度也較高。當(dāng)然末端短路也是可行的，但不如開(kāi)路時(shí)修剪長(zhǎng)度來(lái)得方便，因此常在末端開(kāi)路的情況下進(jìn)行測(cè)試。 ⅰ、λ/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(cè)回?fù)p狀態(tài)下校開(kāi)路與短路。 接上待測(cè)電纜（末端開(kāi)路），若電纜正好為λ/4時(shí)，相位讀數(shù)應(yīng)在1800附近。 若Φ<1800則說(shuō)明電纜偏長(zhǎng)，反之則偏短。 此法也適于測(cè)λ/4奇數(shù)倍的電纜，致于是3λ/4還是λ/4，點(diǎn)頻下是分不清的。 ⅱ、λ/2電纜的獲得 同前（即在點(diǎn)頻測(cè)回?fù)p狀態(tài)下校開(kāi)路與短路）。 接上待測(cè)電纜（末端開(kāi)路），若正好為λ/2則測(cè)試相位值應(yīng)在00附近，若Φ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(zhǎng)。 此法也適于λ/2整倍數(shù)的電纜，至于是λ還是λ/2，在點(diǎn)頻下是分不清的。 ⅲ、與參考電纜比相對(duì)長(zhǎng)度 同前（即在點(diǎn)頻測(cè)回?fù)p狀態(tài)下，校開(kāi)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)Φ0。 接上待測(cè)電纜，若讀數(shù)Φ=Φ0則說(shuō)明兩電纜等長(zhǎng)，不等則相差為Φ-Φ0，注意儀器相位為領(lǐng)先值，讀數(shù)越大越領(lǐng)先，Φ大于Φ0則偏短，反之則偏長(zhǎng)。 ⅳ、幾點(diǎn)說(shuō)明 ⅰ、ⅱ兩種，由于是在λ/4與λ/2特殊情況下進(jìn)行的，與電纜特性阻抗無(wú)關(guān)，而第ⅲ種測(cè)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(cè)試中有時(shí)會(huì)搞不清是長(zhǎng)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(kāi)理論值說(shuō)明電纜長(zhǎng)了，若更靠近理論值則說(shuō)明電纜短了。還有一種方法，是用三個(gè)頻率，即f0Δf，掃頻測(cè)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(zhǎng)了。 由于反射法電波在電纜上走了兩次（一個(gè)來(lái)回），所以讀數(shù)與誤差皆要除以2。 3．測(cè)傳輸相移定電纜長(zhǎng)度 在行波狀態(tài)下，電纜引入的相移即其電長(zhǎng)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(duì)相移。 在測(cè)插損狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)連接電纜與兩個(gè)10dB衰減器對(duì)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(cè)試值Φ0。 換接待測(cè)電纜，若測(cè)試值亦為Φ0則兩者等長(zhǎng)，若測(cè)試值為Φ，Φ-Φ0為正則短了，反之則長(zhǎng)了。搞不清時(shí)，請(qǐng)參見(jiàn)上面幾點(diǎn)說(shuō)明中的第二點(diǎn)。 4．時(shí)域故障定位法測(cè)電纜電長(zhǎng)度 同軸電纜末端開(kāi)路（或短路）測(cè)出的故障位置即電纜電長(zhǎng)度,，此法可測(cè)電纜絕對(duì)電長(zhǎng)度。 按測(cè)回?fù)p法連接，并選時(shí)域狀態(tài)。 估計(jì)電纜電長(zhǎng)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(kāi)路與短路校正。 接上待測(cè)電纜，進(jìn)行測(cè)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(dòng), 再按執(zhí)行鍵畫面將展開(kāi)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(zhǎng)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(shuō)是射頻設(shè)備中少不了的一種連接件，短者幾厘米，長(zhǎng)者幾百米，它并不是一種很起眼的東西，但對(duì)系統(tǒng)性能確是至關(guān)緊要的一環(huán)。對(duì)同軸線可以提出多方面的要求，現(xiàn)在我們只看看對(duì)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(duì)于電視臺(tái)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(cè)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(wú)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(duì)這段反射是無(wú)能為力的，只是把問(wèn)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(jí)）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(duì)近端反射無(wú)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(méi)了。第二點(diǎn)是它對(duì)波導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)能為力。第三點(diǎn)由于發(fā)的是窄脈沖，所占頻段極寬，待測(cè)件的測(cè)試頻段不能控制。如本來(lái)電纜只用于400兆赫附近，而它測(cè)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?？磥?lái)這種儀器早晚是要被淘汰的，它的性能不如測(cè)頻域反算時(shí)域的方法來(lái)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(lái)完成時(shí)域反射的測(cè)試。它的作法是在頻域中測(cè)出多個(gè)有關(guān)頻率的反射系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)算來(lái)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(lái)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(cè)長(zhǎng)度加長(zhǎng)而降低。下面的例子都是用PNA測(cè)的，曲線都是機(jī)內(nèi)所附的微打印機(jī)打的。對(duì)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(cè)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(cè) 1．問(wèn)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(zhǎng)約120mm，都是合格的。后來(lái)做了幾十根長(zhǎng)約240mm的卻全部臨界，在430MHz附近ρ為1.15。用時(shí)域看反射在兩端插頭處約0.07，為此加測(cè)了Z0，發(fā)現(xiàn)為47Ω。后來(lái)?yè)Q了Z0為49.8的電纜，ρ只有1.04。原來(lái)做短的合格是因?yàn)閯偤梅瓷湎嘞?，而長(zhǎng)的長(zhǎng)度不合適造成反射疊加，在窄帶雖可用湊長(zhǎng)度解決問(wèn)題，但最好還是采用好的電纜為宜。 當(dāng)時(shí)域檢測(cè)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(wèn)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(duì)，此時(shí)就應(yīng)測(cè)測(cè)電纜特性阻抗。 2．作法 樣本與掃頻方案 對(duì)于已裝好連接器的跳線，長(zhǎng)度已定，只能由長(zhǎng)度定掃頻方案而對(duì)于電纜原材料，則可以按要求頻率確定下料長(zhǎng)度。此時(shí)待測(cè)電纜一頭裝連接器即可。 樣本長(zhǎng)度與掃頻方案是相互有關(guān)的，可以點(diǎn)頻測(cè)也可以掃頻測(cè)，取值要取相位靠近2700時(shí)的電抗值，此時(shí)電長(zhǎng)度為λ/ 8、電抗值在j50Ω附近，如40～60Ω之間，否則不易得到可信數(shù)據(jù)。測(cè)試頻率宜低些，以減少連接器，以及末端開(kāi)短路的差異造成的誤差。 以SFF-50的電纜為例，取樣本長(zhǎng)500mm，其電長(zhǎng)度即為700mm（乘1.4波速比），掃頻方案可選46～56 MHz，ΔF=2MHz即可。 儀器在測(cè)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(guò)開(kāi)短路后，接上待測(cè)電纜。記下待測(cè)電纜在末端開(kāi)路與短路時(shí)的輸入電抗值（不管電阻值），兩者相乘后開(kāi)方即得特性阻抗值。 一般測(cè)試只選一點(diǎn)最靠近2700的點(diǎn)（即50Ω）進(jìn)行計(jì)算即可，要求高時(shí)，可在5010Ω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0.5Ω，否則電纜質(zhì)量不好。 電纜兩端測(cè)出的特性阻抗有可能是不相同的，說(shuō)明該電纜一頭特性阻抗高，一頭低。要求高時(shí)，應(yīng)對(duì)樣本進(jìn)行掉頭測(cè)試，兩端測(cè)出的特性阻抗不應(yīng)相差0.5Ω. 注意: 1：雖然所有λ/ 8奇數(shù)倍的頻點(diǎn)皆能進(jìn)行測(cè)試，但只測(cè)了前面λ/ 8，后面λ/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(zhǎng)度有關(guān)，而與Z0無(wú)關(guān)。 2：測(cè)75Ω電纜時(shí)，請(qǐng)用75Ω電橋，測(cè)試數(shù)據(jù)請(qǐng)乘1.5倍。 3：有人采用測(cè)數(shù)百米長(zhǎng)電纜的輸入阻抗來(lái)代替測(cè)Z0，這并非標(biāo)準(zhǔn)方法，實(shí)際上是對(duì)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(guò)。 七．電纜屏蔽度檢測(cè) 也稱漏泄檢測(cè)，也有稱防衛(wèi)度檢測(cè)，作法同陣面幅相檢測(cè)。 采用全頻段掃頻方案，測(cè)插損，用一根好的短電纜校直通； 在輸出端接上待測(cè)電纜，其末端接上陰負(fù)載或雙陰加陽(yáng)負(fù)載； 將一個(gè)拾取環(huán)（見(jiàn)幅相檢測(cè)），通過(guò)一段電纜接到輸入端，當(dāng)環(huán)遠(yuǎn)離待測(cè)電纜時(shí)讀數(shù)應(yīng)≥70dB； 將環(huán)靠在電纜上滑動(dòng)，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(cè)，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(cè)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(cè)量75Ω系統(tǒng)的補(bǔ)充說(shuō)明 PNA本身是50Ω系統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，在有75Ω配套件的情況下，可在30-1000MHz頻段內(nèi)對(duì)75Ω系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。 1．測(cè)回?fù)p 主要是改用75Ω電橋，該電橋輸入輸出端口仍為50Ω，故仍然可用原配電纜接上，而電橋測(cè)試端口為75Ω，即能按原說(shuō)明書所述方法對(duì)75Ω系統(tǒng)的反射特性進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)阻抗或相位或者所測(cè)駐波較大時(shí)，請(qǐng)用75Ω短路器加校短路。 對(duì)電橋定向性有懷疑時(shí)，可用75Ω負(fù)載驗(yàn)證，也可采用校零措施。 改用75Ω電橋測(cè)試75Ω系統(tǒng)時(shí)所有駐波、回?fù)p、相移值都是對(duì)的，但阻抗值請(qǐng)注意還要乘1.5才對(duì)。 2．測(cè)插損 在儀器輸出輸入端各接一根50Ω電纜，在電纜另一端各接一只50K/75Ω轉(zhuǎn)換，并用75Ω雙陰將它們對(duì)接起來(lái)校直通，然后取出雙陰串入待測(cè)件即可測(cè)出其插損與相移。示意圖如下： 3．測(cè)增益 接法與測(cè)插損相似，但應(yīng)加30dB衰減器后校直通，衰減器可以是50Ω的，也可以是75Ω的，各自串入其相應(yīng)位置，其作法與原說(shuō)明書相同。 4．時(shí)域故障定位 除改用75Ω電橋外其他與說(shuō)明書全同，校短路請(qǐng)注意要用細(xì)芯子的75Ω短路器。 注意：由于75Ω與50Ω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(huì)損壞器件，細(xì)的插入粗的則接觸不良甚至不通。 5. 75Ω配套件清單 2.3 多對(duì)雙絞線電纜的測(cè)試 在電腦網(wǎng)絡(luò)連線中，用到了多對(duì)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(cè)試呢？ 一．技術(shù)要求: 有關(guān)單位對(duì)于5類線（四對(duì)雙絞線）的技術(shù)要求見(jiàn)下表（每對(duì)繞成雙絞線的線又有多股與單股之分。相當(dāng)線號(hào)為24AWG—26AWG）。 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10015Ω來(lái)驗(yàn)收，其理由為既然有特性阻抗為10015Ω的要求，而現(xiàn)在線很長(zhǎng)（300m），因此只測(cè)其輸入阻抗來(lái)代替前兩項(xiàng)要求。 對(duì)于理想的均勻線，這個(gè)要求還勉強(qiáng)說(shuō)得過(guò)去，問(wèn)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(méi)有必要定第二欄的要求。對(duì)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(guò)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|≤10015Ω來(lái)要求傳輸線的輸入阻抗，是會(huì)鬧笑話的。比如Zin=j100Ω,是完全符合|Z|≤10015Ω要求的，而對(duì)于傳輸線而言卻是全反射，根本不能用。 二．測(cè)試方法 這兒只討論用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)試雙絞線，不涉及市售電腦線專用測(cè)試設(shè)備。 1．直接用單端儀器測(cè)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PNA100Ω差分套件。 3．將單端儀器測(cè)試口通過(guò)復(fù)用開(kāi)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(cè)試，是用PNA3628進(jìn)行的，其頻率范圍為：1KHz～120MHz。測(cè)試樣本是一段22.5米的商品電纜。 三．測(cè)試結(jié)果 1．特性阻抗Z0測(cè)試 雖然Z0一般不是頻率的函數(shù)，但仍測(cè)了三個(gè)頻點(diǎn)，測(cè)時(shí)線長(zhǎng)最好用測(cè)試頻率的λ/8，測(cè)其末端開(kāi)、短路時(shí)的輸入電抗，相乘開(kāi)方后即得。 測(cè)試頻率 MHz 1 10 62.5 單端電橋測(cè) Ω 97～114 103.6～107.7 100～106 差分電橋測(cè) Ω 108～113 103～108 103～108 每個(gè)頻率下有四個(gè)數(shù)據(jù)（四對(duì)線），兩法測(cè)試結(jié)果差別不大，看來(lái)都可以用。 四．PNA100Ω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)100Ω無(wú)感電阻，與接在測(cè)試口上的待測(cè)電阻，組成的一個(gè)平衡電橋（惠士頓電橋）。 由信號(hào)源來(lái)的單端信號(hào)，通過(guò)平衡器變成差分信號(hào)后，接到電橋的對(duì)角線兩端。另一個(gè)對(duì)角線兩端，再通過(guò)另一平衡器將誤差信號(hào)變成單端信號(hào)后，送到儀器的接收輸入端。即可直接得測(cè)得100Ω雙線系統(tǒng)的回?fù)p或駐波比，也可測(cè)試輸入阻抗；但數(shù)值要乘2，因?yàn)閮x器為50Ω系統(tǒng)。 五．結(jié)束語(yǔ) 直接用常規(guī)單端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)特性阻抗是可行的，測(cè)回?fù)p的誤差則大了些，但似乎尚能勉強(qiáng)使用，測(cè)衰減則顯著偏大，測(cè)竄擾則嚴(yán)重失實(shí)。 采用PNA100Ω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(cè)試，也可進(jìn)行時(shí)域故障定位測(cè)試。 2.4 微帶線的測(cè)試 一．微帶線Z0的測(cè)試 待測(cè)微帶線的樣本為一長(zhǎng)度≥6cm的一塊微帶線，按前述測(cè)Z0方法，測(cè)此線在末端開(kāi)路與短路時(shí)的輸入電抗值（不管電阻值），兩者相乘后開(kāi)方即得特性阻抗Z0值。 二．微帶接頭的測(cè)試 在一塊50Ω微帶線的樣本為一長(zhǎng)度≥6cm的微帶線兩端裝上連接器，對(duì)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(guò)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(zhǎng)些以便分清兩端分別對(duì)待。時(shí)域測(cè)試與頻域測(cè)試互相對(duì)照, 有利于對(duì)被測(cè)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(cè)試 1．低頻測(cè)電容法 ⅰ、公式推導(dǎo)：由物理書可知C=Aε0 / t，ε0=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(jiàn)方的面積兩板間距為1mm即1mm電容=0.008855P，有介質(zhì)后C=εrC εr=112.9Ct/A （2.1） ⅱ、作法：用一只能分辨1P電容的三用表進(jìn)行測(cè)試，如一塊6273mm2的復(fù)銅板，測(cè)得C為114P，而t扣除銅箔厚度后為0.96，則εr=112.91140.96/（6273）=2.67 2.5 PNA用于測(cè)波導(dǎo)系統(tǒng) PNA常用于測(cè)同軸線系統(tǒng),測(cè)波導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)針對(duì)手頭器件情況進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)。 一．測(cè)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(duì)接起來(lái), 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(lái)選擇, 最小一檔為0-2.5dB, 最大可測(cè)80dB。測(cè)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(kāi)（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(kāi)（每格5)。 一．用同軸反射電橋測(cè)波導(dǎo)器件（或系統(tǒng)）的反射特性 1．常規(guī)掃頻測(cè)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(kāi)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(cè)件進(jìn)行測(cè)試。 由于波導(dǎo)口開(kāi)路并非全反射, 因此波導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)試中一般只好用校短路來(lái)代替校開(kāi)路, 這樣作對(duì)測(cè)駐波比（回?fù)p）無(wú)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(kāi)路后相位差了180, 因此再用阻抗圓圖來(lái)看時(shí), 就成了導(dǎo)納圓圖。此時(shí)用圓圖只宜用來(lái)看相位與看曲線集中情況及趨勢(shì)等, 而閃點(diǎn)參數(shù)所顯相位數(shù)值需改正負(fù)號(hào)（即差180), R與X是不太好用的（一定要用的話，可將R+jX用50Ω除后取倒數(shù)，即得歸一后的相對(duì)導(dǎo)納g +jb）。 用矢量便于對(duì)器件進(jìn)行匹配。 2．點(diǎn)頻計(jì)量測(cè)試法 A．λ/4法 在上面提到的測(cè)試方法中，由于同軸變波導(dǎo)的失配不知道，必然帶來(lái)誤差，這種誤差在點(diǎn)頻上可用λ/4法分離。對(duì)于波導(dǎo)系統(tǒng)則用λg/4 。 以點(diǎn)頻2450MHz為例，對(duì)于BJ-26，λg=173.36, 準(zhǔn)備一段長(zhǎng)度為λg/4=43.340.1的短波導(dǎo)即可。做法如下： 測(cè)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Γ0與Γ1的矢量圖，連接Γ0與 Γ1的端點(diǎn)a與b，找ab連線的中點(diǎn)m，則om =Γcg ，ma =Γdut 。 通過(guò)這種測(cè)試，準(zhǔn)確度大大提高，搞清了問(wèn)題所在，可用低檔設(shè)備作出高檔產(chǎn)品。其實(shí)這種測(cè)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(cè)試。 B．單線法（單波導(dǎo)法） 此法實(shí)際上是λ/4法的一種變通或推廣，假如手頭有的短波導(dǎo)不是λg/4，或者想校更多的頻點(diǎn)的話，不妨試試此法。 按測(cè)回?fù)p進(jìn)行連接，在同軸反射電橋上作開(kāi)路與短路校正。這是因?yàn)槎滩▽?dǎo)不是λg/4而且還要掃頻測(cè)試，只能在同軸反射電橋上作開(kāi)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(cè)件（同圖2.17），記下Γ0測(cè)試值（或打印出〖反射〗數(shù)據(jù)）。 在同軸變波導(dǎo)口與待測(cè)件之間，接入一短波導(dǎo)（電長(zhǎng)度Φ約90，或30到150之間，不宜靠近180)，記下Γ1測(cè)試值（或打印出〖反射〗數(shù)據(jù)）。見(jiàn)圖2.19。 b a 2φ o 同上，畫出Γ0與Γ1的矢量圖，連接Γ0與Γ1的端點(diǎn)a與b，找ab連線的中點(diǎn)，過(guò)中點(diǎn)作ab中垂線，在中垂線上找出一點(diǎn)m，使得∠amb = 2Φ（Φ可由實(shí)際波導(dǎo)長(zhǎng)度算出，2Φ<180時(shí)，m點(diǎn)在矢量三角形內(nèi)，2Φ>180時(shí)，m點(diǎn)在矢量三角形外）。則om = Γcg ，ma = Γdut ,誤差已得到分離。此法雖然能掃頻測(cè)試，但修正還得一點(diǎn)一點(diǎn)的進(jìn)行。參見(jiàn)圖2.21。 一般使用時(shí)，帶寬并不寬，即使按λg/4法進(jìn)行掃頻測(cè)試，精度也是夠好的。 C．雙線法（雙波導(dǎo)法） 假如有兩段長(zhǎng)度約λg/6的短波導(dǎo)，即可采用此法。 同B中第一點(diǎn)，按測(cè)回?fù)p進(jìn)行連接，在同軸反射電橋上作開(kāi)路與短路校正。這是因?yàn)槎滩▽?dǎo)不是λg/4而且還要掃頻測(cè)試，只能在同軸反射電橋上作開(kāi)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(cè)件，記下Γ0測(cè)試值（或打印出〖反射〗數(shù)據(jù)）。接法見(jiàn)圖2.17。 在同軸變波導(dǎo)口與待測(cè)件之間，接入一短波導(dǎo)（電長(zhǎng)度Φ約60，或30到90之間），記下Γ1測(cè)試值（或打印出〖反射〗數(shù)據(jù)）。接法見(jiàn)圖2.19。 c o a b m dut cg 在同軸變波導(dǎo)口與待測(cè)件之間，再接入一短波導(dǎo)（電長(zhǎng)度Φ約60，或30到90之間）， D．調(diào)配反射計(jì)法（滑動(dòng)負(fù)載法） 滑動(dòng)負(fù)載在波導(dǎo)中是很容易實(shí)現(xiàn)的，有了它，雖可以測(cè)三次定一圓（見(jiàn)上雙線法）解出Γcg，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(cè)回?fù)p進(jìn)行連接，在同軸反射電橋上作開(kāi)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(dòng)負(fù)載。 反復(fù)調(diào)節(jié)四螺釘匹配器，使得拉動(dòng)滑動(dòng)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(cè)試出的Γ值，即可認(rèn)為是真值。 3．提高掃頻測(cè)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(cè)試外，還有一個(gè)目的就是要通過(guò)測(cè)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(cè)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(cè)試設(shè)備的精度與校零用的負(fù)載相當(dāng)（即測(cè)試系統(tǒng)的剩余駐波比≤1.02）。但若沒(méi)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λg/4短路波導(dǎo)作開(kāi)路標(biāo)準(zhǔn)，掃頻進(jìn)行開(kāi)路校正。雖然掃頻作開(kāi)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(cè)試 1．常規(guī)掃頻測(cè)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(kāi)路。 2．點(diǎn)頻計(jì)量測(cè)試法 采用波導(dǎo)定向耦合器測(cè)試后，也能采用點(diǎn)頻計(jì)量測(cè)試法，作法同上(見(jiàn)二、中2、各項(xiàng))。 3．提高掃頻測(cè)試準(zhǔn)確度的校零法 采用波導(dǎo)定向耦合器測(cè)試后，也能采用提高掃頻測(cè)試準(zhǔn)確度的校零法，作法同上（見(jiàn)二、中3、）。最好用λg/4短路波導(dǎo)作開(kāi)路標(biāo)準(zhǔn)，掃頻進(jìn)行開(kāi)路校正；雖然掃頻作開(kāi)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(cè)試 將儀器輸出通過(guò)同軸變波導(dǎo)接到魔T的和支路, 將差支路通過(guò)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(kāi)路。 拆下短路板接上待測(cè)件即可進(jìn)行駐波比測(cè)試。 2．點(diǎn)頻計(jì)量測(cè)試法 采用魔T測(cè)試后，也能采用點(diǎn)頻計(jì)量測(cè)試法，作法同上(見(jiàn)二、中2、各項(xiàng))。 3．提高掃頻測(cè)試準(zhǔn)確度的校零法 采用魔T測(cè)試后，也能采用提高掃頻測(cè)試準(zhǔn)確度的校零法，作法同上（見(jiàn)二、中3、）。最好用λg/4短路波導(dǎo)作開(kāi)路標(biāo)準(zhǔn)，掃頻進(jìn)行開(kāi)路校正；雖然掃頻作開(kāi)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(cè)試 3.1 電感（分立元件） 一．標(biāo)稱值的測(cè)試 標(biāo)稱值一般用LCR儀器進(jìn)行測(cè)試，也可用PNA進(jìn)行測(cè)試。 1．用PNA3628，按測(cè)回?fù)p連接； 2．掃頻方案設(shè)為0.1590MHz點(diǎn)頻； 3．在電橋測(cè)試口上校開(kāi)路與短路； 4．在測(cè)試口插上待測(cè)件即可測(cè)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 = jωL = j2πfL = jL（μH），因此 |X|Ω= |L|μH，如X測(cè)試值為-j10Ω即為10μH。 5．按0.1590MHz設(shè)置，適于測(cè)1～999μH； 按1.590MHz設(shè)置，適于測(cè)0.1～99μH，即0.1|X|Ω= |L|μH，讀數(shù)除以10； 按0.0160MHz設(shè)置，適于測(cè)10～9999μH，即10|X|Ω= |L|μH，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(cè)試。 二．射頻下的電感測(cè)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(tái)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(shuí)知，在PNA上一測(cè)卻為容性。是儀器出了問(wèn)題嗎？為此，對(duì)其進(jìn)行了超頻帶范圍的測(cè)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Φ5桿上 平繞若干圈脫下來(lái)即成為一個(gè)線圈，對(duì)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Φ=0，用相位來(lái)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(wèn)題，而是通過(guò)實(shí)例說(shuō)明：不能簡(jiǎn)單地將高頻結(jié)構(gòu)用到甚高頻，更不談?dòng)玫匠哳l。這兒主要想說(shuō)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(cè)試。對(duì)射頻工作者來(lái)說(shuō)，手頭沒(méi)有矢網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，不僅僅是不方便，有時(shí)還會(huì)作出錯(cuò)誤的選擇。 3.2 電容（分立元件） 一．標(biāo)稱值的測(cè)試 1．按測(cè)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(cè)試口接上短路器后校開(kāi)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(cè)件即可測(cè)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(guò)計(jì)算(從略)，|X|Ω=|C|p,如測(cè)試值X為10Ω，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(cè)試1～999p； 按 6.366MHz設(shè)置時(shí)，適于測(cè)試10～9999p，即讀數(shù)乘以10； 按 0.636MHz設(shè)置時(shí)，適于測(cè)試100～99999p，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(cè)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(cè)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(shuō)一個(gè)電容的高頻測(cè)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(huì)出現(xiàn)串聯(lián)諧振現(xiàn)象（Φ=1800），超過(guò)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(cè)試，其思路是：利用待測(cè)件與一段同軸線組成λ/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(cè)試方法 陶瓷諧振腔由于耐高溫，而且相對(duì)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(jí)）的小型移動(dòng)通信設(shè)備（如手機(jī)、無(wú)繩電話等）。對(duì)于這種器件，一般要求測(cè)其諧振頻率與Q值，對(duì)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(cè)頻響法，下面分段簡(jiǎn)單介紹一下。 一．臨界耦合法 在一份美國(guó)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(cè)試夾具，測(cè)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(guò)開(kāi)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(dòng)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50Ω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(cè)試方法在矢網(wǎng)上用圓圖來(lái)看，是很清楚的。但在標(biāo)網(wǎng)上也能測(cè)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(duì)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(jiǎn)單就調(diào)好了的，速度太慢。 二．直接測(cè)反射系數(shù)法 思路 在矢網(wǎng)經(jīng)過(guò)開(kāi)短路校正后，在電橋測(cè)試端口開(kāi)路時(shí)，光點(diǎn)在Г=1（Φ=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Φ=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λ/4短路線，一是作成λ/2開(kāi)路線。 1．λ/4短路線 Q =π/2⊿Φ=1.57/（1-|Γ|） (3.4) 有的書上 Q =π/(1-Γ2)，當(dāng)|Γ|→1時(shí)，兩者是一致的。 （推導(dǎo)從略） 2．λ/2開(kāi)路腔 可如法炮制得 Q=3.14/（1-|Γ|），似乎Q大了一倍，其實(shí)由于腔長(zhǎng)了一倍，將增大一倍，又使Г減小，所以λ/2腔雖比λ/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Г是對(duì)Zor（諧振腔的Zo）而言，而儀器測(cè)試時(shí)是對(duì)儀器的Zo而言，則應(yīng)由儀器測(cè)出之Г算出ρ0與ρZ0，然后除上Zor得到腔內(nèi)之ρr → 再算到Гr，以Гr代入Q值公式即得，當(dāng)儀器特性阻抗Z0=50Ω，陶瓷腔Zor=7Ω，可參考下表取值，使用時(shí)可用對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙畫出連線以便插值。 4．實(shí)測(cè)效果 諧振頻率的分辨率，決定于矢網(wǎng)的相位分辨率，對(duì)于相位分辨率為0.10的情況下如λ/4腔，反射相位為1800即 能分辨1800分之一，對(duì)于900MHz，即0.5MHz。 由于|Г|→1，因此對(duì)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(wèn)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=50Ω， Zx≠0時(shí)，V0=50V/（Zx+100），則T=V/V0max=100/( Zx+100）， 因此可由測(cè)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=ρZ0r，陶瓷腔特性阻抗Z0r一般在7Ω左右，則可算出腔內(nèi)ρr為Zx/ Z0r，由ρr可得有耗腔的等效|Г|代入公式可得Q，最低點(diǎn)的頻率即諧振頻率。 示例，如某λ/4腔在諧振點(diǎn)測(cè)得的插損為30dB，即T=0.0316，則Zxmax=100/T-100=3064Ω，除7得ρ=437.8，Г=0.99544，Q=1.57/(1-|Г|)=344，若λ/2腔也能測(cè)出30dB則Q=688。下面列幾個(gè)數(shù)據(jù)以見(jiàn)一般。 3．討論 用陷波器法測(cè)試也非常實(shí)際，操作簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)要求不高，但對(duì)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(wú)諧雜波制能力，測(cè)出的插損（IL）偏低，測(cè)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(duì)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(cè)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(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)，在推導(dǎo)中會(huì)出現(xiàn)ω2項(xiàng)不好辦，用電阻可能無(wú)此問(wèn)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(tái)階以便腔體放入時(shí)不會(huì)掉下來(lái)。 3．實(shí)測(cè)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(duì)于1900MHz的λ/2開(kāi)路腔，測(cè)出3dB帶寬約3.4MHz，即Q約560，與國(guó)外產(chǎn)品用HP8720實(shí)測(cè)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(cè)試簡(jiǎn)單被測(cè)件只要放入即可，不要求 接觸良好（因?yàn)樵瓉?lái)插損就很大，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(shuō)有什么使用價(jià)值，而且機(jī)理尚未搞清； 直接測(cè)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(duì)裝夾要求很嚴(yán)； 陷波器法 對(duì)動(dòng)態(tài)要求不高，但對(duì)諧波抑制要求較高，因此普通掃頻儀用不起來(lái)，適于測(cè)諧振頻率，而Q值不太準(zhǔn)。 弱耦合法測(cè)諧振曲線 此法雖不嚴(yán)格，但對(duì)夾具要求低，測(cè)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．λ/2腔比λ/4腔Q高些嗎？ 在前面公式中λ/2腔的系數(shù)比λ/4腔高一倍，是否Q會(huì)高一倍呢？其實(shí)不然，由于λ/2腔長(zhǎng)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，λ/4為25mm, λ/2為50mm。 λ/4腔損耗為0.125/1000=0.025dB, 則回?fù)p為0.05dB, |Г|=0.999442, Q=2728。 λ/2腔損耗為0.05dB,回?fù)p為0.1dB，|Г|= 0.99885, Q = 2730。 可見(jiàn)兩者Q是一樣的。但λ/2腔的相位靈敏度要比λ/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(huì)用到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載作為零反射，用來(lái)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(guò)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(cè)量即可，此法最簡(jiǎn)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(wèn)題，沒(méi)有好橋作不出好負(fù)載，反過(guò)來(lái)沒(méi)有好負(fù)載也作不出好橋，兩者是互相促進(jìn)的，檢測(cè)電橋與檢測(cè)負(fù)載差不多。 1．在電橋校過(guò)開(kāi)短路后，接上好的負(fù)載，測(cè)出剩余信號(hào)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(dòng)滑動(dòng)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λ/4法，橋