王妮

摘 要：射頻電纜的測試是高頻元器件中最基礎(chǔ)的測量，但在測試過程中會出現(xiàn)影響測試結(jié)果及精度的因素，本文對利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對各個參數(shù)的測試及其電纜測量中會出現(xiàn)的問題和解決的方案進(jìn)行的討論。

關(guān)鍵詞：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；電纜；衰減；延時；相位

隨著科技日新月異，微波器件測量的方法多種多樣，且元器件特性也多種多樣，對微波器件測量精度要求也越來越高，我們很自然的就想到利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對它們進(jìn)行測量，它能提供最新的、最選進(jìn)的技術(shù)達(dá)到了最佳的測量效果，主要用于測量微波系統(tǒng)的傳輸特性（插損、相位、增益等）和反射特性（反射系數(shù)、駐波等）。本文將講述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量基本的微波元件電纜時的一些現(xiàn)實問題和相關(guān)的解決方案。

線性器件是最簡單的微波元件，而電纜或許是其中最簡單的射頻元件，具有較低的損耗和良好的匹配，以空氣線為例，主要參數(shù)是阻抗和損耗，這種電纜通常電導(dǎo)為零，因此唯一的損耗是串聯(lián)電阻產(chǎn)生的損耗。

預(yù)測量-校準(zhǔn)

通過大量的實踐使用中使用的TRL和機(jī)械校準(zhǔn)件達(dá)不到計量標(biāo)準(zhǔn)。不管使用的是什么類型的校準(zhǔn)套件，最好的校準(zhǔn)方法幾乎總是SOLR或“未知直通”（unknown-thur）校準(zhǔn)。

對于低損耗的器件的系統(tǒng)設(shè)置而言，最好使用中等IF帶寬和多次掃描取平均功能來減少軌跡噪聲。且低損耗的器件校準(zhǔn)功率應(yīng)該足夠低以確保測試接收機(jī)不處于任何壓縮狀態(tài)。

衰減測量

電纜的衰減測量比較直接，選擇矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的傳輸響應(yīng)中的S21。可直接測量出其他各頻段衰減。不過，任何電纜的測量都應(yīng)該在步進(jìn)掃描模式下進(jìn)行，對于非常長的電纜，插損非常大。從而IF帶寬應(yīng)該設(shè)置得盡量窄來減小跡線噪聲。

測量電纜時的一個主要誤差源是用于耦合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀到電纜的輸入和輸出接頭。如果電纜集成有接頭，那么僅有的問題就是確保接頭接口處有很好的校準(zhǔn)，對于長電纜而言，電纜的損耗減小了失配效應(yīng)，完全二端口校準(zhǔn)的輸入和輸出失配校正在一定程度上補(bǔ)償了失配損耗。對于短電纜，接頭間的失配會造成電纜測量中嚴(yán)重的波紋。

如下圖1所示，一條高品質(zhì)的2m電纜的衰減，網(wǎng)分測試能仔細(xì)的看到所測試各頻段點的衰減。

圖 1 1.2長電纜測量結(jié)果

回波損耗測量

隨著測量儀器的更新進(jìn)步。現(xiàn)在的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都是以二端口或四端口為主，對于射頻元件的測量更方便快捷，測量數(shù)據(jù)更直觀。射頻電纜兩端的接頭一般具有相應(yīng)的校準(zhǔn)套件，如3.5mm/2.4mm/N型頭的接口，那么對于這些電纜和接頭的回波損耗測量就相對簡單。然而對于無接口或不常見校準(zhǔn)套件的接口而言及非常長的電纜其回波損耗測量成了問題。

對于現(xiàn)在新型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來說，如keysight公司的E系列網(wǎng)絡(luò)分析儀，集成了轉(zhuǎn)接頭影響消除方法，該方法通過兩次二端口校準(zhǔn)來完成混合接頭校準(zhǔn)，各個端口上連接的單個轉(zhuǎn)接頭的每端各一欠，此校準(zhǔn)流程需要在完成兩次校準(zhǔn)之后，從這兩次校準(zhǔn)中提取出一個新的校準(zhǔn)集。

電纜長度和時延

對于長電纜，一個關(guān)鍵問題是對相位響應(yīng)的欠采樣，也就是說頻率間隔如此大， 以至于兩個測量點之間有多于180o的相位變化。如下圖2所示，一條長7m的電纜在同一頻率點四種不同掃描點數(shù)來測量。由于電纜長度已知，所以按公式可計算

可直接計算出所需的頻率間隔，對于速率因子為70%（對于固體，VOP通常約為70%）的電纜，頻率間隔為15MHz。

根據(jù)“ns / ft”值計算特定長度電纜的延遲是一件簡單的事情。但使用VOP和以下公式計算延遲也是切實可行的：

d ：以納秒為單位的延遲

L ：以英尺為單位的電纜長度

VOP：以百分比表示

根據(jù)公式可計算出此條電纜延時大概在33ns。根據(jù)理論計算出的頻率間隔和延時，我們觀察以下四個圖，可看到

如上圖2所示，四個窗口都顯示了相位的響應(yīng)和群延時，從（a）看出，它是儀器默認(rèn)的201掃描點數(shù)對5GHz頻段進(jìn)行測量，頻率間隔太大，明顯是欠采樣了。而（b）所示的測量增加了掃描點數(shù)，但群延時是負(fù)的。而再次增加掃描點數(shù)，（c）圖中可看群延時是28ns左右，與理論計算的群延時還是有一些差距；（d）圖把掃描點數(shù)再次增加到1601時，群延時在32.56ns，這個值在理論的期望33ns附近，此此頻率間隔小于15MHz每點。是理想的結(jié)果。

通過以上四個測量窗口可看出，通過增加掃描點數(shù)來改變延時和相位響應(yīng)的問題，但是增加點數(shù)時需謹(jǐn)慎，如果點數(shù)只是加倍了，而相位響應(yīng)是充分欠采樣的，那么點數(shù)加倍會產(chǎn)生同樣的錯誤時延，因此，最好以非均勻遞增方式增加點數(shù)來說明不同間隔下的相位響應(yīng)。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在射頻元器件測量方面性能出色，只有進(jìn)行合理的測試參數(shù)才能得到校精確的測試結(jié)果 ，文章介紹了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對射頻電纜的測試的方法，這些重點方法在實際測試中取得良好的效果，具有參考價值。