矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識(shí)和S參數(shù)的測(cè)量

./矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀基礎(chǔ)知識(shí)與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)端口,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(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X疇用反射系數(shù)?！不?fù)p、駐波比、S11〕更方便些.2．兩端口網(wǎng)絡(luò)最常見、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〕=20Log│T│dB,一般為負(fù)值,但有時(shí)也不記負(fù)號(hào),Φ即相移.·兩端口的四個(gè)散射參量測(cè)量?jī)啥丝诰W(wǎng)絡(luò)的電參數(shù),一般用上述的插損與回?fù)p已足夠,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.這里僅簡(jiǎn)單的〔但不嚴(yán)格〕帶上一筆.S11與網(wǎng)絡(luò)輸出端接上匹配負(fù)載后的輸入反射系數(shù)Г相當(dāng).注意：它是網(wǎng)絡(luò)的失配,不是負(fù)載的失配.負(fù)載不好測(cè)出的Γ,要經(jīng)過修正才能得到S11.S21與網(wǎng)絡(luò)輸出端匹配時(shí)的電壓和輸入端電壓比值相當(dāng),對(duì)于無源網(wǎng)絡(luò)即傳輸系數(shù)T或插損,對(duì)放大器即增益.上述兩項(xiàng)是最常用的.S12即網(wǎng)絡(luò)輸出端對(duì)輸入端的影響,對(duì)不可逆器件常稱隔離度.S22即由輸出端向網(wǎng)絡(luò)看的網(wǎng)絡(luò)本身引入的反射系數(shù).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),普與型矢網(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),而且沒有作全端口校正.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(hào)扔掉.回?fù)pR.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(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(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,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(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?yàn)榱藴y(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)寄生諧雜波是沒有抑制能力的,有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)下面幾種問題：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)X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)X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)p1．待測(cè)電纜末端接上陰負(fù)載〔或陽負(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(cè)插損 在儀器經(jīng)過開短路校正后,接上待測(cè)電纜,測(cè)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(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(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X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,但不如開路時(shí)修剪長(zhǎng)度來得方便,因此常在末端開路的情況下進(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)下校開路與短路.·接上待測(cè)電纜〔末端開路〕,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)下校開路與短路〕.·接上待測(cè)電纜〔末端開路〕,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,若更離開理論值說明電纜長(zhǎng)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f0±Δf,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肌矘?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)參見上面幾點(diǎn)說明中的第二點(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)載的反射以與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(duì)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(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(duì)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(cè)件的測(cè)試頻段不能控制.如本來電纜只用于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.看來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(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)過運(yùn)算來得到時(shí)域畫面.縱坐標(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.普與型矢量網(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(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)一般使用者以與專業(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.后來換了Z0為49.8的電纜,ρ只有1.04.原來做短的合格是因?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,以與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(zhǎng)500mm,其電長(zhǎng)度即為700mm〔乘1.4波速比〕,掃頻方案可選46～56MHz,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.校過開短路后,接上待測(cè)電纜.記下待測(cè)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(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50±10ΩX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與其倍數(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.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)載或雙陰加陽負(fù)載；·將一個(gè)拾取環(huán)〔見幅相檢測(cè)〕,通過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).2.2PNA用于測(cè)量75Ω系統(tǒng)的補(bǔ)充說明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,其作法與原說明書相同.4．時(shí)域故障定位除改用75Ω電橋外其他與說明書全同,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100±15Ω來驗(yàn)收,其理由為既然有特性阻抗為100±15Ω的要求,而現(xiàn)在線很長(zhǎng)〔300m〕,因此只測(cè)其輸入阻抗來代替前兩項(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)X圍,否則就沒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|≤100±15Ω來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|≤100±15Ω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)分析儀來測(cè)試雙絞線,不涉與市售電腦線專用測(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(cè)試,是用PNA3628進(jìn)行的,其頻率X圍為：1KHz～120MHz.測(cè)試樣本是一段22.5米三．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、短路時(shí)的輸入電抗,相乘開方后即得.測(cè)試頻率MHz11062.5單端電橋測(cè)Ω97～114103.6～107.7100～106差分電橋測(cè)Ω108～113103～108103～108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)源來的單端信號(hào),通過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(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=8.8552×10-12法/米=8.8552×10-12F/m若A=10×10mm2,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=εrεr=112.9×C×t/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62×73mm2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=112.9×114×0.96/〔62×73〕=2.672.5PNA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,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(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〔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(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代替校開路,這樣作對(duì)測(cè)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與趨勢(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+〕.·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=43.34±0.1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.通過這種測(cè)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(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)〕.見圖2.19.ba2φo·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=Γcgba2φo·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)〕.接法見圖2.19.coabmdutcg·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30coabmdutcgD．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(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〔見二、中3、〕.最好用λg/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T1．常規(guī)掃頻測(cè)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(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〔見二、中3、〕.最好用λg/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(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.誰知,在PNA上一測(cè)卻為容性.是儀器出了問題嗎？為此,對(duì)其進(jìn)行了超頻帶X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X圍.諧振時(shí)呈電阻性即Φ=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(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)射頻工作者來說,手頭沒有矢網(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+〕,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+.經(jīng)過計(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)、無繩等〕.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Transtech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(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/〔2±j〕,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)過開短路校正后,在電橋測(cè)試端口開路時(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〕1．λ/2開路腔可如法炮制得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(huì)出現(xiàn)ω2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(tái)階以便腔體放入時(shí)不會(huì)掉下來.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開路腔,測(cè)出3dB帶寬約3.4MHz,即Q約560,與國外產(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(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,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0.1×25/1000=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(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(cè)電橋與檢測(cè)負(fù)載差不多.1．在電橋校過開短路后,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,橋與負(fù)載皆可得到校正.3.5轉(zhuǎn)接器由于實(shí)際產(chǎn)品的插頭各種各樣,而儀器的測(cè)試接頭通常只有一種,這就有個(gè)轉(zhuǎn)接問題,而且它要參與到測(cè)試值中去,因此必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),有幾種作法.1．在轉(zhuǎn)接頭后接上相應(yīng)的負(fù)載后,測(cè)其輸入駐波,此法雖簡(jiǎn)單,問題是不易得到各種不同連接器的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載.但對(duì)于某一具體單位,對(duì)于某種常用的尺寸型號(hào),作些專用負(fù)載也是必要的.2．將兩個(gè)轉(zhuǎn)接器對(duì)接起來后仍接儀器標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載,進(jìn)行測(cè)試,由于可能偶然會(huì)碰上兩個(gè)反射會(huì)抵消的情況,因此測(cè)試頻帶應(yīng)盡量寬,償若寬帶內(nèi)并無起伏,才能證明轉(zhuǎn)接器無問題.3．兩個(gè)轉(zhuǎn)接器對(duì)接接負(fù)載后的駐波若很小,而且在兩個(gè)轉(zhuǎn)接器間再串入一段對(duì)使用頻率為λ/4的短標(biāo)準(zhǔn)線后的駐波仍然很小,才能證明這種轉(zhuǎn)接器在這個(gè)頻段沒有問題,因?yàn)榈谝淮螠y(cè)試若反射抵消而經(jīng)λ/4就會(huì)變成疊加,因此兩次結(jié)果皆好,才是真好.4．轉(zhuǎn)接器的本身反射〔S11〕能作到40dB是很好的,也是很難的,尤其是頻率高時(shí)譬如3GHz能到30dB也就能用了.對(duì)于尺寸較大的轉(zhuǎn)換,可用時(shí)域法檢測(cè),找出關(guān)鍵反射點(diǎn),以便改進(jìn).3.6其它1．隔離器與環(huán)流器PNA只能測(cè)單向的參數(shù),必須掉頭才能測(cè)試隔離度.2．功分器功分器為3端口以上的器件,PNA只能測(cè)其中兩個(gè)端口的參數(shù),測(cè)試時(shí)其它端口要接上匹配負(fù)載.3．濾波器PNA能測(cè)濾波器的頻響與駐波比,適于開發(fā)與研制,還能測(cè)試濾波器的群時(shí)延.4.放大器請(qǐng)注意放大器的最大輸出問題,由于本機(jī)輸入端口靈敏度較高,而內(nèi)部又無程控衰減器,承受功率小于1mW,測(cè)增益時(shí)必需外接衰減器以抵消放大器的增益.§4線天線測(cè)試4.1駐波比測(cè)試測(cè)駐波比的連接與方法都是一樣的,只是要注意幾個(gè)實(shí)際問題.1．天線是有輻射的天線應(yīng)置于空曠場(chǎng)所〔有條件的話,最好在暗室或暗箱內(nèi)測(cè)試〕,儀器應(yīng)置于無強(qiáng)輻射處.當(dāng)手摸電纜或儀器時(shí),讀數(shù)會(huì)變即屬不正常.注意電纜外導(dǎo)體必須與連接器外殼接觸良好,必要時(shí)還要考慮儀器是否要加屏蔽.2．注意防止電纜出問題·實(shí)際測(cè)量中要防止電纜出問題,不是實(shí)在必要,不宜通過電纜來進(jìn)行測(cè)試,否則電纜的不完善將影響測(cè)試精度,作為測(cè)試電纜必須經(jīng)過檢驗(yàn),其回?fù)p優(yōu)于30dB為宜,隨便找一根電纜可能只有十幾個(gè)dB那是不行的.·電纜不好能否進(jìn)行三項(xiàng)校正來提高精度呢？原則上是可以的,用雙陰加陽負(fù)載只適于1000MHz以下,而且PNA還要求電纜回?fù)p優(yōu)于24dB才能校零,否則出錯(cuò).·即使作為連接電纜,也常因接觸不良與開短路現(xiàn)象造成儀器不能正常工作,通常以為是儀器故障,其實(shí)多半是電纜出了問題.3．帶有長(zhǎng)饋線的天饋系統(tǒng)在機(jī)房?jī)?nèi)測(cè)饋線端口駐波即天饋系統(tǒng)駐波,此時(shí)一般饋線較長(zhǎng),少則幾米多則上百米,這其中有三種反射,一是天線入口的反射,常稱遠(yuǎn)端反射；另一種是饋線到儀器的轉(zhuǎn)接頭的反射,稱近端反射；還有就是最不好控制的饋線本身的反射.·為了便于觀測(cè),現(xiàn)在多用駐波電橋來測(cè)試,它是一種差模器件,對(duì)共模50Hz有強(qiáng)的抑制,但是卻帶來了三種反射一起看的后果,造成反射的頻響曲線起伏很大,當(dāng)然最高點(diǎn)若也合格那是沒有矛盾的.但經(jīng)常有多點(diǎn)超出,此時(shí)用掃頻儀在0.01掃速檔是看不出來的〔由于檢波濾波電路起了平滑作用,若用1秒掃速就看見了〕,所以人們寧愿用掃頻儀或標(biāo)網(wǎng)而不愿用PNA.一般說來天線輸入口的反射都是合格的,但由于另兩項(xiàng)的參與就出了問題,對(duì)于近端轉(zhuǎn)接一般在米波問題不大,更高頻段時(shí)就得注意,盡量要減少近端反射以減少它帶來的超差.·關(guān)于主饋管的反射問題,好的主饋管會(huì)幫你忙,因?yàn)樗旧矸瓷湫?所以不怎么增加反射,而又引入了損耗,每1dB插損可增加2dB回?fù)p.但差的饋管就會(huì)造成某些頻點(diǎn)疊加而超限,這只有靠取平滑值〔即只看曲線的中心線,但有的用戶是不會(huì)同意的,只好仍用掃頻儀〕.饋線差的那怕接上最好的負(fù)載〔1.01〕也會(huì)出現(xiàn)某個(gè)頻率突跳的諧振現(xiàn)象,說明此饋管不宜在此頻段使用,只好在其他頻段試試.其實(shí)用時(shí)域來觀測(cè)這些反射,那是分得很清的,一般遠(yuǎn)端反射并不大.而饋管的分布反射并不很小,但這種檢查由于沒有條文規(guī)定,不能作為驗(yàn)收的依據(jù),只是一種檢查故障的方法.主饋線入口駐波不合格多半是天線指標(biāo)不富余而后與饋線在某些頻點(diǎn)反射疊加造成的,因?yàn)殚L(zhǎng)達(dá)百米的多個(gè)分布反射在某一頻點(diǎn)疊加起來的概率確實(shí)是存在的,大型饋管本身作到1.1就不錯(cuò)了,迫不得已饋管也得進(jìn)口.4.2阻抗測(cè)量與匹配僅僅為了驗(yàn)收,測(cè)駐波比已是,但若為了試制定型,為了得到更好的阻抗匹配,就得要作阻抗測(cè)量,以便看看有無改進(jìn)余地.阻抗測(cè)量采用矢網(wǎng)進(jìn)行,那是很方便的,儀器自動(dòng)點(diǎn)出阻抗在圓圖上的軌跡,作法參見說明書.這兒提一下阻抗匹配.對(duì)于某種器件或某種阻抗變換器,若有現(xiàn)成的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配的話,請(qǐng)盡量利用這些軟件,這兒只是談?wù)勔话愕暮?jiǎn)單的匹配原則與措施.阻抗匹配應(yīng)在矢網(wǎng)上進(jìn)行,其它儀器不知道改進(jìn)方向,事倍功半甚至選錯(cuò)了對(duì)象.1．選擇好參考面設(shè)計(jì)一個(gè)器件,應(yīng)當(dāng)在力所能與的X圍內(nèi)盡量設(shè)計(jì)正確,僅僅只留下一個(gè)不好交待的地方,讓調(diào)試去解決.因此我們只去對(duì)付一個(gè)反射點(diǎn),假如一個(gè)器件或一個(gè)天線只有一個(gè)主要反射點(diǎn)的話,儀器的參考面就應(yīng)當(dāng)設(shè)在這里或盡量靠近,當(dāng)然一般測(cè)試時(shí)都選擇了器件的交界接插件上,譬如一個(gè)帶電纜的振子,此時(shí)參考面不能選在插頭上,而要選在電纜的末端焊接振子處. 假如在圓圖上看見阻抗軌跡呈蚊香狀,那就要看看參考面是否選對(duì)了.2．調(diào)節(jié)器件能調(diào)的部位使各頻點(diǎn)的阻抗點(diǎn)跡能盡量集中在圓圖上成一小團(tuán)〔先不急于匹配,先要將點(diǎn)子調(diào)集中〕,這樣匹配后帶寬能寬些,能調(diào)到又集中又匹配當(dāng)然最好.3．調(diào)匹配·假如點(diǎn)子集中,并且實(shí)數(shù)靠近50Ω,虛數(shù)呈感性,那末串入適當(dāng)容抗即可匹配.由于串電容不如并電容方便,因此可用一塊小銅皮并上去再滑滑看〔參見下面4中第5點(diǎn)〕；·假如實(shí)數(shù)對(duì)但虛數(shù)偏容性,這時(shí)就要減窄或改細(xì)一些的引線試試看；·假如在實(shí)軸上,但阻值不對(duì),這時(shí)就要用到單節(jié)或兩節(jié)λ/4變阻器.四節(jié)短階λ/16的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配效果也很好,但須有機(jī)助軟件,手算困難.4．幾點(diǎn)體會(huì)·設(shè)計(jì)器件時(shí)應(yīng)留有調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)與余地,譬如λ/4的支撐就可以調(diào)調(diào),對(duì)于振子其粗細(xì),長(zhǎng)度皆應(yīng)可換可調(diào),假如振子帶有反射板的話,與反射板的距離是個(gè)很重要的能將點(diǎn)子集中的參數(shù).·在圓圖上某些散開的點(diǎn)子可以通過λ/4線的補(bǔ)償特性進(jìn)行收攏,有時(shí)甚至用到5倍λ/4,當(dāng)然這得碰得巧,要對(duì)癥下藥,不能千篇一律對(duì)待.·匹配時(shí)最怕的是在圓圖上為一弧形而高端在前,低端在后,越是遠(yuǎn)將越散開.此時(shí)可選中點(diǎn)在實(shí)軸上,為了寬帶匹配不得不引入更不匹配的方法；如原來阻抗已低,卻采用更低的特性阻抗,這在圓圖上是看得很清楚的,不同特性阻抗線的采用,在阻抗圓圖實(shí)軸上是個(gè)平移過程,平移過了原點(diǎn)后,自然高低端的前后關(guān)系反了過來.這樣再經(jīng)過一段線就可以收攏了,應(yīng)該說這是很妙的一招,在全波四振子陣上就有人是這樣用的.·一般來講,阻抗特性主要決定于天線或器件的本身,但與阻抗匹配也是相輔相成的,兩者要配合得好才能取得好的結(jié)果.·假如用并聯(lián)元件來匹配時(shí),最好先接短路器作開路校正,然后開路作短路校正,此時(shí)相位差了180°,因此再用阻抗圓圖來看時(shí),就成了導(dǎo)納園圖,此時(shí)用圓圖只宜用來看相位與看曲線集中情況與趨勢(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除后再取倒數(shù),即得到歸一后的相對(duì)導(dǎo)納g+jb〕.4.3天線陣面幅相分布的檢查一．引言對(duì)于一個(gè)陣列天線,不管是線陣還是面陣,對(duì)其陣面場(chǎng)的幅相相對(duì)分布是有其相應(yīng)的要求的.天線作好后一般是測(cè)其遠(yuǎn)場(chǎng)性能,這就要有大的設(shè)施,大的場(chǎng)地,費(fèi)錢又費(fèi)時(shí).其實(shí)只要在近場(chǎng)測(cè)出其口面的幅相分布,即可算出其遠(yuǎn)場(chǎng)特性.近場(chǎng)測(cè)試也有其具體問題,需要微波暗室以與一套好的拾取天線與定位系統(tǒng),但是僅僅為了證明天線是否正常,只作近場(chǎng)診斷〔或稱作檢查〕那就簡(jiǎn)化多了,用不了那么多的設(shè)備,只要作個(gè)拾取天線,即可用矢網(wǎng)測(cè)出各振子間的幅相關(guān)系.二．拾取天線任何形狀的線天線、環(huán)皆可作拾取天線,但我們經(jīng)驗(yàn)以對(duì)稱振子與平衡環(huán)兩種為好.為了簡(jiǎn)化定位問題,我們可以將拾取天線掛在要測(cè)的振子上,要作絕緣的掛鉤,以盡可能保持每次放置的位置相同.1.對(duì)稱振子〔圖4.1>〕,其長(zhǎng)度L沒有什么要求,一般短于被測(cè)件即可,只要拾取信號(hào)夠強(qiáng),短些也無妨,但兩臂長(zhǎng)度要對(duì)稱.往下送的雙線對(duì)稱式平衡器可以用金屬管焊成,也可用電纜本身作成,長(zhǎng)度在λ／4左右即可,要求并不嚴(yán)格.采用正掛與反掛振子在同一被測(cè)振子上,要求兩者幅度基本相等,相位則反相〔即相差180°〕.2．平衡環(huán)〔圖4.2〕,環(huán)可以是圓的,也可以是矩形的.尺寸<<λ,外觀對(duì)稱而將同軸線心線焊到對(duì)面即可,環(huán)本身是對(duì)稱的,因而形成了一個(gè)穿入式的平衡器.這是一個(gè)磁耦合環(huán),適宜于測(cè)線上電流分布,當(dāng)然也適宜于測(cè)振子間幅相分布,但定位比對(duì)稱振子困難一些.判斷此環(huán)的好壞,也是正反掛在被測(cè)振子上時(shí)要求幅度基本相等,相位亦反相.三．具體做法圖4.3畫的是個(gè)3元倒相式天線,實(shí)際上不管多少元都是一樣的.·將天線輸入頭接到矢網(wǎng)輸出端口上；·將拾取天線掛在最強(qiáng)的一個(gè)振子上,以此作為參考振子；·設(shè)置測(cè)試頻率〔1點(diǎn)或多點(diǎn)〕,校直通；·按菜單鍵,選相損畫面,此時(shí)幅值應(yīng)在0dB左右,相位應(yīng)在0°左右；·將拾取振子掛到其他振子上,記下幅值與相位,即可得到各個(gè)振子的相對(duì)幅相分布；作此試驗(yàn)時(shí),應(yīng)採用精測(cè),地方要適當(dāng)空曠一些,人距天線適當(dāng)遠(yuǎn)些,若懷疑儀器不穩(wěn)則可再掛回參考振子處重校后再測(cè),甚至測(cè)一點(diǎn)回一次參考振子處,也可能另外的振子更強(qiáng)也不怕,因?yàn)橄鄵p的X圍為+1dB、-4dB,這適合于測(cè)等幅分布的情況,若起伏更大可按換檔鍵換檔,可測(cè)+5dB到-20dBX圍,一般是夠用了.四．結(jié)束語在V頻段以上S頻段以下,全向縫陣用得較多,我們經(jīng)驗(yàn)證明,在調(diào)匹配過程中必須監(jiān)視各縫的相位基本相同,否則即使匹配調(diào)好了,而增益降低了也是不好用的.測(cè)試表明,相位分布對(duì)的增益就高,否則就低,這是顯然的,因?yàn)橹挥型嗉悠饋聿攀亲畲?有了矢網(wǎng),就要利用矢網(wǎng)能測(cè)相位這個(gè)重要功能,使得我們能開發(fā)與生產(chǎn)出性能優(yōu)良的天線產(chǎn)品.注：標(biāo)網(wǎng)只能測(cè)幅值分布,不能測(cè)相位分布.4.4方向圖的測(cè)試方向圖測(cè)試本身并不難,難在它須要一套設(shè)施.首先是空曠的場(chǎng)地或暗室,其次是轉(zhuǎn)臺(tái)與安裝設(shè)備,當(dāng)然還要有一套收發(fā)裝置能自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù).這里要提醒的是在測(cè)照射器的幅度方向圖之前,先要測(cè)出其相位方向圖以定出相位中心后,才能測(cè)幅度方向圖.Ⅰ.相位方向圖的測(cè)試由于這個(gè)問題未受到充分重視,故這里先講它,作為拋物反射面天線的照射器,可以是振子,也可以是喇叭,甚至是波紋喇叭,拋物面反射器對(duì)照射器不但有幅度分布要求,對(duì)相位分布也有要求,一般要求同相.或者說測(cè)幅度方向圖時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心要落在照射器的相位中心上,除要求轉(zhuǎn)臺(tái)上有平移微調(diào)用的拖板,以便來回調(diào)整位置,找到合適的相位中心,當(dāng)然指示設(shè)備要用有相位信息的矢網(wǎng)之類的幅相接收機(jī),最簡(jiǎn)單的就是PNA.相位中心不是一次就找得出來的,它是一個(gè)試湊過程,甚至有的照射器E面與H面相位中心不重合,假如你能在天線反射面或付面中能修正這些相位誤差的話,你的天線設(shè)計(jì)就又高了一層.Ⅱ.測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)幅度方向圖的考慮一．測(cè)試距離R一個(gè)待測(cè)天線最大口徑尺寸為D則R≥2D2/λ,對(duì)于一般通信天線大致上約為30m.這是允許口面相位差π/4推出的,適于一般常規(guī)要求.二．架高問題一般習(xí)慣收發(fā)天線適當(dāng)架高一些,以避免阻擋與人的影響.有人想避開地的影響,拼命架高并無必要,因?yàn)樵诘皖l段,低增益下脫離地面達(dá)到自由空間的效果是辦不到的,甚至測(cè)增益有時(shí)要故意架低才能測(cè)準(zhǔn).但測(cè)波瓣并不太在乎高度,也不宜放在盲區(qū),有時(shí)得適當(dāng)選擇一個(gè)高度才行.當(dāng)然有條件的話盡量在暗室中測(cè)試.三．系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度〔接收功率〕估算頻譜儀靈敏度高是由帶寬換來的,假如信號(hào)源不穩(wěn)仍然是收不好的,對(duì)于3000MHz,1KHz的帶寬為3.3×10-7這不是一般信號(hào)源作得到的,一般信號(hào)源只有10-5甚至10-4.頻譜儀是用來測(cè)頻譜與交調(diào)的,僅作天線一般是沒有必要購置的.5．接收功率Pr必須高于噪聲電平40dB以上,估算強(qiáng)度時(shí)要留有40dB以上的余量.四．具體實(shí)現(xiàn)方案以MMDS全向天線為例,Gr=13dB,λ=0.1米,λdB=-20dB,半波振子Gt為2dB〔用等比結(jié)構(gòu)天線更高一些〕,30米的RdB為-52dB〔空間因子〕.1．大功率檢波低放方案Pr=PdBm+2+13-20-52=PdBm-57dB與交流調(diào)制的二極管靈敏度相當(dāng),但是還要加40dB動(dòng)態(tài),所以發(fā)射功率要40dBm即10W,這種作法的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),因?yàn)榘l(fā)射功率大,但這樣作會(huì)干擾其它設(shè)備,大功率信號(hào)源也不太好找.2．PNA自發(fā)自收這種作法增加了電纜損耗,要用放大器,30米SYV—50—5損耗30dB,則動(dòng)態(tài)只有30dB,用SYKY—50—9動(dòng)態(tài)可達(dá)50dB,一般情況下加放大器后再用精測(cè),發(fā)射電纜用粗些的空心電纜是夠用的了,已有PNA的情況下,不必再投資.3．PNA加放大器發(fā),混頻中放接收機(jī)收動(dòng)態(tài)可達(dá)到55dB,混頻中放接收機(jī)與本振可以自制,也可以在購置天線方向圖測(cè)試儀時(shí)成套購置.4．頻綜發(fā),測(cè)試接收機(jī)〔或頻譜儀〕收,動(dòng)態(tài)可到66dB,雖有好處,而投資大增.五．不穩(wěn)定的問題1．接收的信號(hào)噪音比〔S/N〕不高是主要原因,至少要40dB,越高越好.2．天線與轉(zhuǎn)臺(tái)不牢固,受風(fēng)的影響或人的影響.3．注意漏信問題.·放大器必須放在發(fā)射天線處,遠(yuǎn)離PNA.·輸入輸出兩電纜盡量拉開一些,不能靠近,最好用一段具有雙層鍍銀屏蔽層的電纜或其它屏蔽性能好的電纜作PNA的引入與引出.·電纜連接器與電纜外皮必須接觸良好.4．檢查儀器是否穩(wěn)定將整個(gè)環(huán)路連在一起,但發(fā)射天線到接收天線之間,用長(zhǎng)電纜加衰減器來代替空間衰減與相移〔前例中衰減量為20+52-2-13=57dB〕.信號(hào)若很穩(wěn)定,而且拔掉電纜后信號(hào)能下降40dB,即說明儀器正?！布偃缬胁竭M(jìn)衰減器,搬動(dòng)衰減器信號(hào)能依次下降達(dá)40dB,那就更明確了〕.5．有外部干擾時(shí),可在儀器輸入端串入窄帶帶通濾波器,以抑制帶外干擾.六．改進(jìn)方向1．測(cè)方向圖最好有正規(guī)的轉(zhuǎn)臺(tái)與固定裝置.2．有自動(dòng)記錄儀器.PNA可選自動(dòng)記錄中等增益天線波瓣功能.3．有暗室或暗箱作近場(chǎng)診斷或測(cè)試〔用PNA即可,但有一個(gè)定位問題〕.暗室大到能作遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試當(dāng)然更好.附：喜連川天線的垂直方向圖這是一種高效簡(jiǎn)潔的全向垂直極化天線,垂直波瓣通常要求下俯或平視,不希望上翹,為此需對(duì)垂直波瓣進(jìn)行測(cè)試.當(dāng)然最好在實(shí)際使用狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試,但這樣做代價(jià)太高,通常比較可行的方法是將天線橫過來水平放置后,測(cè)水平方位波瓣來代替的.一．水平放置的喜連川天線并不等于水平極化天線1．不允許采用金屬固定架水平極化振子一般是對(duì)稱的,允許采用垂直的金屬支架〔∵左右相等相反,支桿處于零場(chǎng)處〕,而喜連川天線的電場(chǎng)是不對(duì)稱的,若用金屬支架,其上必然有電流.2．下引電纜外皮電流問題·傳導(dǎo)電流正規(guī)喜連川天線引出處加有λ/4扼流套,可以防止天線電流向下流,但由于有的人為了簡(jiǎn)單將這個(gè)套取消.還有的人為了調(diào)配方便,用了一段λ/4雙線來代替,這是基本錯(cuò)誤.對(duì)稱式平衡器只在對(duì)稱振子中有效,對(duì)于喜連川天線這種非對(duì)稱結(jié)構(gòu),只有扼流套才有效,其他平衡措施一律無效.·感應(yīng)電流由于電纜外皮處于非零場(chǎng)中必然有感應(yīng)電流,或者說喜連川天線對(duì)外皮之間必然有共模電壓,通過天線對(duì)外皮的共模阻抗必然有外皮電流,但加扼流套能保證皮上電流不流入同軸線內(nèi).二．改善波瓣測(cè)試精度的措施·天線支架采用非金屬；·喜連川天線本身應(yīng)加扼流套,正反加皆可；·引下電纜穿入帶扼流套的金屬管中,扼流套可不止一個(gè).也可將電纜外皮用吸波材料包住；·收發(fā)天線電纜出頭處的連接器,必須裝配良好,電纜外皮應(yīng)與連接器的地接觸良好；·發(fā)射天線應(yīng)為對(duì)稱線天線,并加有寬帶平衡裝置,防止發(fā)射交叉極化.若用對(duì)數(shù)周期振子對(duì),電纜引出處上下管末端必須短接〔有人不短接〕.·被測(cè)天線附近應(yīng)開曠,盡量減少場(chǎng)地的不對(duì)稱.三．幾個(gè)試驗(yàn)·兩次記錄同一狀態(tài)下的波瓣,應(yīng)基本一致,否則有接觸不良或干擾存在.·改變天線在架上的角度以試天線本身的對(duì)稱性.·試引下電纜平伸加長(zhǎng)或改變角度的影響.在正常接收情況下,手握〔或晃動(dòng)〕發(fā)射或接收天線電纜,讀數(shù)應(yīng)基本不變,以此判斷皮上電流的有無與大小.此試驗(yàn)只能在測(cè)插損狀態(tài)下進(jìn)行.·試天線電纜端對(duì)270°,與頂端對(duì)270°所測(cè)波瓣的差別,以試場(chǎng)地的影響.·以手動(dòng)測(cè)試來判斷儀器自動(dòng)記錄是否正常.·試試旋轉(zhuǎn)中心前后移動(dòng)是否有影響〔∵喜連川天線中心難定〕.·試外部干擾與儀器的動(dòng)態(tài)X圍.在校完最大值后,在有隔離器的情況下,拔掉發(fā)射天線進(jìn)行波瓣記錄,記下的波瓣就是干擾分布圖或動(dòng)態(tài)X圍〔應(yīng)≥40dB〕,可用來估計(jì)干擾的影響或想法避開干擾的方向.四．結(jié)束語喜連川天線由于是全向性,而且是不對(duì)稱結(jié)構(gòu),對(duì)測(cè)試帶來困難.再加上節(jié)數(shù)多,結(jié)構(gòu)也不易作得很對(duì)稱,波瓣測(cè)試能在某個(gè)頻點(diǎn)上比較對(duì)稱就不錯(cuò)了,所有頻點(diǎn)全部對(duì)稱是很難的,定向天線有反射板就好辦多了.4.5線天線增益的測(cè)試一．兩天線法1．用途當(dāng)有兩個(gè)相同的天線要測(cè)增益時(shí),可用此法.尤其是圓極化天線,因?yàn)闆]有標(biāo)準(zhǔn)增益天線作比較,不得不采用此法.此法適于測(cè)試小的GPS天線或單組貼片天線.2．原理此法的理論根據(jù)是,兩點(diǎn)源在自由空間的插損IL是可以算出的,因此換成兩個(gè)天線后,插損減小的dB值即兩天線增益dB值的和.若兩天線相同,除2即得單個(gè)天線的增益dB值.如其中有一個(gè)已知,也可算出另一個(gè).3．條件首先想法接近自由空間環(huán)境,在暗室中用吸波材料或在普通房間內(nèi)采用小的測(cè)試距離以接近自由空間環(huán)境.