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同轴线缆的测试

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同轴线缆的测试



4.150Ω同轴电缆的测试

一.测电缆回损

一般是采用全频段测试(如30~3200MHz),待测电缆末端接上阴负载,测其入端回损,应满足给定要求。技术要求若是按驻波比写的,就要用驻波比画面显示,有四档可选。若用回损表示时,就用对数画面显示,无须换档。
通常测试时是在一端接负载,而在另一端进行测试的。要求高时还应掉头(四参量仪器可自动掉头)测试,两头的测试值皆应满足给定要求。
电缆验收一般都是在频域中完成的,下面对一些典型的曲线,加以说明:
1.正常频响曲线低端(200MHz以下)约在40分贝左右,中段(1~2GHz)约在30分贝左右,随着频率增高到3GHz,一般在20dB左右。假如全频段能在30dB以上此电缆可作测试电缆,一般情况下尤其是3GHz附近是很难作到30dB的,能作到26dB就不错了。
回损测试曲线呈现周期性起伏,一般只看峰点的数值,峰值包络单调上升。起伏周期
满足⊿F=150/L(式中L为电缆的电长度(米),⊿F单位为MHz),则此电缆属常规正常现象,主要反射来自两端连接器处的反射;对于1米的电缆,每隔150MHz一个起伏。注意:连接器处的反射,并不只是连接器本身的反射,还有电缆特性阻抗不对引起的反射。
2.回损测试曲线中某一频点回损明显高于左右频点呈一谐振峰状,而且最大的峰值并不在最高端,此时出现了电缆谐振现象。只要不在使用频率内可以不去管它,这是电缆制造中周期性的偏差引起的反射在某一频点下叠加的结果,我们只能先避开它。这种现象在1998年我们买的SYV-50-3电缆中多次碰到,回损会到4dB,粗的电缆倒不常见此情况。还有一种轻微的电缆谐振现象,曾见过一种RG400电缆,在3GHz时指标很好,而800MHz时,却只有24dB。用户只有自己保护自己,选择质量好的才买。
3.频响曲线很平,从低频到高频皆在30dB左右。这表明电缆分布反射不大,但特性阻抗不对。可以加测特性阻抗,也可以用下面的方法判断。
4.在圆图上看特性阻抗偏差做此观测时点数宜多一些,如81点。在连接器接电缆处测出的点迹呈圆团状,若偏右则特性阻抗偏高,偏左则特性阻抗偏低。圆团上下偏属连接器毛病,与电缆无关。
5.在圆图上如何分清两个连接器的好坏两个连接器中可能一个装配良好,一个装配不好,可以掉头测试看连接器处的测试点迹圆团的大小来判断。测试点迹圆团的大小取决于远端(接负载端)反射的大小,这就分清了那一个连接器未装好。
注:测回损中出现超差现象时,还可按下面提到时域故障定位功能来检查,以便采取相应措施。
二.测电缆插损(也称测衰减)

1.替代法
在使用要求频段下,用插损档通过两个10dB衰减器用双阳校直通,校后用电缆代替双阳接入两衰减器之间即得插损曲线,此法为最常用的方法。
2.回损法测插损
在仪器经过开短路校正后,接上待测电缆,测末端开路时的回损,回损除2即得插损,此法的优点在于不会出现插损为正的矛盾,特别适合于已架设好的长的粗馈管首尾相距较远的场合。
3.非正常情况
检测电缆时最好用全频段测试,插损由小到大应是一单调平滑曲线,并且插损在标准规定以内,小有起伏也不要紧,那是反射叠加引起的。但若有某一频点附近显著高于左右频点(插损增大)呈一下陷曲线状,说明此电缆有问题。多数是连接器外皮压接不良所造成,返工后重测。少数是电缆本身形成的,那么此电缆只能隔离待查,停止使用。
连接器外皮显著接触不良,可用下面提到的电缆屏蔽性能检查方法加以确诊。
三.同时测插损与回损可进行双参量测量。

双参量测量精度不如单参量高,若无必要,以采用单参量为宜。
四.同轴电缆电长度的测量

1.引言

在射频范围内,经常采用同轴电缆对各个功能块、器件或振子单元进行连接(即馈电),除了要求插损小、匹配好之外,常常还对引入的相移提出要求。一般只要求相对相移,譬如同相天线阵或功率组合单位等。它们要求每根电缆一样长,而收发开关或阻抗变换场合则会提出长度为λ/4的要求,而U形环平衡器又会提出长度为λ/2的要求,这就出现了如何测电缆电长度的问题。
在不加支持片的同轴线段中,同轴线段的机械长度(或几何长度)与电长度是一致的,在有支持片或充填介质的情况下两者是不同的,机械长度与电长度之比为波速比(也有称缩波系数,或缩短系数),一般在0.66到1之间,电长度显得长些,而实际机械长度显得短些。实际上要求的是电长度,矢网正好能测电长度。
2.测反射相位定电缆电长度

当电缆末端开路时,在其输入端测其反射的相位是容易的,由于反射很强测试精度也较高。当然末端短路也是可行的,但不如开路时修剪长度来得方便,因此常在末端开路的情况下进行测试。
ⅰ、λ/4电缆的获得
·仪器设定在要求的使用频率下点频工作,在测回损状态下校开路与短路。
·接上待测电缆(末端开路),若电缆正好为λ/4时,相位读数应在180°附近。
若Φ0.04),除了装配质量外,还有插头本
身设计问题,一般市售连接器是不适于用到3GHz的。假如连接器是仔细设计,考虑了支持片的影响的,那么还有一个因素那就是电缆的特性阻抗可能不对,此时就应测测电缆特性阻抗。
2.作法1

·样本与扫频方案对于已装好连接器的跳线,长度已定,只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料,则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
·样本长度与扫频方案是相互有关的,可以点频测也可以扫频测,取值要取相位靠近2700时的电抗值,此时电长度为λ/8、电抗值在±j50Ω附近,如40~60Ω之间,否则不易得到可信数据。测试频率宜低些,以减少连接器,以及末端开短路的差异造成的误差。
以SFF-50的电缆为例,取样本长500mm,其电长度即为700mm(乘1.4波速比),扫频方案可选46~56MHz,ΔF=2MHz即可。
·仪器在测回损状态下,电桥输入端与输出端各串一只10dB衰减器。校过开短路后,接上待测电缆。记下待测电缆在末端开路与短路时的输入电抗值(不管电阻值),两者相乘后开方即得特性阻抗值。短样本的损耗很小,可按无耗传输线处理。若短样本的长度为file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-22113.png,末端开路时的输入阻抗file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19843.png为file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-18894.png,末端短路时的输入阻抗file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-1283.png为file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-917.png,
则:file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30207.png=file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6225.png,file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-14556.png=file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9253.pngfile:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4413.png所以file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-15371.png
事实上,file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-10382.png与file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-4787.png皆呈现纯电抗性,不必计入电阻值。考虑到测试与计算的准确度,测试频率宜在几十兆赫(此时连接器的影响较小,开短路也很方便。但也不宜低于十兆赫,因为此时特性阻抗已不再是常数了。),电长度宜为其λ/8(此时为45°,数值计算误差最小。实在不行,也不要短于3°,或长于87°)。
·一般测试只选一点最靠近270°的点(即-j50Ω附近的值),及其在短路时的电抗值(在+j50附近,是多少就是多少,不能选。)进行计算即可,要求高时,可在50±10Ω范围内选5点进行平均,这5点之间起伏不应大于0.5Ω,否则电缆质量不好。
·电缆两端测出的特性阻抗有可能是不相同的,说明该电缆一头特性阻抗高,一头低。要求高时,应对样本进行掉头测试,两端测出的特性阻抗不应相差0.5Ω.
注意:(1)虽然所有λ/8奇数倍的频点皆能进行测试,但只测了前面λ/8,后面λ/4
及其倍数都是不参与的;它只提供了0点与∞点,这两点只与长度有关,而与Z0无关。
(2)测75Ω电缆时,请用75Ω电桥,测试数据请乘1.5倍。
此法的优点是反映了某一段电缆的真实特性阻抗,缺点是取样本困难;电缆出厂时是成棞或成盘的,最好不要截取样本而利用电缆一头一尾直接进行测试。
3、作法2

作法1必须截取样本,有时是困难的,经常需要对成捆电缆进行测试。
·仪器按测回损连接,按规定测试频点设置列表扫频方案,待测电缆一端装连接器。
·仪器在测试口作完开路、短路校正后,接上待测电缆,测其末端开路时的输入阻抗Zino,与末端短路时的输入阻抗Zins。两者相乘后开方即得特性阻抗值(只管模值,不计相位)。此法是符合标准的作法。
成棞电缆长度多在百米以上,这就要用到有耗传输线公式了。此时:
file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-20382.png=file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-15863.png,file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-2458.png=file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24859.png,file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-28684.png,代入各自的分量得:
file:///C:/DOCUME1/ADMINI1/LOCALS1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29902.png
从前一个式子来看,与无耗线完全相同,但是展开后却多了电阻分量,而变成复数求模(只要绝对值,不计相位)。
由于这个ZC是在长电缆的情况下测出的,除非电缆很均匀才是ZC,否则只能是ZC的平均值ZCA。
4、作法3用终端接匹配负载时的输入阻抗Zinm来代替ZC

不管有耗无耗,只要传输线是均匀的,当末端接上匹配负载时的输入阻抗Zinm=ZC。
问题是电缆并不均匀,因此测出的是频段内的极值;这就对电缆提出了更苛刻的要求。
5、讨论

·1法是作者50年来坚持的习惯作法,却并未受到重视;其实这是个最严
格的测ZC的方法,不受电缆谐振的影响。但取样本困难。
·2法是标准规定的方法,测出的是ZC的平均值ZCA。在规定的几个点频上进行
测试,可能会漏掉电缆谐振频率。此法简单易行,容易通过验收测试。
·3法是某些用户坚持的作法,连续扫频不会漏掉电缆谐振频率,此法要求最
高,不易通过验收测试。
注:质量不好的长电缆会出现谐振现象,在谐振点测出的ZCA会很不合理。
七.电缆屏蔽度检测

也称漏泄检测,也有称防卫度检测,作法同阵面幅相检测。
·采用全频段扫频方案,测插损,用一根好的短电缆校直通;
·在输出端接上待测电缆,其末端接上阴负载或双阴加阳负载;
·将一个拾取环(见幅相检测),通过一段电缆接到输入端,当环远离待测电缆时读数应≥70dB;
·将环靠在电缆上滑动,若读数仍在70dB以上则电缆性能优秀,若读数在60dB左右属良好,若读数在40-50dB就不太好,但勉强能用,若读数在20-30dB则肯定有了故障,一般出现在连接器处,必须重装,压紧后再测,连接器处不宜低于50dB;
·连接器接地不良时,其时域波形表现为拖尾巴波形,而不是一个单纯的脉冲波形;
以上讲的是带插头的电缆(常称跳线)的检测方法,只是一种查毛病的方法,并不作为验收的依据。


4.2微带线测试简介

1、微带线Z0的测试待测微带线的样本为一长度≥6cm的一块微带线,按前述测Z0方法,测此线在末端开路与短路时的输入电抗值(不管电阻值),两者相乘后开方即得特性阻抗Z0值。
2、微带接头的测试在一块50Ω微带线的样本为一长度≥6cm的微带线两端装上连接器,对此线进行时域故障检查,调节两端连接器与微带线的过渡尺寸,使得两端的时域反射≤0.03(越小越好),样本适当长些以便时域能分清两端分别对待。时域测试与频域测试互相对照,有利于对被测线作出更合理的裁决,到频域后可按〖菜单〗键再选《时域》返回。
4.375Ω系统的补充说明

1PNA本身是50Ω系统测量仪器,在有75Ω配套件的情况下,可在30-1000MHz频段内
对75Ω系统进行测量。
2测回损主要是改用75Ω电桥,该电桥输入输出端口仍为50Ω,故仍然可用原配电缆接上,而电桥测试端口为75Ω,即能按原说明书所述方法对75Ω系统的反射特性进行测试,
·测阻抗或相位或者所测驻波较大时,请用75Ω短路器加校短路。
·对电桥定向性有怀疑时,可用75Ω负载试试,也可采用校零措施。
·改用75Ω电桥测试75Ω系统时所有驻波、回损、相移值都是对的,但阻抗值请
注意还要乘1.5才对。

3测插损在仪器输出输入端各接一根50Ω电缆,在电缆另一端各接一只50Ω到75Ω转换并用75Ω双阴将它们对接起来校直通,然后取出双阴串入待测件即可测出其插损与相移。示意图如下:
4测增益接法与测插损相似,但应加30dB衰减器后校直通,衰减器可以是50Ω的也
可以是75Ω的,各自串入其相应位置,其作法与原说明书相同。
5时域故障定位除改用75Ω电桥外其他与说明书全同,校短路请注意要用细芯子的75
Ω短路器。
6注意:由于75Ω与50Ω两者内导体差别较大,使用时应小心不要插错,粗的插入细的会损坏器件,细的插入粗的则接触不良甚至不通。
775Ω配套件清单
序号名称数量
175Ω电桥1只
275Ω负载1只
375Ω短路器1只
475Ω保护接头1只
575Ω双阴1只
675Ω双阳1只
7JK75-50转换2只


4.4其他非标准系统

中波广播电台有用150Ω以上单端天馈系统的,为此PNA也可选配测150Ω以上的套
件,所谓单端系统就是一线一地制,最好的单端馈线就是同轴线,但同轴线只有50Ω与75Ω两种,因此150Ω以上的馈线,只好将内外导体做成笼形,不妨称为笼形同轴线。也有简单的,用四根线作地线(外导体),一根或两根线作火线(内导体)。此时特性阻抗就分别成为300Ω或230Ω。
PNA原为50Ω系统,对于150Ω以上的天馈系统,只要接上与系统特性阻抗相同反
射电桥,就能测该系统的驻波和回损,所读驻波和回损的数据与显示曲线是对的(测试方法与50Ω相同),但若测阻抗则显示数据要乘以相应的系数才对。
150Ω反射电桥测出的阻抗数值应乘以3。
230Ω反射电桥测出的阻抗数值应乘以4.6。
300Ω反射电桥测出的阻抗数值应乘以6。
由于150Ω以上的插头不太好做,而且被测件又太大,只好用夹子线进行连接。
150Ω以上的电桥的测试口示意图如下。

输入、输出仍为50Ω,只是测试口不同,是用螺钉压接的,注意芯线与地线要与被测件对应,不要接反了。
芯线与地线可用任何直径小于1.5mm的导线插入。
150Ω配套件清单:
1、150Ω电桥1只
2、150Ω负载1只
3、短路器1只
4、连接电缆2根
230Ω配套件清单与300Ω配套件清单同上,只不过换成相应的电桥与负载而已。

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