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射频丈量基本原理

在射频测试中,人们把待测件看成是个射频网络。这里所指的网络是指一个盒子,不管大小如何,中间装的什么,我们并不一定知道,它只要是对外接有

射频测验中,人们把待测件看成是个射频网络。这儿所指的网络是指一个盒子,不论巨细怎么,中心装的什么,咱们并不必定知道,它只需是对外接有一个同轴衔接器,咱们就称其为单端口网络(习惯上又名负载ZL),它上面若装有两个同轴衔接器则称为两头口网络。

一、单端口网络的测验

最简略的单端口网络为负载,口上为衔接器,后边接一个无感电阻。杂乱的或许是个天线的进口。单端口网络的对外参数只需一个反射系数Γ,其他参数如回损、驻波比与阻抗,皆可由其导出。最常用的测反射系数的器材为反射电桥。

1.反射电桥

反射电桥又称电桥反射计或定向电桥,它不过是测反射系数的传感头。它只能测反射并不能测入射。由于它的输出正比于反射系数,因而取名反射电桥是十分恰当的。有人称为驻波电桥,其实驻波电桥只适于那种在里面已装入检波二极管,因而只需崎岖信息没有相位信息的电桥。

(1)根本原理

原理图与惠司顿电桥彻底相同,只不过结构尺度改小适于高频衔接,并且不再主意调平衡,而是直接取出差错电压罢了。

如图所示,除非ZX= Z0不然a、b两点间是有差错电压Vab的。输出正比于反射系数。反射电桥的称号也由此而来。

(2)电桥的根本性能参数

定向性:在电桥测验端口经开短路校对后呈一根水平线,在接上精细负载后,光点应下降,其dB值即定向性。定向性有35dB就不错了,对一般丈量捉襟见肘;要求高时,要用精细负载校零反射,校后有用定向性即与负载的回损值适当。

测验端口反射:这是指由测验端口向电桥内部看去是否匹配的一个目标,这个目标作到20dB(回损)左右就不错了。这个目标首要影响大反射的丈量,而一般首要是测小反射,因而影响不算大,要求高时可加作三项校对校掉。

插入损耗:输入端与测验端间的插损在6dB左右,而输入端与输出端的插损理论值为12dB。

(3)留意事项:这种桥很易损坏,首要是插头超差所引起,这儿面有个L-16与N型的问题,尽管已于1990年2月1日宣告国标衔接器也选用N型。但实践上L-16仍在许多运用,这样构成若用N型作桥,则L-16插大将损坏电桥,而按L-16作桥则螺纹不对,并且缝太大,对高频晦气。

2.三项校对

由于组成仪器的各个功能块由于组成仪器的各个功能块(包含反射电桥)并不抱负,为了进步仪器准确度,就有个校对问题。在对单端口网络进行测验时,要作三项校对。

(1)、开路校对

开路校对的本质便是校Γ=1的这一点,频率不高(如2GHz以下)时,只需电桥测验口空着即可。频率高或对相位要求高时,最好接上开路器进行开路校对。

(2)、短路校对

短路校对的本质便是校Γ=-1的这一点,只需在电桥测验口接上短路器进行短路校对即可。

(3)、校零

校零的本质便是校Γ= 0的这一点,当电桥定向性不到30dB时,或测较小的反射时,需求进行校零。在电桥测验口接上精细负载,即可进行校零;精细负载的回损在运用频段内应优于40dB。

3.驻波丈量中几个实践问题

⑴ 仪器不是没有差错的

一个待测件在两台仪器上测出的数据是不会彻底相同的,由于每台仪器都有必定的差错,那么差多少是合理的呢?这就要作差错估量了。关于一个定向性为40dB的电桥来说,表明入射到反射的漏过信号为0.01,这也便是不确定度的巨细;设待测件的的反射为Γ,则读出的反射将为两者的矢量和,由于两者之间的相位可为任何值,其结果是:

Γmax=|Γ|+0.01, Γmin=|Γ|-0.01,即Γ值崎岖±0.01。

若定向性为30dB,则Γ值崎岖±0.0316。由此也可算出驻波比值的规模或回损值的规模。

在三项校对中,这个定向性缺乏引进的差错,可由精细负载来校零(也有称校匹配的),其本质是以负载的反射为零。这在1GHz以下仍是办得到的,而实践上负载也是有反射的。假设负载也是40dB,那校不校也就无所谓了。假设负载劣于40dB,那反而校坏了。作为工程运用,不宜提出过高要求。对立出在有时某一产品在这台仪器上合格而在另一台仪器上不合格,但有时又反过来。这时的本质是产品作得太临界。产品目标必定要留有余地,不然这种对立永久存在,靠换仪器来使产品过关仅仅权宜之计。总归对仪器的差错规模要有所了解,射频器的差错总是比低频仪器的差错大些的。

⑵.留意避免电缆出问题

实践丈量中要避免电缆出问题。不是真实必要,不宜通过电缆来进行测验,不然电缆的不完善将影响测验精度。作为测验电缆有必要通过查验,其回损优于30dB为宜。随意找一根电缆或许只需十几个dB那是不行的。电缆欠好能否进行三项校对来进步精度呢?原则上是能够的。

即便作为衔接电缆,也常因接触不良与开短路现象构成仪器不能正常作业,一般以为是仪器毛病,其实多半是电缆出了问题。

二、两头口网络的测验

两头口网络的种类许多,最常用的便是两头装有衔接器的一段电缆,一般用的为衔接电缆,测验用的为测验电缆。其他还有衰减器、扩大器等等。

两头口网络的外部特性,要用四个参数才干彻底表明。一般只测两个参数已足,若超越两个,关于普及型仪器只好掉头进行测验。

关于无源器材,这两个参数即回损与插损。当两头口网络的出口端接上精细负载后,测其入端回损时。测验原理及办法与单端口网络彻底相同,不再重复。下面首要介绍插损测验问题。关于扩大器,首要的参数为增益,而仪器中测增益是使用衰减器将增益抵消后构成的插损折算后得到的。因而对仪器内部而言,仍然是在测插损。

1.插损测验

在一传输线体系中, 一般都会提出整个体系的插入损耗(简称插损或IL)不得大于某一规定值的要求, 若体系不止一个器材, 则每一个器材(一般为两头口网络)也都有各自的插损目标,因而测插损是常常碰到的一个很实践的问题。

一般的作法是选用替代法, 先将网络分析仪的输出端与输入端间, 用两根电缆通过一个短的转接器(一般为双阴或双阳)衔接起来校直通, 然后将转接器去掉接入待测件即可测出插损。可是测验值有时偏大, 有时偏小, 乃至呈现扩大现象, 这在测小插损时常常会碰到, 尤其是测较长电缆时,会呈现崎岖较大且较多的现象。

失配对测验的影响:上面说到的替代法, 是通过串入待测件后进口收到的信号变小后来算出插损的。假设整个体系(即源出口, 两根电缆, 转接器, 进口)是抱负匹配的, 则测出的损耗是对的。 可是抱负匹配这个条件只在较低频率下存在, 而一般情况下是不抱负的, 也便是说测验体系中有多处反射存在。进口的信号(除了入射的通过插损的信号外,还有反射信号)将跟着各信号的叠加或相消而崎岖。

在一般情况下,插损为1-|Γ|2,式中Γ应理解为ΓΣ,由此算出的崎岖规模见表:

体系回损 (dB)

10

15

20

25

30

测验差错 (±dB)

1.74

0.55

0.18

0.054

0.017

体系回损是指待测件向两头看去的回损。表中±号暂不去管它, 由于测验差错是指衰减仍是指信号说法相反, 咱们只需知道影响的规模即可。为了削减测验差错, 就要主意改进各器材的失配或许测出各端口的等效网络参数进行批改,常称全端口校对(如12项校对或TRL校对)。

2.散射参量简介

在射频电路中,一个两头口网络的特性,可用4个散射参量彻底表明出来。两个端口中,1表明输入端口,2表明输出端口。

S11为网络本身在端口1引进的反射,也便是当端口2接上精细负载时由端口1测出的反射系数Γ。若端接的负载不抱负,需要通过批改才干得到正确的S11 。一般只对其绝对值感兴趣,因而也有用回损或驻波比来表明的。

S21当端口2接上匹配负载时,关于无源网络,S21为端口1到端口2的传输系数T;一般也只对其绝对值感兴趣,关于无源网络,常用插损来表明;关于扩大器,则为增益。

S12与S21方向相反,关于可逆网络,两者相同;关于不行逆网络,S12为隔离度。

S22与S11相通,是当端口1接上精细负载时由端口2向网络内看的反射系数。

简略的网络分析仪只能测S11与S21,要测S12 与S22时,需要将两头口网络掉过头来进行测验。

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