利用矢量網絡分析儀測試射頻電纜

王妮

摘 要：射頻電纜的測試是高頻元器件中最基礎的測量，但在測試過程中會出現影響測試結果及精度的因素，本文對利用矢量網絡分析儀對各個參數的測試及其電纜測量中會出現的問題和解決的方案進行的討論。

關鍵詞：矢量網絡分析儀；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絡分析儀對它們進行測量，它能提供最新的、最選進的技術達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、駐波等）。本文將講述矢量網絡分析儀測量基本的微波元件電纜時的一些現實問題和相關的解決方案。

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，主要參數是阻抗和損耗，這種電纜通常電導為零，因此唯一的損耗是串聯電阻產生的損耗。

預測量-校準

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

對于低損耗的器件的系統(tǒng)設置而言，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功率應該足夠低以確保測試接收機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，選擇矢量網絡分析儀的傳輸響應中的S21?？芍苯訙y量出其他各頻段衰減。不過，任何電纜的測量都應該在步進掃描模式下進行，對于非常長的電纜，插損非常大。從而IF帶寬應該設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絡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，對于長電纜而言，電纜的損耗減小了失配效應，完全二端口校準的輸入和輸出失配校正在一定程度上補償了失配損耗。對于短電纜，接頭間的失配會造成電纜測量中嚴重的波紋。

如下圖1所示，一條高品質的2m電纜的衰減，網分測試能仔細的看到所測試各頻段點的衰減。

圖 1 1.2長電纜測量結果

回波損耗測量

隨著測量儀器的更新進步。現在的矢量網絡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，測量數據更直觀。射頻電纜兩端的接頭一般具有相應的校準套件，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。

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

電纜長度和時延

對于長電纜，一個關鍵問題是對相位響應的欠采樣，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“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

根據公式可計算出此條電纜延時大概在33ns。根據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和群延時，從（a）看出，它是儀器默認的201掃描點數對5GHz頻段進行測量，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，但群延時是負的。而再次增加掃描點數，（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。是理想的結果。

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

矢量網絡分析儀在射頻元器件測量方面性能出色，只有進行合理的測試參數才能得到校精確的測試結果 ，文章介紹了矢量網絡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。