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無(wú)源射頻器件插入損耗如何精確測(cè)量?感興趣的看過(guò)來(lái)

發(fā)布時(shí)間:2015-03-04 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】通帶插入損耗是無(wú)源射頻器件的重要指標(biāo)。常見(jiàn)的單臺(tái)功率計(jì)輸入輸出測(cè)試法不能獲得準(zhǔn)確結(jié)果。本文解釋了產(chǎn)生誤差的原因,并描述了一種在工程中極為實(shí)用的雙功率計(jì)測(cè)試法。本文還強(qiáng)調(diào)了測(cè)試電纜和接頭對(duì)測(cè)試精度的重要作用,而這些問(wèn)題在工程中是往往容易被忽略的。
 
通帶插入損耗是無(wú)源射頻器件的主要指標(biāo)。典型的插入損耗值相對(duì)較小,因此用普通的測(cè)量方法很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試精度。在實(shí)驗(yàn)室和工廠,通常采用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái) 測(cè)量插入損耗。用常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)作為信號(hào)源和射頻功率計(jì)如BIRD43 或同類(lèi)的儀器很難精確地測(cè)量出大功率狀態(tài)下的插入損耗值。實(shí)際上,在大功率狀態(tài)下不能直接測(cè)量插入損耗,插入損耗值必須通過(guò)被測(cè)器件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DUT)的 輸出輸入射頻功率比進(jìn)行計(jì)算而得,公式如下:
IL(dB)=10 lg (Po / Pi )
 
其中Pi 和Po 分別為DUT 的輸入和輸出射頻功率。
 
3、單臺(tái)功率計(jì)測(cè)試法
 
通常用一臺(tái)功率計(jì)來(lái)測(cè)量器件的輸入輸出功率不可能有足夠的精度來(lái)校驗(yàn)插入損耗的出廠指標(biāo),產(chǎn)生誤差的原因有很多。
 
圖1描述了一種功率測(cè)量的常見(jiàn)方法。DUT 在工作頻率上的插入損耗的插入損耗指 標(biāo)是-1.5dB。功率計(jì)采用帶50W 探頭的BIRD43 型,發(fā)射機(jī)則采用30W 移動(dòng)收發(fā)信機(jī),用于連接設(shè)備的是任意長(zhǎng)度的同軸電纜。
單臺(tái)功率計(jì)測(cè)試法
在圖1A 中,發(fā)射機(jī)通過(guò)功率計(jì)和測(cè)試電 纜1,2 連接到DUT。當(dāng)發(fā)射機(jī)打開(kāi)時(shí),功率計(jì)指示32.3W 的正向功率,記為Pi=32.3W。在圖1B 中,發(fā)射機(jī)通過(guò)電纜1 與DUT 連接,而此時(shí)DUT 的輸出則通過(guò)電纜3,功率計(jì)和電纜2 與負(fù)載連接。此時(shí)功率計(jì)指示20W 的正向功率。記為P o=20.0W。
 
經(jīng)過(guò)上述的測(cè)量,可將插入損耗計(jì)算如下:
 
IL(dB)=10 lg (20/32.3)= - 2.1dB
 
顯然這個(gè)結(jié)果與出廠指標(biāo)不符,是指標(biāo)錯(cuò)了嗎?在下任何結(jié)論之前,讓我們來(lái)看看單功率計(jì)測(cè)量法所固有的可能產(chǎn)生誤差的原因。
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3.1、產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因

3.1.1、發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗的變化
 
在 圖1A 和1B 中,不同長(zhǎng)度的電纜被用于連接DUT 和發(fā)射機(jī)。如果DUT 的輸入阻抗不是純阻并且不等于50 歐,則如改變DUT 和發(fā)射機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度,也會(huì)引起呈現(xiàn)在發(fā)射機(jī)的負(fù)載阻抗的幅度和相位的改變。因此,當(dāng)從DUT 的輸入輸出端移動(dòng)功率計(jì)和電纜而引起阻抗變化時(shí),發(fā)射機(jī)的輸出功率也將隨之而變化。
 
3.1.2、功率計(jì)的位置
 
在端接失配或電抗性負(fù)載的傳輸線(xiàn)上存在著駐波。由于負(fù)載駐波的存在,在不同的點(diǎn)上,用功率計(jì)進(jìn)行的功率測(cè)量所得的結(jié)果也不同。
 
3.1.3、電纜及固有插入損耗
 
在計(jì)算插入損耗時(shí),必須考慮到會(huì)影響功率測(cè)量的內(nèi)部連接電纜的損耗。在上述測(cè)量中,出廠指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的誤差為0.6dB。如果測(cè)試發(fā)射機(jī)不穩(wěn)定,誤差將會(huì)更大。
 
3.1.4、發(fā)射機(jī)的不穩(wěn)定性
 
如果負(fù)載阻抗不是50 歐純阻,可能引起某些發(fā)射機(jī)的功率放大器的不穩(wěn)定。尤其是諧振器件(如腔體濾波器),會(huì)在截止響應(yīng)頻率上產(chǎn)生一個(gè)很大的電抗。這可能會(huì)引起參量振蕩,從而 在DUT 的通帶以外產(chǎn)生很大的輸出功率。如果發(fā)射機(jī)產(chǎn)生振蕩,則功率計(jì)所測(cè)得的發(fā)射 機(jī)輸出功率將會(huì)包括雜散功率。如果大部分雜散功率被DUT 衰減掉,則結(jié)果將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“假的插入損耗”。根據(jù)雜散載波功率比和DUT 的響應(yīng),甚至可能會(huì)產(chǎn)生更大的插入損耗測(cè)量誤差。
 
在圖1C 中,發(fā)射機(jī)通過(guò)一條更短的、不規(guī)則長(zhǎng)度的電纜與DUT(濾波器)連接,于是,產(chǎn)生了振蕩,DUT(濾波器)輸出端上功率計(jì)和正向功率讀數(shù)僅為15.5W,因?yàn)榇蠹s有4.5W 的雜散功率沒(méi)有通過(guò)DUT(濾波器)。此時(shí)可求得插入損耗為:
 
IL =10Lg(15.5/32.5)=-3.2dB
這個(gè)結(jié)果當(dāng)然是完全錯(cuò)誤的。
 
4、推薦的測(cè)試方法
 
我們推薦一種雙功率計(jì)測(cè)量法,這種方法將會(huì)避免上述的大部分問(wèn)題。首先用圖2A 的測(cè)試步驟獲得用于校正測(cè)試設(shè)備的插入損耗和功率計(jì)的相對(duì)校正誤差的功率計(jì)讀數(shù)。而圖2B的步驟則用于測(cè)量輸入和輸出功率。
 
電纜1 被切割成一定的長(zhǎng)度,從而保證從發(fā)射機(jī)的輸出到功率計(jì)的輸出之間的總傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度為測(cè)試頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。這樣可以保證由發(fā)射機(jī)看去的負(fù)載阻抗與連接在 功率計(jì)1 上的DUT 的阻抗相等。在功率計(jì)的操作手冊(cè)上,通常包括了對(duì)于不同的頻率范圍所需的測(cè)試電纜的最佳長(zhǎng)度。
推薦的測(cè)試方法
在 圖2B 中,功率計(jì)1 和2 用一條很短的電纜或N(M)-N(M)轉(zhuǎn)接器與DUT 的輸入和輸出連接,也可用90 度彎角的N(M)-N(F)轉(zhuǎn)接器以便于功率計(jì)與DUT 之間的連接。在圖2A中,功率計(jì)之間的連接與圖2B 相同,只是中間附加了一個(gè)N(F)-N(F)轉(zhuǎn)接器代替DUT。
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在圖1和2中,50歐負(fù)載電阻應(yīng)通過(guò)一條短同軸電纜或N(M)-N(M)轉(zhuǎn)接器與功率計(jì)2的輸出連接。如果負(fù)載的回波損耗為-30dB(駐波比小于1.06)或更好,則功率計(jì)與負(fù)載電阻之間的傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度不需要特別要求。
 
測(cè)試步驟如下:
 
1). 如圖2A 所示,將功率計(jì)1 和功率計(jì)2 直接相連,打開(kāi)發(fā)射機(jī)并記下正向功率讀數(shù)P1 和P2。
 
2). 關(guān)閉發(fā)射機(jī),并在功率計(jì)1 和2 之間接入DUT,如圖2B 所示。
 
3). 再打開(kāi)發(fā)射機(jī)并記下正向功率讀數(shù)P3 和P4。
 
4). 插入損耗計(jì)算如下:
 
IL(dB)=10lg(P1×P4 / P2×P3)
 
在前述例子中,所獲得的腔體濾波器的測(cè)量結(jié)果如下:
 
P1=28.7W P3=28.0W
P2=24.0W P4=16.8W
 
所求得的插入損耗為:
 
Po / Pi =(28.7×16.8/24.0×28.0)=0.7175
IL = 10lg(0.7517)= -1.44dB
 
這個(gè)結(jié)果與被測(cè)濾波器的出廠指標(biāo)相差小于0.1dB。
 
其他注意事項(xiàng):
 
1). 應(yīng)采用最好的電纜和接頭。如可能接頭應(yīng)壓接和焊接。劣質(zhì)的接頭會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。
 
2). 絕對(duì)不要使用UHF(SL16)接頭或轉(zhuǎn)接器。
 
除了在VHF 頻段外,UHF 接頭的阻抗特性非常壞,因此在功率計(jì)上必須采用N 型 接頭。
 
3). 檢查發(fā)射機(jī)的頻譜純度,相對(duì)于載頻的雜散輻射和諧波必須小于60 至70DB。
 
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