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射頻同軸電纜特性阻抗Zc的測試

2011年11月07日 14:42:16人氣：3614來源：安徽萬邦特種電纜有限公司

射頻同軸電纜特性阻抗Zc的測試

一、λ/4線接負載法

1、測試方法與步驟：

·待測電纜一段，長約半米（無嚴格要求），兩端裝上連接器。掃頻范圍由儀器低頻掃到百余兆赫即可。對于其它長度的電纜，掃頻范圍請自定。

·儀器工作在測反射（或回損）狀態(tài)，作完校正后畫面應(yīng)選阻抗圓圖。

·在測試端口接上待測電纜，電纜末端接上精密負載。

·畫面不外三種情況：

軌跡集中為一點，則Z_C = Z₀（測試系統(tǒng)特性阻抗，一般為50Ω）。

軌跡呈圓弧或圓圈狀，在圓圖右邊，則Z_C > Z₀。

軌跡呈圓弧或圓圈狀，在圓圖左邊，則Z_C < Z₀。

·將光標(biāo)移到zui接近實軸的點上，記下此點的電阻值R_in（不管電抗值）。

例如：R_in= 54Ω，則Z_C = 52Ω，若R_in= 46Ω，則Z_C = 48Ω。

若軌跡不與實軸相交，則掃頻范圍不夠或電纜太短；若交點太多，則掃頻范圍太寬或電纜太長。

2、優(yōu)點

軌跡直觀連續(xù)，不易出錯。

連接器的反射可以通過λ/4線抵消。

3、缺點

必須截取短樣本。

必須兩端裝連接器。

電纜質(zhì)量必須較好，否則不同頻率的測試結(jié)果起伏較大，不好下結(jié)論。

4、物理概念與對公式的理解

λ/4線有阻抗變換作用，其輸入阻抗Z_in與負載阻抗Z_L之間滿足Z_in= Z_C²/Z_L關(guān)系。

現(xiàn)在Z_L= Z₀，Z_in= R_in，代入展開即得上面的Z_C計算公式。

λ/4線的阻抗變換公式是*的，但作為特性阻抗的測試方法卻未曾見。在測阻抗曲線試驗中發(fā)現(xiàn)，與實軸相交的這一點是可用來測特性阻抗的；因為它把矛盾擴大了，反而更容易測準(zhǔn)。由于曲線是很規(guī)矩的，不易出錯。但必須用*個交點，即除原點以外的zui低頻率的與實軸zui近的一點，用第二點就可能出問題。換句話說，待測電纜的電長度應(yīng)為λ/4的奇數(shù)倍，不能是偶數(shù)倍。

二、λ/8線開、短路法

1、測試方法與步驟：

·樣本與掃頻方案對于已裝好連接器的跳線，長度已定，只能由長度定掃頻方案而對于電纜原材料，則可以按要求頻率確定下料長度。此時待測電纜一頭裝連接器即可。

·樣本長度與掃頻方案是相互有關(guān)的，可以點頻測也可以掃頻測，取值要取相位靠近270⁰時的電抗值，此時電長度為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)。測試頻率宜低些，以減少連接器，以及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500mm，其電長度即為700mm（乘1.4波速比），掃頻方案可選46～56 MHz，ΔF=2MHz即可。

·儀器在測反射（或回損）狀態(tài)下，電橋輸入端與輸出端要求各串一只10dB衰減器。在測試端口作過校正后，畫面應(yīng)選阻抗圓圖。接上待測電纜。記下待測電纜在末端開路時的輸入電抗值X_in0（不管電阻值），與短路時的輸入電抗X_ins（不管電阻值）兩者相乘后開方即得特性阻抗值。

·一般測試只選一點zui靠近270°的點（即-j50Ω附近的值），及其在短路時的電抗值（在+j50附近，是多少就是多少，不能選。）進行計算即可，要求高時，可在50±10Ω范圍內(nèi)選5點進行平均，這5點之間起伏不應(yīng)大于0.5Ω，否則電纜質(zhì)量不好。

2、優(yōu)點

只需裝一個連接器。

樣本較短，能反映某一段電纜的真實特性阻抗。

3、缺點

必須截取短樣本。

短樣本的損耗很小，開、短路的阻抗變化很大，對儀器有一定的牽引作用，故需在電橋輸入輸出端各串入一個衰減器。

·電纜質(zhì)量必須較好，否則不同頻率的測試結(jié)果起伏較大，不好下結(jié)論。

4、物理概念與對公式的理解

短樣本的損耗很小，可按無耗傳輸線處理。若短樣本的長度為，末端開路時的輸入阻抗為，末端短路時的輸入阻抗為。

則： =， = 所以

事實上，與皆呈現(xiàn)純電抗性，不必計入電阻值。

考慮到測試與計算的準(zhǔn)確度，電長度宜為其λ/8（此時為45°，數(shù)值計算誤差zui小。實在不行，也不要短于3°，或長于87°）。

注意:盡量用λ/ 8的頻點進行測試，也可用5λ/ 8、9λ/ 8、13λ/ 8等等。但不能用3λ/ 8、7λ/ 8、11λ/ 8等等。

三、長電纜開、短路法

經(jīng)常需要對成捆電纜進行測試。

1、測試方法與步驟

·儀器按測回損連接（電橋兩端不必加串10dB衰減器），按規(guī)定測試頻點設(shè)置列表掃頻方案，待測電纜一端裝連接器。

·儀器在測試端口作完校正后畫面應(yīng)選阻抗圓圖。接上待測電纜，測其末端開路時的輸入阻抗Z_ino,與末端短路時的輸入阻抗Z_ins。兩者相乘后開方即得特性阻抗值（只管模值，不計相位）。

2、優(yōu)點

只需裝一個連接器。

無須截取短樣本，不破壞原包裝。

3、缺點

只能測平均特性阻抗。

4、物理概念與對公式的理解

此法見國標(biāo)GB/T 18015.1-2007中的3.3.6.2.2。

成棞電纜長度多在百米以上，這就要用到有耗傳輸線公式了。此時：

=， =，，代入各自的分量得：

從前一個式子來看，與無耗線*相同，但是展開后卻多了電阻分量，而變成復(fù)數(shù)求模（只要值，不計相位）。

由于這個Z_C是在長電纜的情況下測出的，除非電纜很均勻才是Z_C，否則只能是Z_C的平均值Z_CA。

四、長電纜接負載法

用終端接匹配負載時的輸入阻抗Z_inm來代替Z_C_。

1、測試方法與步驟

·成棞待測電纜，兩端裝上連接器。掃頻范圍由儀器低頻掃到zui高使用頻率。

·儀器工作在測反射（或回損）狀態(tài)，作完校正后畫面應(yīng)選阻抗圓圖。

·在測試端口接上待測電纜，電纜末端接上負載。

·記下圓圖上的輸入電阻R_in的zui大值與zui小值，以其作為Z_C的zui大值與zui小值。

2、優(yōu)點

無須截取短樣本，不破壞原包裝。

對電纜進行了全頻段的掃描。

3、缺點

對電纜提出了超標(biāo)準(zhǔn)的要求，有些能用的電纜也被判為不合格。

4、物理概念與對公式的理解

無窮長均勻電纜的輸入阻抗就是電纜的特性阻抗，因為無窮長均勻電纜上是沒有反射波的。因此在很長的電纜末端接上負載后，反射也很小，可以認為其輸入阻抗就是特性阻抗，即Z_in= Z_C 。見于國標(biāo)GB/T報18015.1-2007中的3.3.6.2.3之b）（A.5）。

問題是電纜并不均勻，因此測出的是頻段內(nèi)的極值；這就對電纜提出了更苛刻的要求。雖然此法對質(zhì)量zui有保證，而且測試也很簡便，但不易通過驗收測試。

五、測電纜電長度與電容法

1、測試方法與步驟

·待測電纜一段或一捆，長度在1.5～2000m之間。一端裝上連接器，一端開路。

·用電容表測出內(nèi)外導(dǎo)體之間的電容C₀ 。

·用網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域故障定位功能，測出待測電纜的電長度L_e。

·Z_∞是平均特性阻抗在高頻時的漸進值，在長度用m，電容量用pF作單位時

Z_∞ = 3333×L_e / C₀

2、優(yōu)點

無須截取短樣本，不破壞原包裝。

數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，而且是惟一的，容易下結(jié)論。

幾個實例：

·1.5米SFCJ-50-3，用6米檔測得L_e為1.95米，C₀=138pF，特性阻抗=47.1Ω。

·25米SFF-50-7，用60米檔測得L_e為35.99米，C₀=2410pF，特性阻抗=49.8Ω。

·65米RG-142，用300米檔測得L_e為93.2米，C₀=6110pF，特性阻抗=50.8Ω。

3、缺點

只能測平均特性阻抗。

4、物理概念與對公式的理解

本法來源于GB/T 17737.1-2000中11.8.1.2，原公式為

Z_∞ = L_e /（c×C₀）

式中：L_e ——試樣在200MHz附近的電長度；1.5m≤試樣長度≤2000m

c ——自由空間的傳播速度3×10⁸m；

公式是這樣推導(dǎo)出來的：

單位長度電容C₁= C₀ / L_e,

而光速=，代入前式即得。

式中L₁為單位長度電感。

原要求在200MHz附近測試電長度，而在200MHz附近測群時延時，數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定。這里改為時域測試，數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定。

原方法中，還有一種是測相位變化360度時的頻率變化，此法似乎更難實現(xiàn)。

六、時域測端面反射法

1、測試方法與步驟

·用時域反射計測標(biāo)準(zhǔn)線與待測電纜之間的端面反射Γ。電纜長度不拘，但不宜短于0.15米。

·記下Γ的大小與正負。

·按公式計算Z_C:

Γ_i是系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)線之間的反射系數(shù)。

2、優(yōu)點

無須截取短樣本，不破壞原包裝。

真正測的是斷面參數(shù)，或者說是zui接近斷面參數(shù)。

3、缺點

標(biāo)準(zhǔn)線難尋。

連接器的反射影響較大。

4、物理概念與對公式的理解

標(biāo)準(zhǔn)線上是沒有反射的，只有與端面相連處不連續(xù)才有反射，因此此法測出的參數(shù)zui接近斷面參數(shù)。本法來源于GB/T 17737.1-2000中11.8.2。

關(guān)鍵詞：連接器電容表網(wǎng)絡(luò)分析儀

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