射频测试基本知识

射频测试基本知识第一章.射频同轴电缆和连接器•1.1射频同轴电缆传输线：微带线，带状线，同轴电缆，波导性能和指标1.特性阻抗Zo：--射频同轴电缆中，电磁波的传播模式是TEM模式，即电场和磁场方向都和传播方向垂直--同轴电缆由内导体，介质，外导体，护套组成特性阻抗与内外导体的尺寸之比，填充介质的介电系数2.特性阻抗的偏差：--一般为50欧姆+/-1欧姆--为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，同时易于设计和加工，广播电视用75欧第一章.射频同轴电缆和连接器性能和指标3.电容和电感：--4.驻波比（VSWR）/回波损耗--入射和反射电压之比，典型值为1.15--电缆类型，半刚性或半柔性电缆较好5.屏蔽--取决于外导体结构单层编织屏蔽：屏蔽效果-50db双层编织屏蔽：-75~-85三层编织屏蔽：-90~-100双层（缠绕+编织）：-100固态：-120，覆盖率100%。6.衰减（插入损耗）--由导体损耗（趋肤效应）、介质损耗（传导电阻）、辐射损耗组成（泄露）--对测试电缆组件，插入损耗是接头损耗、电缆损耗、失配损耗的总和第一章.射频同轴电缆和连接器性能和指标7.功率容量：--峰值功率容量：取决于电缆可承受传输信号的最大电压的能力--平均功率容量：指电缆消耗由电阻和介质损耗所产生的热能的能力。散热取决于热阻，与电缆表面积，表面温度，环境温度，热传导率，气流有关8.传播速度（相速度）--射频信号在电缆中传输的速度和光速的比值，与介质的介电常数有关9.电长度10.电缆的弯曲特性（最小弯曲半径）最小弯曲半径不要小于其直径的10倍，接头与电缆根部的防弯曲工艺第一章.射频同轴电缆和连接器性能和指标11.同轴电缆的无源互调特性三阶互调产物：2f1-f2或2f2-f1同轴电缆的无源互调特性改善原则：1.设备中，采用半刚或半柔电缆代替柔性电缆2.导体表面镀层有足够的厚度3.用单股内导体的电缆4.用表面平滑的高质量接头5.采用足够厚度和均匀镀层的接头6.采用尺寸尽可能大的接头（N型好于SMA型）7.保证接头之间良好的接触8使用非磁性材料的接头第一章.射频同轴电缆和连接器分类与选择半刚性：外导体用铝管或铜管，泄露小于-120db半柔性：半刚性替代品，稳定性不足柔性：编织电缆，测试级电缆，成本高波纹铜管电缆:用于天馈系统。外导体为波纹导管测试电缆组件的选择原则：1.够用原则2.平衡柔软性和电性能指标的矛盾3.关于VSWR4.关于插入损耗（可以被校准）5.关于使用寿命连接器的插拔次数：如N型500次，实际2000次以上，插入损耗0.2db，VSWR无变化第一章.射频同轴电缆和连接器1.2射频同轴连接器针对内导体而言分为有极性：Male(插头，阳头),Female(插座，阴性)无极性：7mm连接器（APC7或叫平接头）反极性：如WIFI设备中，RP-SMA,RP-TNC,RP-BNC基本结构针对外导体的配合方式分为螺纹式：精密型，如N,SMA型卡扣式：BNC（用于低频段，高频段时容易泄露）推入式：用于狭小空间或设备架，如OSP使用寿命：铜材500次，不锈钢1000次，实际远大于此。设计参数：特性阻抗，截止频率第一章.射频同轴电缆和连接器1.2射频同轴连接器1.特性阻抗50Ω,75Ω主要指标2.工作频率范围外导体尺寸越小，介质的介电常数越低，工作频率越高，3.VSWR传输线上电压的最大值和最小值之比4.接触电阻，内外导体接触点的电阻，mΩ级，越小越好5.绝缘电阻，内外导体接触点的电阻，mΩ级，越小越好6.连接器的耐久性（拔插寿命）7.连接器的配接力矩（拔插寿命）越高意味着拔插寿命越长第一章.射频同轴电缆和连接器1.2射频同轴连接器1.N型连接器：良好的无源互调特性射频连接器介绍2.BNC型连接器：一般2G以下场合3.TNC型连接器：改进，良好抗震4.7mm型连接器：无极性5.HN型连接器：耐高压，5kv，最高4G，大功率射频源的输出端和传输线使用6.LC型连接器：耐高压，10KW,最高1G，大功率场合使用7.DIN7-16型连接器：内导体外径7mm，外16mmDIN：DeutscheIndustriesNorm德国工业标准，低无源互调，后改善塑料螺纹8.SMA,SSMA型连接器：超小A型Subminiature，高频9.SMB,SMC型连接器：超小B/C型Subminiature，高频10.3.5MM,2.92mm型连接器：空气介质，SMA升级版第一章.射频同轴电缆和连接器1.2射频同轴连接器11.2.4mm，1.85mm型连接器：空气介质射频连接器介绍12.1mm型连接器：110G频率，昂贵13.QMA,QN型连接器：6G频率，快速连接，占用空间小（对SMA,N型）--新型14.MCX型连接器：快速插拔插入式结构的有极性连接器，类似SMB15.MMCX型连接器：16.SMP型连接器：第一章.射频同轴电缆和连接器1.2射频同轴连接器产生非线性特性原因：导体的接触不良连接器的配接力矩不足，表面镀层不均匀，金属表面氧化，触点表面有杂质和表面腐蚀等射频连接器的无源互调PIM特性射频连接器的寿命射频电缆组件的寿命取决于三个因素：电缆本身的抗弯曲性能电缆和连接头之间的良好连接及其防折弯性能连接器的寿命，实际使用中力矩远小于规定N型力矩07~1.1N.m第二章.衰减器和负载2.1衰减器1.衰减量：传输过程中从衰减器的一端到另一端的信号减少的量值，及S21参数衰减量A（db）=10lgPout/Pin（输出信号电平/输入信号电平:w,mw单位）常用的有3,6,10,15,20,30,40db主要指标和定义4.VSWR即S11/S22参数，等于特性阻抗与衰减器的输入/输出阻抗的比值衰减器有较好的VSWR表现，也可用于阻抗匹配。一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度2.衰减量的频率响应：在25°C时，整个频率范围内衰减量的变化量（db），也称衰减量的平坦度。3.衰减量的偏差：在25°C时，输入功率10mw时测得的插入损耗和标称值的偏差。第二章.衰减器和负载2.1衰减器5.平均功率容量：即在衰减器输出端接特性阻抗，环境温度为25度时可长期加到衰减器输入端的最大平均功率。主要指标和定义8.温度系数：指在最大工作温度范围内插入损耗的最大变化，用（°C）¯¹表示。一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度6.最大峰值功率：7.功率系数：当输入功率从10mw变化到额定功率时，衰减量的变化系数表示为db/（db·w）。变化值的计算=功率系数*总衰减量和功率第二章.衰减器和负载2.1衰减器9.工作温度极限：衰减器工作在最大输入功率时的最高温度。主要指标和定义一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度10.连接器的寿命：正常连接/断开的次数11.无源互调失真：第二章.衰减器和负载2.1衰减器1.固定衰减器：分为片状、同轴、波导衰减器。固定衰减器的冷却方式分为自然、油冷、强制风冷三种。衰减器的分类一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度2.手动可调衰减器：连续可调和步进衰减器3.大功率步进衰减器4.可编程衰减器5.低互调衰减器第二章.衰减器和负载2.1衰减器1.系统的测试误差来自四个方面：--所有连接端口的失配误差--衰减器的标称衰减量偏差--衰减器的衰减量随功率的变化--功率计的误差衰减器的功率系数一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度1.改善信号发生器或频谱分析仪的失配损耗衰减器的应用2.改善网络分析仪的插入损耗测量精度3.在大功率测试中的应用第二章.衰减器和负载2.2负载1.VSWR：--等于特性阻抗与负载的输入阻抗的比值负载的主要指标和定义一种单端口无源器件，当功率输入到负载时，被传输线末端的一端有耗传输线吸收。负载是纯阻性的，不能存在电抗分量。也称匹配负载。只有一个s参数s112.平均功率容量：--环境温度为25度时可长期加到衰减器输入端的最大平均功率；当工作温度升至125度时，允许的输入功率降到额定功率的10%，负载的其他指标不应发生变化。3.最大峰值功率：4.连接器的寿命：第二章.衰减器和负载2.2负载1.匹配负载：--一般负载所指，冷却方式：自然、油冷，风冷，水冷。负载的分类一种单端口无源器件，当功率输入到负载时，被传输线末端的一端有耗传输线吸收。负载是纯阻性的，不能存在电抗分量。也称匹配负载。只有一个s参数s112.失配负载：--特种场合设计。3.低互调负载：1.实验室标准：负载的应用2.用于被测器件的任何空闲端口：3.测试定向耦合器的方向性：4.大功率放大器或发射机的测量：第三章.功率分配/合成器/定向耦合器3.1Wilkinson功率分配/合成器1.插入损耗：--传输损耗和分配损耗之和。2端口3.0db，3:4.8db,4:6.0db,5:7.0db,6:7.8db,8:9.0db基本指标和定义1,2端直接的电长度为工作波长的1/4，阻抗为特性阻抗的1.414倍。2.隔离度：--隔离电阻的相移不可能是0度，I=10lgP2/P3。3.幅度平衡和相位平衡：隔离度和插入损耗的失配效应1.同频大功率合成：功率容量的限制应用2.用于异频功率合成：3.接收机的抗干扰性测试4.功率计校准5.蜂窝手机杂散测试第三章.功率分配/合成器/定向耦合器定向耦合器--无源和可逆网络。--输入端，输出端，耦合端，隔离端--可以由同轴、波导、微带和带状线电路组成。用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成。测试仪器的正向和发射信号的取样。基本指标和定义1.耦合度：输入端与耦合端的功率比值C=10lgP1/P32.插入损耗：3.隔离度和方向性：应用1.用于功率合成系统2.用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量：3.用于信号取样和监测：4.用于大功率的在线测量：第四章.滤波器定向耦合器--无源和可逆网络。--输入端，输出端，耦合端，隔离端--可以由同轴、波导、微带和带状线电路组成。用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成。测试仪器的正向和发射信号的取样。基本指标和定义1.耦合度：输入端与耦合端的功率比值C=10lgP1/P32.插入损耗：3.隔离度和方向性：应用1.用于功率合成系统2.用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量：3.用于信号取样和监测：4.用于大功率的在线测量：第四章.滤波器--一种选频电路，让某些频率通过而抑制其他频率。--一个信号源产生0dbm的载频信号f1时，同时也会产生一个-20dbm的二次谐波2f1--可分为低通：让低于-3db截止频率fᴄ以下直至直流的信号都通过，而高于fᴄ的抑制。高通：让高于-3db截止频率fᴄ以上的信号都通过，而低于fᴄ的抑制带通：让-3db频段内的信号通过，其他频段抑制，可用1/4波长谐振腔构成带阻：陷波器，抑制了3db频段内的信号，其他信号通过。指标1.通带频率范围和插入损耗：通带频率范围：指插入损耗小于某个指定值时的相应频率范围通带频率范围内的插入损耗滤波器的输入功率和输出功率之比。常以-3db作定义标准概述2.带外抑制和截止频率：带外抑制：滤波器在定义的通带范围以外的衰减，或针对某个频段的衰减中间有过渡带，尽可能窄，需要增加滤波器的节数第四章.滤波器指标3.带通滤波器的Q值（品质因子）：Q=f0中心频率/BW带宽，描述过渡带的陡峭和平坦4.矩形系数：定义为阻带带宽和通带带宽的比值也可定义为某个带外抑制带宽和3db带宽的比值5.功率容量：与其体积成正比，腔体滤波器的功率容量大于微带滤波器的容量6.VSWR：通带的典型VSWR可小于1.3，而在阻带内是失谐的，理论上为无穷大，实测大于18.如一个带着谐波的载频信号进入滤波器，原本-20dbm的谐波，衰减了40db，实际处于阻带部分，绝大部分被滤波器反射回源的方向。7.寄生通带：由分布参数频率响应的周期性所引起，表现在离通带（或阻带）一定的频率间隔处又重复出现看通带（或阻带）8.无源互调：如f1，f2两个信号进入后，输出端产生2f1-f2,2f2-f1两个互调信号。第四章.滤波器双工器和多工器