射频基础知识提高射频和微波测量的准确性
时间：10-02
整理：3721RD
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任何一个ＤＵＴ都位于信号发生器和分析仪之间，而连接ＤＵＴ和仪器之间的桥梁就是测试附件或测试系统。千万不要忽视这些测试附件，有条件时，最好能固化这些测试附件使之成为一个标准化的测量系统。仪器供应商在提供整机时，最多会提供到与仪器的最高工作频率相符的测试电缆。而在真正的测试过程中，会遇到各种不同的情况而需要采用不同的附件，所有这些附件都会影响到测量结果的准确性，这就需要测试者对相关的测试附件有深入的了解。常用的测试附件也有路由器件和调控器件二大类。
选择正确的测试电缆和连接器
在选择测试系统中电缆的规格时，除了要考虑插入损耗和ＶＳＷＲ以外，电缆的稳定性一定要好。在射频和微波频段，常用的电缆分为半刚性电缆，半柔性电缆和柔性编织电缆等三种。
半刚性电缆
顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成，其射频泄漏非常小（小于－１２０ｄＢ），在测试系统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。由于固态聚四氟乙烯的介电常数较高，所以插入损耗也相对较大些，一种较好的替代材料是低密度的聚四氟乙烯，这种材料具有更低的介电常数，因此具有更高的工作频率，更低的插入损耗和ＶＳＷＲ。
半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，在标准化的测试系统中被大量采用。
半柔性电缆
半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。
柔性（编织）电缆
柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。
柔性电缆必须保持在弯曲条件下幅度和相位的稳定。通常来说，单股内导体的电缆有利于幅度的稳定；多股内导体的电缆有利于相位的稳定，可见仅这二项指标就难以二全了。无论弯曲性能多好，电缆制造商总是不希望操作者在过度弯曲的情况下使用柔性测试电缆，通常推荐的弯曲半径不应该小于电缆直径的十倍。
柔性电缆的设计从某种程度上违背了低无源互调的设计原则，所以柔性电缆少有低无源互调型号的。此外，过度弯曲也会导致其无源互调指标的更加恶化。
为了便于弯曲，柔性电缆采用编织层作为外导体，在这种结构下，电磁波会从缝隙中泄漏出来，虽然有些高端的微波电缆测量采用箔状材料作为外导体，其射频泄漏指标仍然远不如半刚性电缆，不过作为射频和微波测量，－９０ｄＢ到－１００ｄＢ的泄漏指标已经足够了，大部分的微波电缆都可以做到这个水平。
为了降低电缆的插入损耗和提高截止频率，高端的微波电缆几乎都采用低密度的聚四氟乙烯介质，这也是影响电缆成本的原因之一。由于加工的原因，可以发现并不是每一批次出厂的电缆的介电常数都很稳定。不过笔者认为，在选择测试电缆时，并不需要一味的追求低损耗，因为测试电缆的损耗可以在测试的时候加以校准，很多仪器都有偏置（Ｏｆｆ－ｓｅｔ）功能，可以直接将电缆的插入损耗输入仪器，即使没有，用人工方法也很容易的做到这一点。倒是有一点需要注意的，在宽带或者自动化测试场合，电缆的频响特性会直接影响到测试结果的幅度精度，有条件和必要时可以采用均衡技术加以补偿。
要注意观察接头和电缆连接部位的工艺，这会影响到电缆的使用寿命。在这个部位，电缆和接头之间有一个硬接触点，很容易造成电缆的断裂。这并不是简单采用普通的热缩套管就可以解决问题的。接头的材料也是决定测试电缆寿命的主要因素，一般来说，采用铜外导体的接头的使用寿命不如不锈钢材料。在满足力矩的前提下，前者的寿命是５００次，后者是１０００次。这项指标的定义是在到了寿命后，接头的出厂指标开始下降，而不是说这个接头就要报废了。正常情况下，电缆接头的寿命要远大于上述指标。
总的来说，柔性测试电缆的指标一定要好，选择一条柔性测试电缆要从频率，损耗，ＶＳＷＲ，接头材料，使用寿命，射频泄漏，无源互调和成本等诸方面因素综合考虑，而不是单纯从价格来考虑。所幸的是，通过不断的技术创新，现在已经有低成本的微波测试电缆面世以满足生产线大规模测试应用，详情可以和本文作者直接联系。
并不是每条测试电缆都能适合ＤＵＴ的接口，所以经常需要用到射频转接器来完成转接。通常，ＶＳＷＲ指标是射频转接器选择的主要依据，无论怎样强调射频转接器的ＶＳＷＲ指标都不为过。以Ｓ参数测量为例，当一个矢量网络分析仪经过校准后，通常可以将内置定向电桥的方向性校准到４０ｄＢ以上；在测试时，如果在仪器和ＤＵＴ之间插入一个ＶＳＷＲ＝１．０６的转接器，则系统的方向性会降低到２８ｄＢ。如果ＤＵＴ的真实ＶＳＷＲ＝１．５，则最终测试结果可能在１．３７８－１．６３８之间。这个例子可以充分说明射频转接器的重要性
选择正确的测试电缆和连接器
在选择测试系统中电缆的规格时，除了要考虑插入损耗和ＶＳＷＲ以外，电缆的稳定性一定要好。在射频和微波频段，常用的电缆分为半刚性电缆，半柔性电缆和柔性编织电缆等三种。
半刚性电缆
顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成，其射频泄漏非常小（小于－１２０ｄＢ），在测试系统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。由于固态聚四氟乙烯的介电常数较高，所以插入损耗也相对较大些，一种较好的替代材料是低密度的聚四氟乙烯，这种材料具有更低的介电常数，因此具有更高的工作频率，更低的插入损耗和ＶＳＷＲ。
半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，在标准化的测试系统中被大量采用。
半柔性电缆
半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。
柔性（编织）电缆
柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。
柔性电缆必须保持在弯曲条件下幅度和相位的稳定。通常来说，单股内导体的电缆有利于幅度的稳定；多股内导体的电缆有利于相位的稳定，可见仅这二项指标就难以二全了。无论弯曲性能多好，电缆制造商总是不希望操作者在过度弯曲的情况下使用柔性测试电缆，通常推荐的弯曲半径不应该小于电缆直径的十倍。
柔性电缆的设计从某种程度上违背了低无源互调的设计原则，所以柔性电缆少有低无源互调型号的。此外，过度弯曲也会导致其无源互调指标的更加恶化。
为了便于弯曲，柔性电缆采用编织层作为外导体，在这种结构下，电磁波会从缝隙中泄漏出来，虽然有些高端的微波电缆测量采用箔状材料作为外导体，其射频泄漏指标仍然远不如半刚性电缆，不过作为射频和微波测量，－９０ｄＢ到－１００ｄＢ的泄漏指标已经足够了，大部分的微波电缆都可以做到这个水平。
为了降低电缆的插入损耗和提高截止频率，高端的微波电缆几乎都采用低密度的聚四氟乙烯介质，这也是影响电缆成本的原因之一。由于加工的原因，可以发现并不是每一批次出厂的电缆的介电常数都很稳定。不过笔者认为，在选择测试电缆时，并不需要一味的追求低损耗，因为测试电缆的损耗可以在测试的时候加以校准，很多仪器都有偏置（Ｏｆｆ－ｓｅｔ）功能，可以直接将电缆的插入损耗输入仪器，即使没有，用人工方法也很容易的做到这一点。倒是有一点需要注意的，在宽带或者自动化测试场合，电缆的频响特性会直接影响到测试结果的幅度精度，有条件和必要时可以采用均衡技术加以补偿。
要注意观察接头和电缆连接部位的工艺，这会影响到电缆的使用寿命。在这个部位，电缆和接头之间有一个硬接触点，很容易造成电缆的断裂。这并不是简单采用普通的热缩套管就可以解决问题的。接头的材料也是决定测试电缆寿命的主要因素，一般来说，采用铜外导体的接头的使用寿命不如不锈钢材料。在满足力矩的前提下，前者的寿命是５００次，后者是１０００次。这项指标的定义是在到了寿命后，接头的出厂指标开始下降，而不是说这个接头就要报废了。正常情况下，电缆接头的寿命要远大于上述指标。
总的来说，柔性测试电缆的指标一定要好，选择一条柔性测试电缆要从频率，损耗，ＶＳＷＲ，接头材料，使用寿命，射频泄漏，无源互调和成本等诸方面因素综合考虑，而不是单纯从价格来考虑。所幸的是，通过不断的技术创新，现在已经有低成本的微波测试电缆面世以满足生产线大规模测试应用，详情可以和本文作者直接联系。
并不是每条测试电缆都能适合ＤＵＴ的接口，所以经常需要用到射频转接器来完成转接。通常，ＶＳＷＲ指标是射频转接器选择的主要依据，无论怎样强调射频转接器的ＶＳＷＲ指标都不为过。以Ｓ参数测量为例，当一个矢量网络分析仪经过校准后，通常可以将内置定向电桥的方向性校准到４０ｄＢ以上；在测试时，如果在仪器和ＤＵＴ之间插入一个ＶＳＷＲ＝１．０６的转接器，则系统的方向性会降低到２８ｄＢ。如果ＤＵＴ的真实ＶＳＷＲ＝１．５，则最终测试结果可能在１．３７８－１．６３８之间。这个例子可以充分说明射频转接器的重要性
值得注意，学习了
平时我会注意的！
总结的不错，学习了
谢谢小编的资料，顶！