利用矢量网络分析仪测试射频电缆

王妮

摘 要：射频电缆的测试是高频元器件中最基础的测量，但在测试过程中会出现影响测试结果及精度的因素，本文对利用矢量网络分析仪对各个参数的测试及其电缆测量中会出现的问题和解决的方案进行的讨论。

关键词：矢量网络分析仪；电缆；衰减；延时；相位

随着科技日新月异，微波器件测量的方法多种多样，且元器件特性也多种多样，对微波器件测量精度要求也越来越高，我们很自然的就想到利用矢量网络分析仪对它们进行测量，它能提供最新的、最选进的技术达到了最佳的测量效果，主要用于测量微波系统的传输特性（插损、相位、增益等）和反射特性（反射系数、驻波等）。本文将讲述矢量网络分析仪测量基本的微波元件电缆时的一些现实问题和相关的解决方案。

线性器件是最简单的微波元件，而电缆或许是其中最简单的射频元件，具有较低的损耗和良好的匹配，以空气线为例，主要参数是阻抗和损耗，这种电缆通常电导为零，因此唯一的损耗是串联电阻产生的损耗。

预测量-校准

通过大量的实践使用中使用的TRL和机械校准件达不到计量标准。不管使用的是什么类型的校准套件，最好的校准方法几乎总是SOLR或“未知直通”（unknown-thur）校准。

对于低损耗的器件的系统设置而言，最好使用中等IF带宽和多次扫描取平均功能来减少轨迹噪声。且低损耗的器件校准功率应该足够低以确保测试接收机不处于任何压缩状态。

衰减测量

电缆的衰减测量比较直接，选择矢量网络分析仪的传输响应中的S21。可直接测量出其他各频段衰减。不过，任何电缆的测量都应该在步进扫描模式下进行，对于非常长的电缆，插损非常大。从而IF带宽应该设置得尽量窄来减小迹线噪声。

测量电缆时的一个主要误差源是用于耦合矢量网络分析仪到电缆的输入和输出接头。如果电缆集成有接头，那么仅有的问题就是确保接头接口处有很好的校准，对于长电缆而言，电缆的损耗减小了失配效应，完全二端口校准的输入和输出失配校正在一定程度上补偿了失配损耗。对于短电缆，接头间的失配会造成电缆测量中严重的波纹。

如下图1所示，一条高品质的2m电缆的衰减，网分测试能仔细的看到所测试各频段点的衰减。

图 1 1.2长电缆测量结果

回波损耗测量

随着测量仪器的更新进步。现在的矢量网络分析仪都是以二端口或四端口为主，对于射频元件的测量更方便快捷，测量数据更直观。射频电缆两端的接头一般具有相应的校准套件，如3.5mm/2.4mm/N型头的接口，那么对于这些电缆和接头的回波损耗测量就相对简单。然而对于无接口或不常见校准套件的接口而言及非常长的电缆其回波损耗测量成了问题。

对于现在新型矢量网络分析仪来说，如keysight公司的E系列网络分析仪，集成了转接头影响消除方法，该方法通过两次二端口校准来完成混合接头校准，各个端口上连接的单个转接头的每端各一欠，此校准流程需要在完成两次校准之后，从这两次校准中提取出一个新的校准集。

电缆长度和时延

对于长电缆，一个关键问题是对相位响应的欠采样，也就是说频率间隔如此大， 以至于两个测量点之间有多于180o的相位变化。如下图2所示，一条长7m的电缆在同一频率点四种不同扫描点数来测量。由于电缆长度已知，所以按公式可计算

可直接计算出所需的频率间隔，对于速率因子为70%（对于固体，VOP通常约为70%）的电缆，频率间隔为15MHz。

根据“ns / ft”值计算特定长度电缆的延迟是一件简单的事情。但使用VOP和以下公式计算延迟也是切实可行的：

d ：以纳秒为单位的延迟

L ：以英尺为单位的电缆长度

VOP：以百分比表示

根据公式可计算出此条电缆延时大概在33ns。根据理论计算出的频率间隔和延时，我们观察以下四个图，可看到

如上图2所示，四个窗口都显示了相位的响应和群延时，从（a）看出，它是仪器默认的201扫描点数对5GHz频段进行测量，頻率间隔太大，明显是欠采样了。而（b）所示的测量增加了扫描点数，但群延时是负的。而再次增加扫描点数，（c）图中可看群延时是28ns左右，与理论计算的群延时还是有一些差距；（d）图把扫描点数再次增加到1601时，群延时在32.56ns，这个值在理论的期望33ns附近，此此频率间隔小于15MHz每点。是理想的结果。

通过以上四个测量窗口可看出，通过增加扫描点数来改变延时和相位响应的问题，但是增加点数时需谨慎，如果点数只是加倍了，而相位响应是充分欠采样的，那么点数加倍会产生同样的错误时延，因此，最好以非均匀递增方式增加点数来说明不同间隔下的相位响应。

矢量网络分析仪在射频元器件测量方面性能出色，只有进行合理的测试参数才能得到校精确的测试结果 ，文章介绍了矢量网络分析仪对射频电缆的测试的方法，这些重点方法在实际测试中取得良好的效果，具有参考价值。