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使用PIM分析儀測試連接器互調(diào)的新方法

發(fā)布時間:2011-03-18

中心議題:
  • 互調(diào)測量及其產(chǎn)生原因
  • 測量數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對比
  • 新型的互調(diào)測試方法

在微波網(wǎng)絡(luò)中,同軸連接器是引起互調(diào)的主要來源。同軸連接器的非線性特性是引起互調(diào)的主要原因。準(zhǔn)確確定同軸連接器的無源互調(diào)對整個射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重大的意義。目前大多數(shù)的連接器生產(chǎn)廠家采用的測試方法都是一起測試兩個同軸連接器,具體辦法是根據(jù)需要測試的連接器制作一個圓桶狀工裝,然后將待測量的連接器的內(nèi)導(dǎo)體鋸短使之與外面的介質(zhì)相齊平,將兩個連接器的內(nèi)導(dǎo)體互相連接安裝在工裝里,一端接互調(diào)儀,另一端接低互調(diào)負(fù)載,測量兩個連接器級聯(lián)的互調(diào)值。這種測試方法有三個缺點(diǎn):

(1)對不同的連接器要制作不同的工裝,程序比較麻煩,耗時長;
(2)這種測試方法是抽樣測試,雖然在工藝或者其他方面保證了互調(diào)的穩(wěn)定性,但是畢竟不是個個測量,難免存在漏網(wǎng)之魚,這會給用戶帶來困擾;
(3)在這種測試方法中,引入了一個新的接觸面,就是內(nèi)導(dǎo)體對內(nèi)導(dǎo)體的平面,這對測試系統(tǒng)的殘余互調(diào)會造成影響,但是很難確定影響的大小。

基于傳統(tǒng)的測試方法的種種缺點(diǎn),本文提出一種新的連接器的互調(diào)測試方法——開路測試法。這種測試方法是讓連接器的一端開路,另一端接互調(diào)儀。這種方法可以在不破壞同軸連接器的基礎(chǔ)上確定同軸連接器的無源互調(diào)值。

本文首先建立一個連接器的測試模型,然后根據(jù)這個模型,利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測量連接器模型在開路和接負(fù)載兩種情況下的負(fù)載反射系數(shù)和源反射系數(shù)在不同頻率的值。利用這些數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出微波無源網(wǎng)絡(luò)中同軸連接器在網(wǎng)絡(luò)中開路和接負(fù)載兩種情況下的互調(diào)。最后,用互調(diào)分析儀測量連接器的互調(diào)值驗(yàn)證了這種方法的有效性。

1 互調(diào)測量及產(chǎn)生原因

本文中所有PIM的測量都是采用Jonitcom公司的PIM分析儀,外型如圖1所示。其簡化的測量系統(tǒng)圖如圖2所示。
 


該系統(tǒng)中兩個大功率載頻f1f2通過雙工濾波器發(fā)射到DUT,終端接50 Ω負(fù)載。PIM產(chǎn)生的雜散信號在DUT中產(chǎn)生,并在兩個方向傳播——“前向到匹配負(fù)載,反向到雙工濾波器。發(fā)射激勵信號的頻率和被測的IM產(chǎn)物的頻 率由雙工濾波器的TXRX通道決定。接收機(jī)測量反向傳播的IM波功率。

PIM測試分為兩種,一種是傳輸測試法,如圖3所示,另一種是反射測試法,如圖4 所示。本文采用反射法測量,發(fā)射功率均為43 dBm。當(dāng)載頻為f1f2,測量的IM產(chǎn)物的頻率為2f1-f2。

研究發(fā)現(xiàn)連接器中的非線性失真產(chǎn)生于沿著連接器的方向上的某一個特殊點(diǎn)(很象適配器上的金屬和金屬的連接接點(diǎn))。在這個基礎(chǔ)上,對被測器件分析。[page]



DUT非線性產(chǎn)生的IM形成兩個電壓波: 為反向傳播IM電壓波,它由DUT的反向端面發(fā)出;前向傳播IM電壓波,產(chǎn)生于DUT的前向端面。如圖5所示。電長度lbacklDUT,lfront決定PIM的值。lfrontDUT反向斷面到 DUT內(nèi)部第一個非線性點(diǎn)的距離,lDUTDUT中第一個非線性點(diǎn)到最后一個非線性點(diǎn)之間的距離,lback為最后一個非線性點(diǎn)到DUT前向端面之間的距離。

VfrontVback表示出現(xiàn)在DUT端面的測量系統(tǒng)的殘余IM以及負(fù)載的電長度lload和負(fù)載阻抗Zload。不同的電長度 lbacklDUT,lfront也對應(yīng)著不同的反射系數(shù),為了便于分析,引入圖6的模型。源反射系數(shù),負(fù)載反射系數(shù)包含的信息不但表明了被測器件的各種電長度,還表明了在不同負(fù)載下的匹配狀態(tài)。[page]

通過上面的討論,所有IM源的電壓在相位上疊加,在點(diǎn)源上形成的V(i(f))可以用N級泰勒級數(shù)近似表示:

2 測量數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對比

為了驗(yàn)證該方法的有效性,本文給出了兩個頻段的PIM值的計(jì)算與測量結(jié)果對比。頻段l800 MHz的通信系統(tǒng)的發(fā)射頻段為869894 MHz,接收頻段為824849 MHz。如圖7所示。


在800 MHz頻段內(nèi),測量的接50 Ω負(fù)載的PIM值的范圍是-69.3~-70.5 dBm,差值為1.2 dB,計(jì)算的接50 Ω負(fù)載的PIM值的范圍是-68.8~-69.5 dBm,差值為0.7 dB,可以得出計(jì)算和測量的值相差很小。測量的開路狀態(tài)的PIM值的范圍是-88.4~-89.2 dBm,差值為O.8 dB計(jì)算的開路狀態(tài)的PIM值的范圍是-88.1~-89.1 dBm,差值為1 dB。接負(fù)載和開路,兩者PIM大約差19 dB。
在1800 MHz頻段內(nèi),測量的接50 Ω負(fù)載的PIM值的范圍是-119.1~-120.0 dBm,差值為O.9 dB。計(jì)算的接50 Ω負(fù)載的PIM值的范圍是-118.1~-120.0 dBm,差值為1.9 dB可以得出計(jì)算和測量的值相差很小。測量的開路狀態(tài)的PIM值的范圍是-109.O~-109.9 dBm,差值為0.9 dB,計(jì)算的開路狀態(tài)的PIM值的范圍是-109.8~-110.5 dBm,差值為0.7 dB,接負(fù)載和開路,兩者PIM大約差10 dB。
由以上的分析可知,這種計(jì)算方法計(jì)算出來的PIM值和真實(shí)的PIM值十分接近,并且隨頻率的變化趨勢一致。同時可以看出,在開路的時候所測量的 PIM明顯要比接負(fù)載的時候所測量的PIM要大,增大的PIM值是因?yàn)槠ヅ洳缓盟斐?,?dāng)然,相同的負(fù)載狀況在不同的頻率下呈現(xiàn)的匹配狀態(tài)是不一樣的。
3 結(jié)語
本文以連接器模型為基礎(chǔ),利用負(fù)載反射系數(shù),源反射系數(shù)估算同軸連接器在微波無源網(wǎng)絡(luò)中的PIM失真值。由此得到在不同負(fù)載下同軸連接器的 PIM值。文中分別計(jì)算和測量了在接50 Ω負(fù)載和開路兩個狀態(tài)的PIM值。
根據(jù)計(jì)算和測量數(shù)據(jù)的對比結(jié)果,由負(fù)載反射系數(shù),源反射系數(shù)估算同軸連接器在微波無源網(wǎng)絡(luò)中的PIM失真值與真實(shí)測量值很吻合,這說明了用負(fù)載反射系數(shù),源反射系數(shù)估算同軸連接器在微波無源網(wǎng)絡(luò)中的PIM失真值的方法是有效的。提出了一種新的對于連接器互調(diào)的測試方法,使用這種方法測試時不需要對連接器做專門的工裝,而且可以不做破壞性實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)連接器的個個檢驗(yàn),而不是傳統(tǒng)測。
對電連接器的可靠性試驗(yàn)及分析的工作十分重視。美國瞳¨早在20世紀(jì)60年代就根據(jù)AGREE報告提出的可靠性工作的要求,提出了一部分有可靠性指標(biāo)的圓形電連接。
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