中心議題:
- 連接器互調(diào)測(cè)量及產(chǎn)生原因
- 測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比
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(duì)整個(gè)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(cè)試方法都是一起測(cè)試兩個(gè)同軸連接器,具體辦法是根據(jù)需要測(cè)試的連接器制作一個(gè)圓桶狀工裝,然后將待測(cè)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(gè)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(cè)量?jī)蓚€(gè)連接器級(jí)聯(lián)的互調(diào)值。這種測(cè)試方法有三個(gè)缺點(diǎn):
(1)對(duì)不同的連接器要制作不同的工裝,程序比較麻煩,耗時(shí)長(zhǎng);
(2)這種測(cè)試方法是抽樣測(cè)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(gè)個(gè)測(cè)量,難免存在漏網(wǎng)之魚,這會(huì)給用戶帶來困擾;
(3)在這種測(cè)試方法中,引入了一個(gè)新的接觸面,就是內(nèi)導(dǎo)體對(duì)內(nèi)導(dǎo)體的平面,這對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的殘余互調(diào)會(huì)造成影響,但是很難確定影響的大小?;趥鹘y(tǒng)的測(cè)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(cè)試方法——開路測(cè)試法。
這種測(cè)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(gè)連接器的測(cè)試模型,然后根據(jù)這個(gè)模型,利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測(cè)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(cè)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(cè)量及產(chǎn)生原因
本文中所有PIM的測(cè)量都是采用Jonitcom公司的PIM分析儀,外型如圖1所示。其簡(jiǎn)化的測(cè)量系統(tǒng)圖如圖2所示。
該系統(tǒng)中兩個(gè)大功率載頻f1和f2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(hào)在DUT中產(chǎn)生,并在兩個(gè)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(lì)信號(hào)的頻率和被測(cè)的IM產(chǎn)物的頻率由雙工濾波器的TX和RX通道決定。接收機(jī)測(cè)量反向傳播的IM波功率。
PIM測(cè)試分為兩種,一種是傳輸測(cè)試法,如圖3所示,另一種是反射測(cè)試法,如圖4 所示。本文采用反射法測(cè)量,發(fā)射功率均為43 dBm。當(dāng)載頻為f1和f2,測(cè)量的IM產(chǎn)物的頻率為
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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(gè)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(gè)基礎(chǔ)上,對(duì)被測(cè)器件分析。
DUT非線性產(chǎn)生的IM形成兩個(gè)電壓波:為反向傳播IM電壓波,它由DUT的反向端面發(fā)出;為前向傳播IM電壓波,產(chǎn)生于DUT的前向端面。如圖5所示。電長(zhǎng)度lback,lDUT,lfront決定PIM的值。
lfront為DUT反向斷面到DUT內(nèi)部第一個(gè)非線性點(diǎn)的距離,lDUT為DUT中第一個(gè)非線性點(diǎn)到最后一個(gè)非線性點(diǎn)之間的距離,lback為最后一個(gè) 非線性點(diǎn)到DUT前向端面之間的距離。源Vfront和Vback表示出現(xiàn)在DUT端面的測(cè)量系統(tǒng)的殘余IM以及負(fù)載的電長(zhǎng)度lload和負(fù)載阻抗 Zload。
不同的電長(zhǎng)度lback,lDUT,lfront也對(duì)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(cè)器件的各種電長(zhǎng)度,還表明了在不同負(fù)載下的匹配狀態(tài)。
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(jí)泰勒級(jí)數(shù)近似表示:
那么PIM產(chǎn)生的功率的表達(dá)式為:
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2 測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比
為了驗(yàn)證該方法的有效性,本文給出了兩個(gè)頻段的PIM值的計(jì)算與測(cè)量結(jié)果對(duì)比。
頻段l:800 MHz的通信系統(tǒng)的發(fā)射頻段為869~894 MHz,接收頻段為824~849 MHz。如圖7所示。
同理得到第二個(gè)頻段:1 800 MHz通信的發(fā)射頻段為1 805~1 880 MHz,接收頻段為1 730~1 880 MHz。如圖8所示。
在800 MHz頻段內(nèi),測(cè)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(cè)量的值相差很小。測(cè)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l 800 MHz頻段內(nèi),測(cè)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(cè)量的值相差很小。
測(cè)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(shì)一致。同時(shí)可以看出,在開路的時(shí)候所測(cè)量的 PIM明顯要比接負(fù)載的時(shí)候所測(cè)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(cè)量了在接50 Ω負(fù)載和開路兩個(gè)狀態(tài)的PIM值。根據(jù)計(jì)算和測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)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(cè)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(duì)于連接器互調(diào)的測(cè)試方法,使用這種方法測(cè)試時(shí)不需要對(duì)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(gè)個(gè)檢驗(yàn),而不是傳統(tǒng)測(cè)試方案中的抽檢,從根本上保證了連接器互調(diào)的可靠性,真正實(shí)行了檢驗(yàn)的作用。