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      遠距離高頻S參數測量解決方案


        來源: 安立通訊科技Anritsu 時間:2021-04-02 編輯:清風
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      目前大多數常規矢量網絡分析儀(VNA)都是將矢網端口集成安裝在機箱上的,這樣做的目的是將矢網內部的源和測量電路盡量接近,以簡化設計并實現高頻矢量S參數測量所需的嚴格同步。對于大多數臺式儀表而言,將端口集成到機箱上并不是什么大問題,因為可以使用較短的高質量同軸電纜連接矢網端口和被測設備,也可以最小化地減少對S參數測量結果的影響。


      但是,隨著測量頻率越來越高,電纜對S參數測量的影響也開始愈來愈嚴重。雖然可以通過軟件算法,將電纜的影響從測量結果中去除,使測試結果僅反映出DUT的性能。這在常規的臺式儀表測量應用中,效果很好。因為在臺式儀表應用中,其測量夾具與VNA相當接近,并且電纜和夾具的射頻特性非常穩定,因此可以通過上述“去嵌入”的方式有效地消除它們對測量的影響。


      但是,并非所有的VNA測量應用場景都是這種穩定的環境。大尺寸的DUT和OTA測試通常需要更長的測試電纜,才能將VNA連接到被測設備或對應的測試天線上,而且大多數應用還需要移動和重新連接對應的接口電纜,從而影響測量的穩定性,比如飛機射頻屏蔽效能和傳播測試應用等(如圖1所示)。


      圖1.飛機屏蔽和傳播特性測量示意圖


      連接矢網端口到DUT的長電纜可能會對S參數測量產生一些負面影響。在毫米波頻率下,幾米長的電纜會在DUT和VNA之間,會明顯地增加插入損耗;40 GHz的同軸電纜每米損耗會增加約4 dB。例如大型OTA暗室,矢網位于暗室的外面,一般需要4到5米的微波同軸電纜來將VNA端口連接到源天線和暗室內的被測天線(AUT)。假設每個端口需要5米長的電纜連接到暗室內,那么電纜在40 GHz頻率下會給測量路徑增加40 dB的額外插入損耗,從而顯著地降低了整個測量系統的有效動態范圍。


      對于像遠場天線這樣的測試,由于源天線和測試天線之間的距離要求,存在很大的自由空間路徑損耗。OTA損耗與接口電纜損耗加起來,使得VNA進行這些測量所需的動態范圍非常高(如圖2所示),這導致在OTA暗室應用中需要使用非常昂貴的高動態范圍的VNA。


      10米遠,40 GHz頻率對應20 dBi增益天線的自由空間路徑損耗:~44 dB

      整體損耗:約88 dB

      圖2. 遠距離OTA測試要求VNA具有高動態范圍


      長電纜還會使測量不穩定。在環境溫度發生微小變化或移動的情況下,同軸電纜會在測量結果中引入幾度相位偏移,這將導致明顯地測量偏差。這些相位偏差是由于環境條件改變引起的,而這無法避免,因此也很難將電纜的這種影響從測量中去除。


      電纜可能產生的相位變化,如圖3所示,該圖闡述了四米同軸電纜在兩個5攝氏度溫度范圍內的相位變化,即使在這些較小的溫度范圍內,相變也很明顯。對于電纜長度通常較長且溫度波動較大的戶外應用來說,這種相變會更加嚴重。


      圖3. 同軸電纜相位隨溫度變化


      同軸電纜的插入損耗和穩定性問題隨著距離和頻率的增加而變得尤為突出,有必要考慮使用除同軸電纜之外的其他方法將VNA連接到DUT。圖4顯示了兩種在長距離連接中替換同軸電纜的常用方法。一種方法是使用混頻器將測試頻率下變頻為較低的中頻頻率,這要求同軸電纜通常具有更好的相位穩定性和插入損耗特性;另一種方法是通過將電信號轉換為光信號,從而替換掉同軸電纜,以最大程度地減少高頻損耗和穩定性問題。


      圖4. 遠距離S參數測試中的長同軸電纜的替代解決方案


      雖然這兩種替代方法都解決了同軸電纜對長距離S參數測量的諸多負面影響,但增加了復雜性和成本,同時也沒有解決VNA端口遠離DUT的基本問題。將VNA端口移近DUT的概念并不新鮮,比如使用外部倍頻器模塊來解決約60 GHz或更高的測量頻率,即使對于臺式儀表,插入損耗和穩定性問題也與上述較長電纜距離的問題類似,成為至關重要的問題。


      關鍵詞:矢量網絡分析儀 測量 解決方案    瀏覽量:15501

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