射频测试基本知识.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/4/4,#,射频测试基本知识,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.1,射频同轴电缆,传输线：微带线，带状线，同轴电缆，波导,性能和指标,1.,特性阻抗,Zo,：,-,射频同轴电缆中，电磁波的传播模式是,TEM,模式，即电场和磁场方向都和传播方向垂直,-,同轴电缆由 内导体，介质，外导体，护套组成,特性阻抗与内外导体的尺寸之比，填充介质的介电系数,2.,特性阻抗的偏差：,-,一般为,50,欧姆,+/-1,欧姆,-,为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，同时易于设计和加工，广播电视用,75,欧,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,性能和指标,3.,电容和电感：,-,4.,驻波比（,VSWR,）,/,回波损耗,-,入射和反射电压之比，典型值为,1.15,-,电缆类型，半刚性或半柔性电缆较好,5.,屏蔽,-,取决于外导体结构,单层编织屏蔽：屏蔽效果,-50db,双层编织屏蔽：,-75-85,三层编织屏蔽：,-90-100,双层（缠绕,+,编织）：,-100,固态：,-120,，覆盖率,100%,。,6.,衰减（插入损耗）,-,由导体损耗（趋肤效应）,、,介质损耗（传导电阻）,、,辐射损耗组成（泄露）,-,对测试电缆组件，插入损耗是接头损耗、电缆损耗、失配损耗的总和,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,性能和指标,7.,功率容量：,-,峰值功率容量：取决于电缆可承受传输信号的最大电压的能力,-,平均功率容量：指电缆消耗由电阻和介质损耗所产生的热能的能力。,散热取决于热阻，与电缆表面积，表面温度，环境温度，热传导率，气流有关,8.,传播速度（相速度）,-,射频信号在电缆中传输的速度和光速的比值，与介质的介电常数有关,9.,电长度,10.,电缆的弯曲特性（最小弯曲半径）,最小弯曲半径不要小于其直径的,10,倍，接头与电缆根部的防弯曲工艺,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,性能和指标,11.,同轴电缆的无源互调特性,三阶互调产物：,2f1-f2,或,2f2-f1,同轴电缆的无源互调特性改善原则：,1.,设备中，采用半刚或半柔电缆代替柔性电缆,2.,导体表面镀层有足够的厚度,3.,用单股内导体的电缆,4.,用表面平滑的高质量接头,5.,采用足够厚度和均匀镀层的接头,6.,采用尺寸尽可能大的接头（,N,型好于,SMA,型）,7.,保证接头之间良好的接触,8,使用非磁性材料的接头,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,分类与选择,半刚性：外导体用铝管或铜管，泄露小于,-120db,半柔性：半刚性替代品，稳定性不足,柔性：编织电缆，测试级电缆，成本高,波纹铜管电缆,:,用于天馈系统。外导体为波纹导管,测试电缆组件的选择原则：,1.,够用原则,2.,平衡柔软性和电性能指标的矛盾,3.,关于,VSWR,4.,关于插入损耗（可以被校准）,5.,关于使用寿命,连接器的插拔次数：如,N,型,500,次，实际,2000,次以上,，插入损耗,0.2db,，,VSWR,无变化,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.2,射频同轴连接器,针对内导体而言,分为,有极性：,Male(,插头，阳头,),Female(,插座，阴性,),无极性：,7mm,连接器（,APC7,或叫平接头）,反极性：如,WIFI,设备中，,RP-SMA,RP-TNC,RP-BNC,基本结构,针对,外,导体的配合方式分为,螺纹式：精密型，如,N,SMA,型,卡扣式：,BNC,（用于低频段，高频段时容易泄露）,推入式：用于狭小空间或设备架，如,OSP,使用寿命：铜材,500,次，不锈钢,1000,次，实际远大于此。,设计参数：,特性阻抗，截止频率,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.2,射频同轴连接器,1.,特性阻抗,50,75,主要指标,2.,工作频率范围,外导体尺寸越小，介质的介电常数越低，工作频率越高，,3.VSWR,传输线上电压的最大值和最小值之比,4.,接触电阻，内外导体接触点的电阻，,m,级，越小越好,5.,绝缘电阻，内外导体接触点的电阻，,m,级，越小越好,6.,连接器的耐久性（拔插寿命）,7.,连接器的配接力矩（拔插寿命）,越,高意味着拔插寿命越长,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.2,射频同轴连接器,1.N,型连接器：良好的无源互调特性,射频连接器介绍,2.BNC,型连接器：一般,2G,以下场合,3.TNC,型连接器：改进，良好抗震,4.7mm,型连接器：无极性,5.HN,型连接器：耐高压，,5kv,，最高,4G,，,大功率射频源的输出端和传输线使用,6.LC,型连接器：耐高压，,10KW,最高,1G,，大功率,场合,使用,7.DIN7-16,型连接器：内导体外径,7mm,，外,16mm,DIN,：,Deutsche Industries Norm,德国工业标准，低无源互调，后改善塑料螺纹,8.SMA,SSMA,型连接器：超小,A,型,Subminiature,，高频,9.SMB,SMC,型连接器：超小,B/C,型,Subminiature,，高频,10.3.5MM,2.92mm,型连接器：空气介质，,SMA,升级版,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.2,射频同轴连接器,11.2.4mm,，,1.85mm,型连接器：空气介质,射频连接器介绍,12.1mm,型连接器：,110G,频率，昂贵,13.QMA,QN,型连接器：,6G,频率，快速连接，占用空间小（对,SMA,N,型）,-,新型,14.MCX,型连接器：快速插拔插入式结构的有极性连接器，类似,SMB,15.MMCX,型连接器：,16.SMP,型连接器：,第一章,.,射频同轴电缆和连接器,1.2,射频同轴连接器,产生非线性特性原因：,导体的接触不良,连接器的配接力矩不足，表面镀层不均匀，金属表面氧化，,触点表面有杂质和表面腐蚀等,射频连接器的无源互调,PIM,特性,射频连接器的寿命,射频电缆组件的寿命取决于三个因素：,电缆本身的抗弯曲性能,电缆和连接头之间的良好连接及其防折弯性能,连接器的寿命，实际使用中力矩远小于规定,N,型 力矩,071.1N.m,第二章,.,衰减器和负载,2.1,衰减,器,1.,衰减量：,传输过程中从衰减器的一端到另一端的信号减少的量值，及,S21,参数,衰减量,A,（,db,）,=10lg Pout/Pin,（输出信号电平,/,输入信号电平,:w,mw,单位）,常用 的有,3,6,10,15,20,30,40db,主要指标和定义,4.VSWR,即,S11/S22,参数，等于特性阻抗与衰减器的输入,/,输出阻抗的比值,衰减器有较好的,VSWR,表现，也可用于阻抗匹配。,一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度,2.,衰减量的频率响应：,在,25C,时，整个频率范围内衰减量的变化量（,db,），也称衰减量的平坦度。,3.,衰减量的偏差：,在,25C,时，输入功率,10mw,时测得的插入损耗和标称值的偏差。,第二章,.,衰减器和负载,2.1,衰减,器,5.,平均功率容量：,即在衰减器输出端接特性阻抗，环境温度为,25,度时可长期加到衰减器输入端的最大平均功率。,主要指标和定义,8.,温度系数：,指在最大工作温度范围内插入损耗的最大变化，用（,C,）,表示。,一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度,6.,最大峰值功率：,7.,功率系数：,当输入功率从,10mw,变化到额定功率时，衰减量的变化系数表示为,db/,（,db,w,）。,变化值的计算,=,功率系数,*,总衰减量和功率,第二章,.,衰减器和负载,2.1,衰减,器,9.,工作温度极限：,衰减器工作在最大输入功率时的最高温度。,主要指标和定义,一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度,10.,连接器的寿命：正常连接,/,断开的次数,11.,无源互调失真：,第二章,.,衰减器和负载,2.1,衰减,器,1.,固定衰减器：,分为片状、同轴、波导衰减器。,固定衰减器的冷却方式分为自然、油冷、强制风冷三种。,衰减器的分类,一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度,2.,手动可调衰减器：连续可调和步进衰减器,3.,大功率步进衰减器,4.,可编程衰减器,5.,低互调衰减器,第二章,.,衰减器和负载,2.1,衰减,器,1.,系统的测试误差来自四个方面：,-,所有连接端口的失配误差,-,衰减器的标称衰减量偏差,-,衰减器的衰减量随功率的变化,-,功率计的误差,衰减器的功率系数,一种无源器件，基本作用是降低射频信号的幅度,1.,改善信号发生器或频谱分析仪的失配损耗,衰减器的应用,2.,改善网络分析仪的插入损耗测量精度,3.,在大功率测试中的应用,第二章,.,衰减器和负载,2.2,负载,1.VSWR,：,-,等于特性阻抗与负载的输入阻抗的比值,负载的主要指标和定义,一种单端口无源器件，当功率输入到负载时，被传输线末端的一端有耗传输线吸收。负载是纯阻性的，不能存在电抗分量。也称匹配负载。,只有一个,s,参数,s11,2.,平均功率容量：,-,环境温度为,25,度时可长期加到衰减器输入端的最大,平均功率；当工作温度升至,125,度时，允许的输入功率降到额定功率的,10%,，负载的其他指标不应发生变化。,3.,最大峰值功率：,4.,连接器的寿命：,第二章,.,衰减器和负载,2.2,负载,1.,匹配负载：,-,一般负载所指，冷却方式：自然、油冷，风冷，水冷。,负载的分类,一种单端口无源器件，当功率输入到负载时，被传输线末端的一端有耗传输线吸收。负载是纯阻性的，不能存在电抗分量。也称匹配负载。,只有一个,s,参数,s11,2.,失配负载：,-,特种场合设计。,3.,低互调负载：,1.,实验室标准：,负载的应用,2.,用于被测器件的任何空闲端口：,3.,测试定向耦合器的方向性：,4.,大功率放大器或发射机的测量：,第三章,.,功率分配,/,合成器,/,定向耦合器,3.1Wilkinson,功率分配,/,合成器,1.,插入损耗：,-,传输损耗和分配损耗之和。,2,端口,3.0db,，,3:4.8db,4:6.0db,5:7.0db,6:7.8db,8:9.0db,基本指标和定义,1,2,端直接的电长度为工作波长的,1/4,，阻抗为特性阻抗的,1.414,倍。,2.,隔离度：,-,隔离电阻的相移不可能是,0,度，,I=10lg P2/P3,。,3.,幅度平衡和相位,平衡,：,隔离度和插入损耗的失配效应,1.,同频大功率合成：,功率容量的限制,应用,2.,用于异频功率合成：,3.,接收机的抗干扰性测试,4.,功率计校准,5.,蜂窝手机杂散测试,第三章,.,功率分配,/,合成器,/,定向耦合器,定向耦合器,-,无源和可逆网络。,-,输入端，输出端，耦合端，隔离端,-,可以由同轴、波导、微带和带状线电路组成。用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成。,测试仪器的正向和发射信号的取样。,基本指标和定义,1.,耦合度：输入端与耦合端的功率比值,C=10 lg P1/P3,2.,插入损耗：,3.,隔离度和方向性：,应用,1.,用于功率合成系统,2.,用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量：,3.,用于信号取样和监测：,4.,用于大功率的在线测量：,第四章,.,滤波,器,定向耦合器,-,无源和可逆网络。,-,输入端，输出端，耦合端，隔离端,-,可以由同轴、波导、微带和带状线电路组成。用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成。,测试仪器的正向和发射信号的取样。,基本指标和定义,1.,耦合度：输入端与耦合端的功率比值,C=10 lg P1/P3,2.,插入损耗：,3.,隔离度和方向性：,应用,1.,用于功率合成系统,2.,用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量：,3.,用于信号取样和监测：,4.,用于大功率的在线测量：,第四章,.,滤波,器,-,一种选频电路，让某些频率通过而抑制其他频率。,-,一个信号源产生,0dbm,的载频信号,f1,时，同时也会产生一个,-20dbm,的二次谐波,2f1,-,可分为,低通：让低于,-3db,截止频率,f,以下直至直流的信号都通过，而高于,f,的抑制。,高通：,让高于,-3db,截止频率,f,以上的,信号都通过，,而低于,f,的抑制,带通：让,-3db,频段内的信号通过，其他频段抑制，可用,1/4,波长谐振腔构成,带阻：陷波器，抑制了,3db,频段内的,信号，其他信号通过。,指标,1.,通带频率范围和插入损耗：,通带频率,范围：指插入损耗小于某个指定值时的相应频率范围,通带频率,范围内的插入损耗滤波器的输入功率和输出功率之比。,常,以,-3db,作定义标准,概述,2.,带外抑制和截止频率：,带外抑制：滤波器在定义的通带范围以外的衰减，或针对某个频段的衰减,中间有过渡带，尽可能窄，需要增加滤波器的节数,第四章,.,滤波,器,指标,3.,带通滤波器的,Q,值（品质因子）：,Q=f0,中心频率,/BW,带宽，描述过渡带的陡峭和平坦,4.,矩形系数：,定义为阻带带宽和通带带宽的比值,也可定义为某个带外抑制带宽和,3db,带宽的比值,5.,功率容量：,与其体积成正比，腔体滤波器的功率容量大于微带滤波器的容量,6.VSWR,：,通带的典型,VSWR,可小于,1.3,，而在阻带内是失谐的，理论上为无穷大，实测大于,18.,如一个带着谐波的载频信号进入滤波器，原本,-20dbm,的谐波，衰减了,40db,，实际处于阻带部分，绝大部分被滤波器反射回源的方向。,7.,寄生通带：,由分布参数频率响应的周期性所引起，表现在离通带（或阻带）一定的频率间隔处又重复出现看通带（或阻带）,8.,无源互调：,如,f1,，,f2,两个信号进入后，输出端产生,2f1-f2,2f2-f1,两个互调信号。,第四章,.,滤波,器,双工器和多工器,由不同频率的滤波器组成，隔离度即,1,端的输入功率和,2,端的泄露功率的比值为重要指标,双工器,Duplexer,：常用于天线的收发共用,多工,器,Diplexer,双工，,Triplexer,三工：作为合路器常用于多部发射机的发射天线共用,1.,反射式测量法：,将需要抑制的信号频率置于滤波器的通带外，将需要测量的杂散信号置于通带内。,可调滤波器,分可调带宽和可调带阻,滤波器在测试和测量应用,2.,吸收式测量法：,第五章,.,环流,器和隔离器,概述,-,环流器和隔离器是由铁氧体（一种强磁性材料）制成的各向异性的微波无源器件。,-,环流器是三端口器件，将其中一端接上匹配负载，也成了隔离器。隔离器是二端口器件,-,提供了一个单向的传输通路，允许射频信号只朝一个方向通过（低损耗），而在其他方向则产生大损耗（隔离）。,1.,插入损耗：典型值小于,0.4db,-,环流器的插入损耗为：,S21,，,S32,，,S31,参数,隔离,器,的插入损耗,为：,S21,-,窄带器件，在设计带宽外存在较大的插入损耗。,基本指标及定义,2.,隔离度：典型值,20db,-,环流器的隔离度为,：,S12,，,S23,，,S13,参数,隔离器的插入损耗为：,S12,参数,3.VSWR,：,-,环流器的,VSWR,为,：,S11,，,S22,，,S33,参数,隔离器,的,VSWR,为,：,S11,参数,第五章,.,环流,器和隔离器,环流器和隔离器的非线性特性,-,无源器件中非线性特性最差的。,-,体现在谐波、正向互调，接收频段反射互调，反向互调等,1.,谐波：,-,二次谐波,2f1,三次谐波,3f1,（功率值与大功率载频,40dbm,大约差异,90100dbm,）,2.,正向互调：,-,两个载频同时输入环流器或隔离器时，在输出端产三阶生互调产物（,2f1-f2,2f2-f1),第七章,.,射频功率测量,概述,-,数字调制信号 特性增加了邻道功率、突发功率，峰均功率比、峰值因子等,-,功率被定义为单位时间内的能量流，单位,W,射频功率的定义,功率电平的计量单位,-dB,（分贝）,射频功率的测量方法：,1.,频谱分析仪法,2.,终端式测量法,3,.,量热式测量法,4.,通过式测量法,第七章,.,射频功率测量,数字调制信号功率的定义,1.,平均功率,AVG,载频功率的平均值，也就是射频能量的总和。,射频功率的测量的误差分析：,1.,失配不确定度,2.,传感器不确定度,3.,表头不确定度：零点调节误差、漂移、噪声等因素,另，通过式测量中定向耦合器的方向性,总的不确定度：,失配不确定度，校准因子不确定度，仪表不确定度，参考功率源不确定度。,2.,突发功率,BRST AV,周期性突发载频的平均功率。,3.,峰值功率,PEP,载频功率的峰值。,