利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量連接器的互調(diào)值

在微波網(wǎng)絡(luò)中，同軸連接器是引起互調(diào)的主要來(lái)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(wú)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(yú)，這會(huì)給用戶帶來(lái)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。

基于傳統(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(kāi)路測(cè)試法。這種測(cè)試方法是讓連接器的一端開(kāi)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(wú)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(kāi)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(wú)源網(wǎng)絡(luò)中同軸連接器在網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)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(guò)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(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(guò)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：

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(kāi)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(kāi)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(kāi)路，兩者PIM大約差19 dB。

在1800 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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(yǔ)

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(wú)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(kāi)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(wú)源網(wǎng)絡(luò)中的PIM失真值與真實(shí)測(cè)量值很吻合，這說(shuō)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(wú)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(zhuān)門(mén)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。

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