電纜測(cè)試~網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域門控功能的應(yīng)用

應(yīng)用目標(biāo)和范圍

本應(yīng)用測(cè)試方案針對(duì)非標(biāo)稱50Ω的線纜，包括同軸、雙絞線、差分高速數(shù)據(jù)線的測(cè)試，包括阻抗參數(shù)、S參數(shù)(插損、駐波、Smith圖等等)，也可以繪制眼圖。

根據(jù)電纜的性能，如頻率范圍、長(zhǎng)度、是否差分，設(shè)置時(shí)域門控，可以按照線纜連接的位置，門控選通，獲得實(shí)際物理線纜的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果。門控選通測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)被測(cè)線纜，不含接頭和夾具以及其它測(cè)試線纜。

必要性和難點(diǎn)

由于被測(cè)線纜不是50Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線纜，可能是高速數(shù)據(jù)線、差分線等。

用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試時(shí)，測(cè)試端口是標(biāo)準(zhǔn)50Ω同軸線纜，因此在連接被測(cè)電纜時(shí)要求使用轉(zhuǎn)接頭或夾具，而這些接頭和夾具的S參數(shù)未知，需要去除其影響，才能獲得被測(cè)線纜的實(shí)際參數(shù)。

目前常用的方法是去嵌入或夾具移除法，這些方法要求精確設(shè)計(jì)的夾具和微帶校準(zhǔn)件，校準(zhǔn)后移除夾具的S參數(shù)。其難點(diǎn)在于夾具及其校準(zhǔn)件的制作，通常校準(zhǔn)件的參數(shù)是理論設(shè)計(jì)值，跟實(shí)際值有一定差距，并且校準(zhǔn)和得到的夾具自身S參數(shù)，可能造成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線的波動(dòng)，甚至錯(cuò)誤。

本方法采用通用校準(zhǔn)方法，通過時(shí)域選通功能，定位到被測(cè)電纜，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)排除接頭和夾具的影響。

測(cè)試原理

時(shí)域分析是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的一個(gè)功能選項(xiàng)，時(shí)域分析中被測(cè)量是時(shí)間的函數(shù)。對(duì)于均勻介質(zhì)中的傳輸，時(shí)間軸等效于距離軸。理論上，任意被測(cè)量例如阻抗Z、導(dǎo)納Y 或S 參數(shù)都可以用脈沖響應(yīng)或階躍響應(yīng)在時(shí)域來表征。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過頻域分析參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果，通過FFT反變換及濾波和加窗，得到時(shí)域測(cè)試參數(shù)，橫軸為時(shí)間軸，分析脈沖響應(yīng)或階躍響應(yīng)。對(duì)于均勻介質(zhì)中的傳輸，時(shí)間軸等效于距離軸。

快速傅里葉(FFT)正反變換是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)時(shí)域分析的基礎(chǔ)。用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)域分析時(shí)，需要根據(jù)被測(cè)件電長(zhǎng)度L界定模糊距離，從而定義頻率間隔Δf;需要根據(jù)需求定義電長(zhǎng)度分辨率(時(shí)間間隔分辨率)，從而定義頻率寬度SPAN。

最大無模糊距離

時(shí)間(長(zhǎng)度)分辨率

注意，單端(S11)測(cè)試距離和時(shí)間，信號(hào)往返，是雙端單向傳輸(S21)的2倍。如果被測(cè)線纜的電長(zhǎng)度小于最大無模糊距離的2倍時(shí)，連接線纜單端(S11)測(cè)試的末端要連接匹配負(fù)載，否則末端開路或短路會(huì)在測(cè)試范圍內(nèi)產(chǎn)生模糊信號(hào)。

使用“時(shí)間門”選擇脈沖響應(yīng)中的特定部分而抑制其余部分。時(shí)間門在時(shí)域分析狀態(tài)進(jìn)行選取和配置。時(shí)間門選取的時(shí)間片段對(duì)應(yīng)測(cè)試通道內(nèi)的某一段位置，在時(shí)域分析模式選取時(shí)間門，對(duì)應(yīng)電纜連接監(jiān)控位置點(diǎn)，打開時(shí)間門后，切換到頻域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

測(cè)試方法

DUT為線纜，可以是10Ω~1kΩ內(nèi)任意阻抗;

被測(cè)電纜焊接50Ω同軸接頭，如SMA、N;

如果DUT為差分電纜，每個(gè)電纜對(duì)焊接兩對(duì)50Ω同軸接頭，每對(duì)接頭外殼導(dǎo)體互聯(lián)，并連接DUT屏蔽層。

測(cè)試之前校準(zhǔn)。

測(cè)試窗口分兩個(gè)Channel;

Ch1線纜插入損耗: S21測(cè)試，采用帶通沖擊響應(yīng)，在第一峰值處門控選通，至少包含一對(duì)時(shí)域副瓣;

Ch2線纜阻抗: Z11測(cè)試，采用低通階躍響應(yīng)，門控選通，包含DUT長(zhǎng)度50%~80%。

測(cè)試驗(yàn)證

DUT: 75Ω同軸，頻率范圍3GHz，長(zhǎng)度914mm

S21插損初始測(cè)試結(jié)果：

S21時(shí)域門控設(shè)置：

S21插損，門控選通修正測(cè)試結(jié)果：

Z11阻抗測(cè)試結(jié)果：