非标转接器对测试同轴电缆组件准确性的影响

叶 振，武向文，李 闫，党程云

(西安泰斯特检测技术有限公司,陕西省 西安市 710077；中航富士达科技股份有限公司，陕西省 西安市710077；)

1 引言

随着整机系统信号频率的提高，对射频传输类元器件的电压驻波比和插入损耗要求越来越高。在通讯系统中驻波过大、损耗过大，会造成信号衰减过度或系统升温过大，大大降低信号传输质量，影响系统运行甚至有可能造成损坏；高电压驻波比会增大系统中信号功率的损耗，降低工作效率；电压驻波比较高时还会伴随互调干扰的发生[1]，互调影响通信系统抗噪性能，尤其是低误码率通信系统的设计时，必须考虑无源互调干扰的影响[2]。本文以射频同轴电缆组件为例，探讨一下非标转接器对电压驻波比测试的影响 。

2 测试电缆组件电压驻波比的影响因素

如何准确测量电缆组件的实际电压驻波比,对提升系统性能指标非常重要。目前国内电压驻波比的测量仪器均使用矢量网络分析仪(Vector network analyzer ,VNA)，校准技术成熟，且可采用传统12项误差模型[3]对VNA测量不确定度进行评估，测量条件完全满足使用要求。测试产品时需要在测试线和产品之间接转接器，只能将转接器引入的影响消除或降低，仍然对测试电缆组件电压驻波比影响较大。

为便于区转接器,在此仅根据有无校准件对其进行区分。标准转接器为有标准校准件的转接器,如SMA、3.5mm、2.92mm、2.4mm、1.85mm,1.0mm,TNC等转接器,Keysight、安立、41所等公司均生产对应校准件。将没有标准校准件的转接器称为非标准转接器,如反极性转接器、BMA、SSMP、3SMP、L-SMP等等，非标转接器用量少种类多，制造商很少制造校准件和转接器。

标准转接器均有校准件，可以将转接器校准在测试系统中，标准转接器对元器件测试结果产生的误差降至最小。对于非标准转接器而言，没有对应的校准件，测试时只能将测试线端口进行校准，随后接非标转接器进行测量。插入损耗可以采用等效替换的方法进行校准，但电压驻波比无法进行校准。因此，非标转接器直接影响元器件的测试准确度。

测试时无法校准非标转接器，也无法直接评测非标转接器的性能指标。非标转接器可能补偿电缆组件，使其电压驻波比低于真实值；也可能叠加，测试值远远高于真实值。为使电缆组件测试值更加接近真实值，非标转接器在满足常规转接器的设计要求外，还应在性能方面进行有效控制。

3 非标转接器自身电压驻波比

测试电缆组件时，若非标转接器电压驻波比较大，则测试值中将非标转接器的电压驻波比叠加或补偿在电缆组件中，导致测试值远远大于或小于电缆组件实测值，测试值偏差较大。根据计量量值传递法，测量仪器的技术指标，反射功率损耗应小于被测件反射损耗的1/3，至少为1/4或更小。表1是电压驻波比和反射功率对应表，给出了部分驻波对应的发射功率。

表1 驻波比与反射功率对应表

非标准转接器均为厂家自制转接器，电压驻波比较计量测试转接器性能略差；又电缆组件测试电压驻波比测试并没有计量仪器设备严格。故反射功率损耗小于被测件反射损耗的1/3即可。

例如，若被测件要求电压驻波比为1.25:1，则测试转接器反射功率应为0.41%，对应电压驻波比应优于1.137:1 。

4 非标转接器阻抗对测试的影响

对客户来讲宁可接受测试数据比真实值略大，而不可接受测试值比真实值小的现象，真实值小于测试值对客户的系统会带来不可控的影响。在控制非标转接器的同时，也应关注非标转接器对电缆组件的影响，是叠加变大，还是补偿变小。所以需要对转接器自身的阻抗情况进行摸底，避免非标转接器补偿被测电缆组件的现象。

在微波测试领域傅里叶变换把频率域测量得到的数据转换成时间域(或距离域)，是矢量网络分析仪的基本测量功能。低通阶跃响应处理方法，可直接显示阻抗对时间或距离的响应变化曲线，类似于通常使用的时域反射计的测量。能够确定出突变间断点的性能状态类型：感抗、容抗或纯电阻抗等。在一般状态下显示的是实部阻抗参数值(在显示标尺上每格10毫单位时，约每格1欧姆的阻抗值)，用低通处理方法的时域没有显示被测件的虚部阻抗参数值。低通处理方法在给定的带宽下能够得到最高的分辨率[4]。我们可以用低通阶跃时域分析法对非标转接器阻抗问题进行举例分析。

选用3个各不同的非标转接器，对非标转接器时域进行测试，然后将三个非标转接器接同一根电缆组件进行测试。

图1 1#非标转接器

图1中Marker1～Marker4为1#非标转接器时域曲线，从时域中不难看出转接器全部显示高阻。

图2 1#非标转接器接电缆组件

图2中Marker1～Marker4为非标转接器的时域响应，Marker4后为电缆组件接头的时域响应。从时域图中可以看出非标转接器阻抗均大于50Ω，高于电缆组件1Ω左右。非标转接器高阻和电缆组件接头高阻相叠加，使整体匹配更差。测试的电压驻波比为1.245：1。

根据1#转接器阻抗时域图,对阻抗进行调试,将绝缘子部分高阻下调, 形成2# 非标转接器。使用同样的方法进行了时域和电压驻波比的测试：

2#非标转接器，阻抗降低，图3与图1比较不难看出，2#非标转接器阻抗匹配程度略优于1#非标转接器，Marker1～4阻抗较匹配，但Marker4界面处电缆组件阻抗被明显拉低，低于实际阻抗。测试值应优于电缆组件真实值，最终使用此非标转接器测试电压驻波比为1.136:1。

图3 2#非标转接器时域图

图4 2#非标转接器接电缆组件

图5 3#非标转接器时域图

图6 3#非标转接器接电缆组件

由于2#非标转接器低阻，对测试结果仍然有较大的影响。若电缆接头高阻，则形成阻抗补偿，电缆组件的测试值可能小于实际值，为客户使用埋下隐患。故对2#非标转接器进行调整，经过调整后的非标转接器为3#非标转接器。对3#非标转接器进行测量的分析：

图5中 可以看出，Marker1～Marker4为非标转接器的时域响应，转接器前端3点为低点，4点为高点，转接器自身阻抗高低点补偿。经过调整后转接器自身阻抗匹配明显优于1#、2#非标转接器。

从图6可以看出Marker4后为电缆组件时域图，与图2和图4进行对比，非标转接器和电缆接头界面阻抗基本正常，转接器的电压驻波比会叠加在电缆组件中，使电压驻波比测试值略大于电缆组件实际值。使用3#非标转接器测试电缆组件电压驻波比为1.182:1。

根据对三种非标转接器时域以及测试同根电缆组件的电压驻波比情况，不难看出非标转接器时域对测试电压驻波比的影响。在选用非标转接器时，除了考察其电压驻波比外，应对其时域进行测试，分析转接器自身阻抗是否设计合理。避免转接器对被测电缆组件影响较大，误判被测件的性能指标。

为了验证以上结论的正确性，选用两端接头均为SMA-J的电缆组件，同样选用三只类似上述1#、2#、3#时域类型转接器进行测试，结果与非标转接器得出结果基本一致，本文中不再一一列举。

5 非标转接器校准

非标转接器没有标准校准件，无法实现测试误差最小化，如何校准比较关键。下面以SMA/RSMA-KJ和SMA/RSMA-KK(K：表示转接器接头为母头，J：表示转接器接头为公头)两个转接器进行举例说明。

由于无法直接测试单个非标转接器的电压驻波比，若评测SMA/RSMA-KJ转接器电压驻波比，则只能测试SMA/RSMA-KJ和SMA/RSMA-KK连接后整体的电压驻波比。间接确定转接器的电压驻波比是否符合要求。

在对设备进行校准时，应特别注意测试端口和校准件应该互相匹配，避免端口反射引起的测试误差。例如测试线端口为2.92mm转接器，使用3.5mm校准件校准，由于界面不匹配，会将反射校准在系统中，直接影响测试结果的准确性。

非标转接器插入损耗校准：当电缆组件两端均为非标转接器时，采用常规校准方法，连接一对非标转接器将插入损耗直接校零即可。当电缆组件一端为标准转接器，一端为非标转接器时，可选用机械长度和绝缘介质相同的标准转接器替换非标转接器进行插入损耗校零。

6 总结

使用非标转接器测试电缆组件时，转接器状态不同对测试结果准确性有较大的影响。在选用非标转接器时，除了考察其电压驻波比外，应对其时域进行测试，分析转接器自身阻抗是否设计合理。避免转接器对测试准确度的影响，误判电缆组件的性能指标。

本文依据计量量值传递法规定了转接器的电压驻波比的要求，并通过分析非标转接器时域对电缆组件补偿情况，确定了使用非标转接器的注意事项和校准方法，提高非标转接器测试射频同轴电缆组件的准确性。