電纜測試~網(wǎng)絡(luò )分析儀時(shí)域門(mén)控功能的應用

應用目標和范圍

本應用測試方案針對非標稱(chēng)50Ω的線(xiàn)纜，包括同軸、雙絞線(xiàn)、差分高速數據線(xiàn)的測試，包括阻抗參數、S參數(插損、駐波、Smith圖等等)，也可以繪制眼圖。

根據電纜的性能，如頻率范圍、長(cháng)度、是否差分，設置時(shí)域門(mén)控，可以按照線(xiàn)纜連接的位置，門(mén)控選通，獲得實(shí)際物理線(xiàn)纜的各項參數結果。門(mén)控選通測試結果對應被測線(xiàn)纜，不含接頭和夾具以及其它測試線(xiàn)纜。

必要性和難點(diǎn)

由于被測線(xiàn)纜不是50Ω標準同軸線(xiàn)纜，可能是高速數據線(xiàn)、差分線(xiàn)等。

用網(wǎng)絡(luò )分析儀測試時(shí)，測試端口是標準50Ω同軸線(xiàn)纜，因此在連接被測電纜時(shí)要求使用轉接頭或夾具，而這些接頭和夾具的S參數未知，需要去除其影響，才能獲得被測線(xiàn)纜的實(shí)際參數。

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計的夾具和微帶校準件，校準后移除夾具的S參數。其難點(diǎn)在于夾具及其校準件的制作，通常校準件的參數是理論設計值，跟實(shí)際值有一定差距，并且校準和得到的夾具自身S參數，可能造成實(shí)測數據曲線(xiàn)的波動(dòng)，甚至錯誤。

本方法采用通用校準方法，通過(guò)時(shí)域選通功能，定位到被測電纜，實(shí)測數據自動(dòng)排除接頭和夾具的影響。

測試原理

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

矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀通過(guò)頻域分析參數的數據結果，通過(guò)FFT反變換及濾波和加窗，得到時(shí)域測試參數，橫軸為時(shí)間軸，分析脈沖響應或階躍響應。對于均勻介質(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)現時(shí)域分析的基礎。用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀時(shí)域分析時(shí)，需要根據被測件電長(cháng)度L界定模糊距離，從而定義頻率間隔Δf;需要根據需求定義電長(cháng)度分辨率(時(shí)間間隔分辨率)，從而定義頻率寬度SPAN。

最大無(wú)模糊距離

時(shí)間(長(cháng)度)分辨率

注意，單端(S11)測試距離和時(shí)間，信號往返，是雙端單向傳輸(S21)的2倍。如果被測線(xiàn)纜的電長(cháng)度小于最大無(wú)模糊距離的2倍時(shí)，連接線(xiàn)纜單端(S11)測試的末端要連接匹配負載，否則末端開(kāi)路或短路會(huì )在測試范圍內產(chǎn)生模糊信號。

使用“時(shí)間門(mén)”選擇脈沖響應中的特定部分而抑制其余部分。時(shí)間門(mén)在時(shí)域分析狀態(tài)進(jìn)行選取和配置。時(shí)間門(mén)選取的時(shí)間片段對應測試通道內的某一段位置，在時(shí)域分析模式選取時(shí)間門(mén)，對應電纜連接監控位置點(diǎn)，打開(kāi)時(shí)間門(mén)后，切換到頻域進(jìn)行監測。

測試方法

DUT為線(xiàn)纜，可以是10Ω~1kΩ內任意阻抗;

被測電纜焊接50Ω同軸接頭，如SMA、N;

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

測試之前校準。

測試窗口分兩個(gè)Channel;

Ch1線(xiàn)纜插入損耗: S21測試，采用帶通沖擊響應，在第一峰值處門(mén)控選通，至少包含一對時(shí)域副瓣;

Ch2線(xiàn)纜阻抗: Z11測試，采用低通階躍響應，門(mén)控選通，包含DUT長(cháng)度50%~80%。

測試驗證

DUT: 75Ω同軸，頻率范圍3GHz，長(cháng)度914mm

S21插損初始測試結果：

S21時(shí)域門(mén)控設置：

S21插損，門(mén)控選通修正測試結果：

Z11阻抗測試結果：