Измерение импеданса кабелей

Импеданс коаксиальных кабелей

Коаксиальный кабель состоит из трех основных компонентов:

• Внутренний проводник: центральный провод, по которому передается сигнал.
• Диэлектрический изолятор: слой изоляционного материала, окружающий внутренний проводник.
• Внешний проводник (экран): металлический экран, окружающий диэлектрический слой, обеспечивает возврат сигнала и защиту от внешних электромагнитных помех.

Эти компоненты, как правило, заключены в пластмассовую оболочку. Характеристический импеданс коаксиального кабеля определяется диаметрами внутреннего и внешнего проводников и диэлектрической проницаемостью изоляционного материала между проводниками. Большинство коаксиальных кабелей имеет характеристический импеданс 50 или 75 Ом. Это значение обычно указывается на оболочке кабеля. Однако если оно неизвестно, можно провести измерение с помощью векторного анализатора цепей.

Измерение характеристического импеданса коаксиального кабеля с помощью векторного анализатора цепей

Векторный анализатор цепей способен измерять характеристический импеданс коаксиального кабеля по принципу четвертьволнового преобразователя импеданса. Четвертьволновый преобразователь импеданса — это линия передачи, которая имеет длину в одну четверть длины волны и заканчивается известным импедансом ZL. Характеристический импеданс Z0 рассчитывается на основе известного значения ZL и входного импеданса Zin, измеренного на векторном анализаторе цепей.

Процедуру измерения можно разделить на четыре этапа:

• Калибровка векторного анализатора цепей: выполните калибровку OSM (разомкнутая цепь — короткое замыкание — согласованная нагрузка) на векторном анализаторе цепей. Данный этап позволяет повысить точность измерения, однако он не обязателен, если требуется просто определить, имеет ли кабель импеданс 50 или 75 Ом.
• Подключение кабеля: подключите коаксиальный кабель к векторному анализатору цепей и установите нагрузку 50 Ом на конец кабеля.
• Измерение S11: настройте и выполните измерение характеристик отражения (S11) на векторном анализаторе цепей. Необходимо правильно задать начальную и конечную частоту развертки.
• Анализ результатов на диаграмме Вольперта-Смита: представьте результаты измерений в виде диаграммы Вольперта-Смита, чтобы определить импеданс. Если импедансы кабеля и нагрузки совпадают и равны 50 Ом, в центре диаграммы Вольперта-Смита отображается точка или маленькая окружность. Если импедансы кабеля и нагрузки различаются, на диаграмме отображаются дуги или несколько окружностей.

Правильная настройка частот развертки

Для точного измерения импеданса необходимо правильно настроить частоты развертки:

• Начальная частота должна быть низкой, 100 кГц или ниже.
• Конечная частота должна быть достаточно высокой для того, чтобы измеренная кривая пересекала ось сопротивлений только один раз. Идеальную конечную частоту (в МГц) можно определить путем деления числа 75 на приблизительную длину кабеля (в метрах). Это соответствует четверти длины волны от скорости передачи сигнала в кабеле.

Ввиду более медленного распространения сигналов в кабелях по сравнению с вакуумом расчетная конечная частота может вызвать небольшой выброс на диаграмме Вольперта-Смита. Несмотря на это вы получите достоверные результаты измерений.

Определение импеданса кабеля

После получения «идеально» измеренной кривой следует с помощью маркера найти точку пересечения кривой с осью сопротивлений. Это значение обозначает входной импеданс Z_in. Если точка на измеренной кривой находится не на оси сопротивлений, выберите максимально приближенную к оси точку, чтобы получить точный результат. Затем следует рассчитать характеристический импеданс кабеля на основе измеренного значения Z_in и известного импеданса нагрузки Z_L.