R&S®ESSENTIALS | Теоретические основы анализаторов спектра и векторных анализаторов цепей
Измерение потерь в кабелях
Пол Денисовски (Paul Denisowski), инженер отдела управления продукцией
R&S®ESSENTIALS | Теоретические основы анализаторов спектра и векторных анализаторов цепей
Пол Денисовски (Paul Denisowski), инженер отдела управления продукцией
Обзор измерения потерь в кабелях
Все коаксиальные кабели ослабляют передаваемые через них ВЧ-сигналы. Это ослабление известно как потери в кабеле или вносимые потери.
Потери в кабеле зависят от длины кабеля и частоты сигнала, проходящего через кабель. По мере прохождения сигнала через кабель часть его энергии поглощается вследствие омических и диэлектрических потерь. Кроме того, неоднородности на разъемах, изгибах или дефектах кабеля могут отражать часть энергии обратно на источник, дополнительно повышая измеряемые потери. В общем случае потери в кабеле линейно возрастают по мере увеличения длины кабеля, т. е. удвоение длины означает удвоение потерь. Однако между потерями в кабеле и частотой существует более сложная нелинейная зависимость: на высоких частотах наблюдаются более значительные потери.
Потери являются важной характеристикой, которую должны указывать производители кабелей. Как правило, этот показатель выражается в децибелах (дБ) на метр или фут. Частотная зависимость потерь обычно представляется в виде таблиц или графиков, а наличие данных о потерях в кабеле играет важную роль в различных ВЧ-приложениях.
Несмотря на предоставляемые производителями спецификации, в некоторых случаях могут требоваться измерения фактических потерь в кабеле, особенно если тип кабеля неизвестен или если на рабочие характеристики оказывают влияние такие аспекты, как соединения разъемов или износ. Для измерения потерь в кабелях обычно применяется векторный анализатор цепей.
Существуют два метода измерений потерь в кабелях на векторном анализаторе цепей:
Однопортовое измерение кабеля (S11 или измерение параметров отражения)
Двухпортовое измерение (S21 или измерение параметров передачи)
При однопортовых измерениях потерь в кабеле сигнал подается в кабель с помощью источника или следящего генератора. Частота сигнала изменяется в пределах определяемого пользователем диапазона. Дальний конец кабеля остается разомкнутым или закорачивается. В обоих случаях сигнал доходит до конца кабеля и отражается обратно на порт источника.
Порт источника сравнивает мощность отраженного сигнала с известной мощностью передачи. Потери в кабеле в дБ рассчитываются как общее ослабление в двух направлениях, поделенное на два. Как было сказано выше, общие потери в кабеле зависят от частоты сигнала и длины кабеля.
Перед началом измерения необходимо настроить конфигурацию векторного анализатора цепей. Это включает в себя три основные группы настроек:
После настройки конфигурации можно подключить испытуемый кабель к векторному анализатору цепей двумя способами:
Для чего может быть удобен тестовый кабель? Тестовый кабель дает преимущества в том случае, если испытуемый кабель имеет труднодоступный разъем (например, если кабель подключен к корпусу или мачте). Кроме того, тестовый кабель снижает износ и механическую нагрузку на порт анализатора. Влияние тестового кабеля на результаты измерений можно устранить в ходе калибровки.
Калибровка требуется для обеспечения точных результатов измерений потерь в кабеле. Для этого необходимо поочередно подключить различные калибровочные меры (разомкнутая цепь, короткое замыкание, согласованная нагрузка) к испытуемому кабелю. Эти калибровочные меры могут быть доступны по отдельности или в виде калибровочного тройника. В дополнение к подключаемым вручную калибровочным мерам можно использовать электронные модули калибровки, которые автоматически переключают встроенные калибровочные меры и управляются с помощью векторного анализатора цепей.
В ходе калибровки векторный анализатор цепей выводит указания для пользователя, в какой последовательности и в какой момент времени необходимо подключить определенную калибровочную меру. Это быстрая процедура. Обычно она занимает всего несколько минут, при этом электронные модули калибровки дополнительно повышают скорость по сравнению с ручными калибровочными мерами.
Способ подключения калибровочной меры к векторному анализатору цепей зависит от дальнейшего подключения испытуемого кабеля к анализатору. Если испытуемый кабель напрямую подключается к векторному анализатору цепей, калибровочные меры следует также напрямую подключать к порту. При использовании тестового кабеля калибровочные меры следует подключать к концу тестового кабеля.
Давайте в качестве примера рассмотрим результат однопортового измерения потерь в кабеле. На графике ниже потери в кабеле представлены как функция от частоты в диапазоне от 1 ГГц до 5 ГГц. Ось Y выражает потери или ослабление в дБ. Этот график показывает два типичных явления:
Потери в кабеле рассчитываются как среднее между минимальным и максимальным значениями. В данном примере минимальное значение составляет -1,2 дБ, а максимальное значение составляет -3,5 дБ, поэтому потери равны -2,35 дБ.
Теперь рассмотрим двухпортовые измерения. Двухпортовые измерения следует использовать вместо однопортовых измерений в двух ситуациях:
В большинстве двухпортовых измерений можно напрямую подключить испытуемый кабель к обоим портам анализатора. Если для подключения испытуемого кабеля к анализатору используются тестовые кабели, необходимо выполнить нормализацию, чтобы устранить влияние тестовых кабелей на результаты измерений.
При проведении двухпортовых измерений потери в кабеле по-прежнему зависят от частоты, однако измеренная кривая имеет меньше пульсаций по сравнению с однопортовыми измерениями, поскольку на обоих концах кабеля установлен характеристический импеданс. Несмотря на то, что во многих случаях подключение обоих концов кабеля к векторному анализатору цепей невозможно или нецелесообразно, двухпортовый метод измерения потерь в кабеле в целом более предпочтителен, чем однопортовый метод.
Заключение
Вам требуется помощь в измерении потерь в кабелях? Наши эксперты всегда готовы оказать поддержку.