保持微波測試系統(tǒng)的平衡

　　在一個40GHz的微波測試系統(tǒng)中采用18GHz的測試電纜時，那么這個系統(tǒng)是失衡的；而在一個測試系統(tǒng)中，測試電纜出現(xiàn)了輕微故障而測試者尚未察覺，我們可以認為這個測試系統(tǒng)也處于失衡狀態(tài)。

　　在AN-0101《測試電纜概述》一文中，從電纜本身性能的角度描述了如何選擇一條合適的測試電纜組件，本文則從應用角度來重新討論這個問題。

　　木桶原理vs微波測量系統(tǒng)

　　木桶原理說的是一個木桶裝水的多少取決于最短的那塊木板。這個道理在日常生活中被經(jīng)常引用，把它用在微波測試系統(tǒng)中，筆者認為是再貼切不過了。我們可以從系統(tǒng)角度來審視一個微波測量系統(tǒng)這個“木桶”是否完整和平衡：

　　1）在一個聲稱為40GHz的微波測量系統(tǒng)（比如有40GHz的信號源，頻譜分析儀等）中，如果被發(fā)現(xiàn)其中只有26.5GHz的測試電纜組件和轉接器，那么這個系統(tǒng)就是不平衡的；

　　2） 當DUT（被測件）的最高頻率為6GHz時，采用40GHz的頻譜分析儀和6GHz的測試電纜組件，那么當前的這個測試系統(tǒng)是平衡的；

　　3） 不管什么系統(tǒng)，如果測試電纜出現(xiàn)了故障，哪怕是軟故障，比如接頭和電纜的根部出現(xiàn)了隨機的接觸不良情況，在這種情況下，隨著電纜的抖動或者移動，頻譜分析儀上的幅度讀數(shù)會隨著發(fā)生變化，而測試者尚未察覺到電纜出了問題，那么顯然這個系統(tǒng)也是不平衡的。

　　盡管一臺頻譜分析儀可能價值幾萬美金，而一條“比較貴”的測試電纜也只有一、二百美金，但是從系統(tǒng)角度看，二者的地位是完全相同而不可偏頗的。在任何微波測量系統(tǒng)中，測試電纜組件和轉接器是連接儀器和DUT的紐帶，而且是一個很大的測試不確定因素，所以說測試電纜和轉接器是保持一個微波系統(tǒng)平衡的關鍵。以下推薦幾點測試電纜組件和射頻轉接器在選擇、使用和保管等幾方面的建議，供讀者參考。

　　分類保管測試電纜組件和轉接器

　　在實驗室通常會配備各種規(guī)格的測試電纜組件和射頻轉接器，這些產(chǎn)品或來自儀器制造商，或來自第三方專業(yè)制造商。應對這些產(chǎn)品進行分門別類的選擇和保管，以下是幾點建議：

　　1) 在電纜上標注最高工作頻率。

　　這一點很重要，可以避免測試電纜成為測試系統(tǒng)的“短板”。這項工作也可以要求電纜供應商采用工業(yè)用標簽打印機直接打印在電纜上，圖1是一個例子。

　　2) 給特殊的儀器配備專用電纜。

　　某些特殊的儀器，如帶有APC7接口的網(wǎng)絡分析儀，40GHz（如2.92mm）的頻譜分析儀和信號源等。因為有些接口是專用的，如APC7，少有用在通信設備中的；另外，如果把一條2.92mm接口 的40GHz電纜用在一個SMA接口的3GHz設備的測試中，那無疑是大材小用了。因此，為專用接口或者高頻儀器配備專用測試電纜組件不失為一種充分發(fā)揮這些儀器作用的有效手段。

　　3) 將室外應用和實驗室應用的電纜分開。

　　室外應用的電纜需要經(jīng)常被卷曲和運輸，同時應用環(huán)境也相對惡劣（比如電纜會被放置在地面上），因此更容易損壞。為了增加強度，我們往往為室外應用的電纜加裝保護層，如不銹鋼鎧裝。這樣做是為了防止電纜被過度彎曲，但同時損失的是電纜的柔軟度。而測試者通常更喜歡使用柔軟的電纜，因此將實驗室應用的柔性電纜和室外應用的電纜分開，可以在某種程度上提高測試的效率。

　　4) 將射頻轉接器裝在盒子里分類保管。

　　射頻轉接器種類繁多，將它們按照應用分類定位放置在小盒子里，可以大大方便使用，并對器件起到保護作用。以下是幾種射頻轉接器的分類例子，圖3是一種工作于6GHz以下頻段的成套射頻轉接器，包括了N、TNC、BNC、SMA、UHF和miniUHF等6種轉接器的插頭和插座。巧妙的是，這些轉接器之間用一種叫universal的轉接器來互聯(lián)，這樣一共可以組合出72種轉接器。這套轉接器適合絕大多數(shù)常見通信設備的測試，如雙向無線電對講機。

　　圖4所示的是一種內部可自由切割的小盒，用于放置各種射頻轉接器，這樣可以組合成各種應用的射頻轉接器套件，如專用于蜂窩基站測試的DIN716和N之間的4種或6種轉接器；最常用的N和SMA之間的轉接器等。

　　射頻測試電纜和轉接器的使用注意事項

　　在微波測量系統(tǒng)中，最容易損壞的就是測試電纜組件和射頻轉接器，因此要仔細維護和使用。以下是筆者總結的一些經(jīng)驗：

　　1) 不要用任何鉗子來固定射頻連接器。

　　幾乎每種尺寸的射頻連接器都有適合的扳手，當然這是指六角形螺帽的插頭，而圓形的螺帽則只能用手裝拆了。無論是尖嘴鉗或者老虎鉗，都無法掌握連接器的正確力矩，并且會損壞連接器。應使用力矩扳手來緊固連接器。

　　很多螺套尺寸為8mm的六角形連接器可以用力矩扳手來緊固和拆卸，如SMA、3.5mm、2.92mm、2.4mm和1.85mm；而N型連接器則采用開口為19mm的力矩扳手。

　　通常，在實驗室可配備一把開口8mm和一把19mm的力矩扳手。如果沒有，可以用手來緊固和拆卸連接器，對于連接器來說，緊固的力矩寧可小于其規(guī)定的力矩，但不能更大。

　　2) 射頻連接器的清潔。

　　要用蘸有酒精的棉簽來清洗連接器，但不要用棉簽去清洗空氣介質連接器的內導體，如3.5mm和2.92mm等。

　　3) 遵循木桶原理－使用滿足測試要求的轉接器和電纜即可。

　　盡可能不要使用比當前的測試頻率高出很多的射頻轉接器和測試電纜。比如在測試蜂窩基站的雜散信號時（這項測試通常要求至12.75GHz），可采用18GHz的SMA接口的測試電纜和轉接器，而不要采用40GHz的2.92mm接口的電纜和轉接器。

　　這么做的理由是為了合理利用射頻實驗室的資源，應把2.92mm的電纜和轉接器用到毫米波測試場合，畢竟射頻連接器是有壽命限制的。

　　4) 不要將校準件中的轉接器用于普通測試。

　　校準件中的轉接器，如N(f-f)、SMA(f-f)，這類精密轉接器的回波損耗典型值小于-34dB，只能用于S參數(shù)測量的直通校準，千萬不要將其用于正常測試中的轉接。沒有的話，寧可花錢去買一個。

　　5) 掌握正確的操作姿勢。

　　從儀器上拔下測試電纜組件時，一定要抓在接頭上（圖5a），千萬不要抓在電纜根部往外拉（圖5b），這樣很容易造成電纜和接頭連接處的故障。筆者見過的電纜故障，這部分原因占了較大比例。

　　圖5 電纜的操作

　　6) 給轉接器戴上保護帽。

　　那些外螺紋的連接器，如N(f)和SMA(f)，容易被磨損。尤其是SMA(f)，不小心掉在地上的話，螺紋很容易變形。因此用完后最好隨手給連接器戴上塑料保護帽，同時還能起到防塵的作用。

　　關于保護接頭

　　保護接頭（Saver Connector）又被稱為測試端轉接器（Test Port Adaptor），顧名思義就是用于保護昂貴的儀器設備上的接頭。保護接頭實際上就是一個male到female的轉接器。

　　不要忽視這個小小的轉接器，它能省去你不少的麻煩。試想一下你正在正常使用的儀器設備，如果因為連接器損壞而需要返回原廠維修，除了要花去昂貴的維修費，還要損失寶貴的時間。要注意以下可能遇到的情況：

　　1) 帶空氣介質接口的高頻儀器設備。

　　當工作頻率高于26.5GHz以后，需要采用空氣介質的射頻接頭，如3.5mm、2.92mm、2.4mm等，由于內導體沒有介質支撐，所以這類接頭更容易損壞，保護接頭幾乎可以說是必需的。

　　2) 無源互調測量設備。

　　無源器件的互調產(chǎn)物測試是一項非常精密的測試項目。無源互調測量設備的自身互調指標可低至-170dBc@2×43dBm，任何的接頭接觸不良都可能造成互調指標的惡化，在生產(chǎn)線上，一條頻繁使用的低互調測試電纜的壽命僅僅是按月計算的。所以在無源互調測試設備上，必須有一個保護接頭。

　　3) 通用的儀器設備。

　　大部分測試儀器設備都采用N型連接器，用于儀器中的連接器，其壽命肯定要比普通的連接器要長，但是它也有壽命，一旦磨損，也免不了返廠維修的問題。從這個角度看，任何測試儀器，只要你認為必要，都需要保護接頭。

　　可稱為“保護接頭”的，并不是普通的轉接器，其電氣性能指標尤其是壽命是主要的考慮因素。圖6是一種N型的保護接頭，其VSWR分別為1.02@DC-1GHz、1.04@1-3GHz和1.06@3-6GHz，而壽命則達到5000次插拔，這種保護接頭可以作為大多數(shù)常用測試儀器的保護。如果沒有被稱為“保護接頭”的轉接器，哪怕用一個普通的不銹鋼轉接器也好過不采取任何保護措施。

　　檢查測試電纜和轉接器

　　如果測試電纜組件和轉接器已經(jīng)出現(xiàn)了故障而使用者尚未發(fā)現(xiàn)，則會影響測試精度，更為嚴重的是在大功率測試時可能會燒毀設備。所以，測試電纜組件和轉接器需要定期檢查，在使用過程中也要隨時注意，以下是幾點建議：

　　1) 注意儀表上的測試值是否穩(wěn)定。

　　如果你發(fā)現(xiàn)頻譜分析儀上顯示的頻譜幅度不穩(wěn)定，或者網(wǎng)絡分析儀在測量S21時的曲線出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，排除其它原因后，就應該檢查測試電纜是否出現(xiàn)了故障。這種情況下，有可能是電纜與連接器的連接處出現(xiàn)了接觸不良。在圖5b的使用情況下，容易出現(xiàn)這種故障。

　　2) 檢查連接器的內導體。

　　射頻連接器是精密的器件，其中的每個零件及其配合都有嚴格的規(guī)定，圖7是MIL-STD-348A規(guī)定的N型連接器的界面規(guī)范。應經(jīng)常檢查連接器的內導體，如果發(fā)現(xiàn)異常，應停止使用。

　　圖7 MIL-STD-348A規(guī)定的N型連接器界面規(guī)范

　　3) 定期檢查指標。

　　有條件時，可定期用網(wǎng)絡分析儀檢查測試電纜組件和射頻轉接器是否正常。

　　區(qū)別公制和英制連接器

　　雖然現(xiàn)在絕大部分連接器都采用英制標準，但仍有一些容易引起混淆的公制和英制連接器，典型的有英制的N和公制的L16，以及英制的BNC和公制的Q9。單從外形上很難區(qū)分，但是二者不能互換，如果在一起使用，會影響測試精度并損壞連接器。在采購時，應注意這一點。