1、中华人民共和国国家标准射频同轴连接器电气试验和测量程序反射系数国家技术监督局 批准 实施主题内容与适用范围主题内容本标准规定了用普通的测量方法 无误差识别的电桥或定向耦合器或开槽测量线法双连接器法具有误差识别的测量方法 电桥法定向耦合器法 典型方法和时域反射计法测量射频同轴连接器及射频同轴连接器转接器反射系数的方法射频连接器的反射系数应采用标准试验连接器与测试样品插合进行测量 转接器应在其两端与标准试验连接器插合特定类型连接器的有关规范还应规定相应的标准试验连接器 级连接器 包括精密传输线或电缆在内的整个插合成对的标准试验连接器对都应呈现出最均匀一致的特性阻抗 应按连接器制造厂提供的说明书的规
2、定把一段适用的电缆装接到电缆连接器上 应优先选用具有精确公差型的电缆 允许使用电缆模拟装置来代替电缆应采用时域反射计 检查测量装置的均匀性以及检查所使用同轴传输线段的不完善性和检测其特性阻抗的精确度反射系数应表示为频率的函数 通常应采用频域方法进行测量 最好使用扫频信号发生器 当频率约为 时可以先用时域方法测量 然后再转换成频域特性这样的测量具有可区分出由被测连接器引起的反射和系统中的其他反射的特殊优点 而且频域方法测量时特别在频率较低时就很难区分反射是由哪部分引起的如果采用不同于扫频法的点频法 测试频率点之间应采用适当小的频率增量除非频率信号发生器通常自动控制 能产生非常小的频率增量否则 点
3、频法对误差分辨并不是一种令人满意的方法测量反射系数作为频率的函数 的常用设备有射频电桥 定向耦合器和开槽测量线在没有采用能分辨不同缺陷引起误差的特殊装置条件下一般来说只有在反射系数大于 时 指测量不精确度应不大于测量值的 采用这些设备的测量装置才是令人满意的对规定的反射系数极限值低于 的连接器进行测试时 通常必须采用能分辨误差影响并能判断有关反射的测量装置有些计算机控制的自动测量系统 带有误差校正模式的附加程序它无需另外的误差分辨方法就可减小测量频率点反射系数的测量不准确性适用范围本标准适用于配接射频同轴电缆或带状线或微带传输用的射频同轴连接器及射频同轴连接器转接器等测量方法一般的测量方法常用
4、的测量装置图 示出了采用电桥或定向耦合器或开槽测量线的简单测量装置通常用这种测量装置不可能分辨由不同误差源引起的误差 在图 中 可能产生反射的主要位置标记为 和 相应的反射系数记为 和 由被测连接器产生的反射系数记为图 无误差分辨的电桥或定向耦合器或开槽测量线法电桥测试端口连接器 标准试验转接器 标准试验连接器被测连接器 电缆或电缆模拟装置测试端口误差 不仅表示 点的反射还包括电桥或定向耦合器或开槽测量线的剩余误差由于各个反射波的相位分别取决于两点之间的电长度因此 也取决于频率它们对总反射系数的影响是随机的 所以求其均方根值为总例如典型值可能是假设 时 则求出总这就表明不精确度为 当然这种或大
5、或小的误差可能影响在各个频率点的信号值虽然在图 中指明为扫频信号源 但这并不意味着不能使用点频法 见 条双连接器法称为双连接器法的特殊方法是利用一段预先选择的特性阻抗精确和均匀性一致的电缆 把两个尽可能相同的被测连接器背靠背地互连起来作为试验装置在不能分辨误差时尽管存在着明显的不准确性 这个方法还是具有误差的识别性这个方法如图 所示 图 包括两个具有相等反射系数 频率的函数 的相同试验样品两个被测连接器连接传输电缆的互连长度为 当 等于 波长的奇数倍时 来自两个连接器的反射相互抵消而当 等于 波长的偶数倍时反射相互叠加 其值为单个反射值的两倍 反射完全抵消是两个连接器的反射精确相等 同时也是测
6、试系统没有寄生反射的一个相当可靠的判据图 双连接器法的测量装置标准试验转接器 被测连接器 精密终端负载在实际应用中在电缆段 上的损耗能阻止具有相等反射系数的两个连接器产生的回波在波节处完全抵消 当连接器组件调头时则它们不等的反射表显出不等的最小值 一般来说 当最小值不随连接器组件调头而改变时低于规定值的最大值低反射系数是可以接受的 然而连接器组装件调头时相应于反射系数的最大值超过规定值或最小值有明显改变 则在重新做进一步测试前应对两个连接器和电缆进行检查连接器的互连电缆应由验证过性能的规定电缆或合适的电缆模拟装置构成 电缆长度应小于要测量反射系数的最低频率所需的长度 若干个长度 可以适用于一个
7、宽的频率范围如果在一系列波腹不能覆盖的频率上需要测试结果若干个长度 也是适用的建议在标准试验连接器之间利用连接器组装件调头重复测量 来检查系统的精确度双连接器法可与电桥 定向耦合器或开槽测量线测量方法联合使用 下面对开槽测量线方法作一些详细的叙述图 示出了开槽测量线上以探针位置 每次频率扫描后 按合适的比例平行移动探针 为参数 电压与频率关系的 曲线图 电压最好采用以 为单位的对数刻度 显示的曲线就是要绘制的包络线因此就可以对显示曲线的最小宽度进行判断从包络线最大宽度所对应的电压驻波比 就可以换算出在特定频率的反射系数图 在开槽测量线上以探针位置为参数作为频率函数的电压值图中 在传输线段 中波
8、的传播速度相应于最大值的单个连接器反射系数 的数值由下式计算单个连接器具备误差识别的测量方法电桥法为了实现误差识别的可能性对图 所示的常用的测量装置进行两处更改 这两处更改包括提供电桥测试端口 至 处的试验组装件的足够长度以及试验组装件至 处匹配负载的足够长度 在电桥的基准端口 的终端要给出这样一个值 假设用精确标称特性阻抗端接在测试端口上 则在测试端口将得到一个已知的反射系数 例如 为 回波损耗 测量装置如图 所示 长度 至少应当是 的 倍图 具备误差识别的电桥法电桥测试端口连接器 传输线 标准试验连接器被测连接器 传输线 电桥基准端口连接器采用这个方法可以得到如图 所示的合成的 总反射系数
9、与频率关系的曲线图 表示 点反射系数的三个矢量 相量之和由下式计算总式中 由电桥在端口 的人为的和已知的失配所引起的反射 并且其幅值是可大可小的常数 少量偏差是由于电桥本身的误差以及电桥与测试端口 和基准端口 之间的非零长度传输线的影响所引起的包括被测连接器的反射系数 以及标准试验连接器的反射系数 通过其相对于相位矢量的旋转而产生脉动 如图 和图 所示传输线 的尾端处终端的反射系数是产生脉动 的原因如果准确地使 时脉动要比脉动 快 倍图 根据图 所示测量装置绘制的矢量 相量 图当使用对数检波时 显示在 绘图仪上的曲线表示产生的回波损耗 纵坐标为 数横坐标为频率数 在图 中给出了一个示例 可利用
10、图 右边所示的刻度或其他合适的方法把回波损耗转换成反射系数 通过计算可以求出 而给出的图 和图 供指导用为了避免总反射系数曲线图不清晰失配反射系数 必须大于 和 之和应对扫频范围和两条传输线的电长度进行选择 以便有足够数量的脉动来确定反射系数的曲线当电桥测试端口 与 点的标准试验连接器之间有 空气线 时一个 脉动 周期相当于在显示图形的频率轴上一个 的变化图 根据图 所示测量装置绘制的回波损耗测量的一个示例图 详图 转换成反射系数注 利用平均值下消除 阴影部分的纵坐标值对应于图 被测连接器的反射系数注 用 的差值除以 求得 脉动 是被测连接器的反射系数 包括在图 中 点的标准试验连接器的反射定
11、向耦合器法当使用定向耦合器代替电桥时 应采用作为低损耗部分反射和传输元件的宽带阻抗不连续元件代替 从端口 到 这种元件采用部分填充低损耗泡沫介质同轴线的形式 如图 所示在 处有尖锐不连续性当输出端接上匹配负载 时 失配 反射损耗图 作为低损耗部分反射和传输元件的宽带阻抗不连续元件注 长度 在最低频率时 至少为一个波长低损耗泡沫介质的至耦合端至被测连接器测量方法类似于 条具有误差识别的电桥法所叙述的那种方法专用的替代装置如果在传输线 末端的 处的连接器是被测的试验样品时则可用一个吸收滑动终端负载代替传输线 在慢扫描过程中 负载元件位置的周期变化至少半个波长 同传输线 的长线作用是类似的并产生一个
12、如图 所示的同样的脉动当使用上述三种方法的任何一种时 能检测到谐振反射 这种反射在反射合成曲线中产生尖锐的凹凸的不规则性剩余误差的概述有几个剩余误差不能由所叙述的方法消除由同轴线特性阻抗的偏差引起的误差 这种误差可以通过采用时域反射计法选择精确的阻抗降低到最小标准的可变衰减器 的误差 如图 和图 所示标准试验连接器的误差 使标准试验连接器构成与标准试验连接器直径相同的精密空气线的一部分 能使这种误差降低到最小值与 之间空气线 衰减对所测得的反射系数 值产生的误差 如果这一衰减不能忽略时在计算实际的反射系数 值之前 要从回波损耗中减去 倍的这个衰减值反射系数测量的典型程序图形符号顺序测量过程中所
13、用的试验装置和设备的检验以及适用元件和传输线的选择见表表目 的试验方法 备 注通过与标准空气传输线的比较来选择和检验标准同轴传输线通过与标准同轴传输线的比较来选择和检验所使用的传输线转接器无需是精密的也无需校准标准试验转接器性能的验证设备的常规检查 设备和终端负载误差的检查设备的附加检查 总误差的检查标准试验转接器性能的验证 和标准试验转接器可通过交叉连接和调头进行检查表中 标准同轴传输线标准空气传输线终端负载转接器被测传输线标准试验转接器被测连接器终端负载标准空气传输线或标准同轴传输线标准试验转接器 第一对标准试验转接器 第二对符合 条规定的无误差识别的方法见表表目 试验方法 备 注对产生的
14、恒定回波损耗曲线网络的校准按适用的步骤从 开始调节衰减器 并绘制相应的回波损耗曲线按照 条的规定测量单个连接器的反射系数按照制造厂组装说明书的规定把连接器装接到选择好的并检验过的传输线上进行测量 或者用电缆模拟装置代替传输线表中 标准试验转接器被测连接器传输线 电缆注 接至测量装置电桥或定向耦合器或开槽测量线端口短路开路符合 条规定的具有误差识别的方法见表表目 的试验方法 备 注产生一个回波损耗 校准曲线网络基准端口处接上匹配负载绘出在 时的开路和短路之间的回波损耗曲线的平均值曲线并按适用的步骤调节衰减器 的 值绘出回波损耗曲线网络按图 的规定测量反射系数的总和并推算出反射系数衰减器 在 的初
15、始位置 在电桥基准端口输入一个 的失配按图 的规定测量反射系数的总和并推算出反射系数衰减器 在 的初始位置 在定向耦合器一侧接入具有阻抗跃变的同轴线反射计续表目 的试验方法 备 注必要时对所测回波损耗进行校正 检查标准空气传输线的衰减实际回波损耗 测得的回波损耗减去 倍的传输线的损耗表中 电桥传输线被测连接器传输线部分填充泡沫介质的线反射计注 短路开路失配时域反射计 法理论根据假定入射信号是一个理想的阶跃函数形式的信号 则可利用下式把反射信号 转换成作为频率函数的复反射系数式中 是被测连接器产生的反射所形成的 部分的时间间隔限制上限频率值 使 则公式 简化为式中注 只有反射系数的幅值是重要的所
16、以省略反射信号积分的正负号 由电感串联产生的反射定为正号由电容并联干扰元件产生的反射定为负号图 示出时域反射计记录的实例图 时域反射仪测量记录的实例在实例中 曲线下的面积 横坐标 从 到因此在 时测量方法设备和元件的检验按 条表 中前三格的规定进行 进行测量的装置如图 所示图标准传输线 转接器 被测连接器传输线 终端负载应产生一个反射波的固定记录 从屏幕上读数通常不够精确供计算反射系数用时域反射计设备的时间刻度和反射系数刻度应采用独立的基准进行校准对于时间刻度 采用能滑动短路的已知长度的空气传输线或采用时间标准仪能做出这种刻度 通过利用已知的阻抗失配或已知幅值的输入信号校准反射系数刻度 对于测
17、量间的例行校准来说 利用开路或短路效果也是令人满意的除了校准以外还应检查测量装置的下列误差在校准前应调节阶跃函数形式的入射信号 使之脉动和曲线的凹凸不平为最小空气传输线和设备的电缆的损耗使入射的阶跃信号奇变 应避免使用过长的电缆测量系统中的多次反射会叠加到被测连接器的反射中尤其是系统包括失配元件时 影响更大 通过选择空气传输线和电缆的长度使来自不同源的反射在时间上错开 就可使这种影响降低到最小连接不紧或无屏蔽的终端负载可能在测量系统中引起干扰信号在选定的相当于零反射的传输线中 由不确定因素引起的误差 如果反射信号很小时 这一点就特别的重要频率范围假设被测连接器的最大长度为 并且阶跃信号前沿时间不大于 则时域反射计方法在频率达 时 通常是有足够精度的采用适用的公式 把时域转换到频域除了频率范围限制外 用逐渐增加的输入信号代替突然跃变的输入信号会使反射信号变平 因而降低它的幅值这些都会降低时域反射计的精度附加说明本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出本标准由机械电子工业部电子标准化研究所负责起草本标准主要起草人徐俐弟
