用于5GHz以上RF測(cè)量的微同軸“尾纜”

在診斷或修復(fù)RF信號(hào)通路的問(wèn)題時(shí)，微同軸“尾纜”是一種非常有用的工具。如果恰當(dāng)使用，它們可用來(lái)表征5GHz以上網(wǎng)絡(luò)的特性。本應(yīng)用筆記概述了微同軸“尾纜”的多功能性及其技術(shù)的合理應(yīng)用。

在射頻設(shè)計(jì)、調(diào)試中面臨的挑戰(zhàn)之一是準(zhǔn)確測(cè)量沒(méi)有接線(xiàn)端的信號(hào)通道參數(shù)，例如：測(cè)量輸入端連接在雙工器、輸出端連接在低噪聲放大器(LNA)狀態(tài)下的濾波器的插入損耗(S21)；或者測(cè)量功率放大器(PA)的輸出功率和線(xiàn)性度，而此功率放大器的一端連接在雙工器，另一端連接在發(fā)送驅(qū)動(dòng)器上。這兩種假定情況及其它許多情況，都需要使用一段半剛性微同軸電纜，也稱(chēng)其為“尾纜” (pigtail)。

半剛性微同軸電纜可從多種途徑獲得，并提供多種特征阻抗。對(duì)于50Ω應(yīng)用，從纖細(xì)柔軟的8mil外徑(0.203mm)到結(jié)實(shí)的250mil外徑(6.35mm)，有各種各樣的尺寸規(guī)格。這些電纜可以直接焊接在信號(hào)通道，臨時(shí)用來(lái)測(cè)試主要參數(shù)，即使電路沒(méi)有設(shè)計(jì)用于這種測(cè)量。

在前面提到的假設(shè)情況中，如果懷疑聲表濾波器的插入損耗有問(wèn)題，首先要切斷這個(gè)器件的輸入和輸出通道，然后焊接二個(gè)微同軸電纜到電路板，對(duì)器件進(jìn)行簡(jiǎn)單的雙端口測(cè)試。這種測(cè)試可以準(zhǔn)確得到器件在電路板上所表現(xiàn)的性能。例如PCB布板有問(wèn)題時(shí)，S21會(huì)明顯比廠(chǎng)商提供的標(biāo)稱(chēng)參數(shù)高。同樣的測(cè)試技術(shù)用于功率放大器，可以在沒(méi)有外加其它電路的情況下測(cè)試和優(yōu)化功放電路。在測(cè)量中可以消除發(fā)射雜散，識(shí)別出輸入或輸出端的阻抗不匹配，比較清晰地判斷出布板問(wèn)題，以及進(jìn)行全面的測(cè)試來(lái)診斷問(wèn)題。

為了正確使用尾纜(pigtail)，須遵循一些指導(dǎo)性原則。首先，要考慮待測(cè)信號(hào)的頻率。手工制作電纜，同軸連接到SMA邊緣安裝連接器，這對(duì)高達(dá)2GHz的信號(hào)測(cè)試可以接受。但是，對(duì)于2GHz以上的信號(hào)，由于SMA至同軸電纜的轉(zhuǎn)接，回波損耗和阻抗變?yōu)椴豢深A(yù)知的因素(圖2a、2b)。對(duì)于更高頻率，最好用圖1和圖3所示的"密封"電纜組件。密封電纜可以從常用器件和設(shè)備供應(yīng)商那里找到。從中間切斷這些電纜可以得到2根尾纜。

圖2a. 手工制作的微同軸電纜，測(cè)試頻率可達(dá)2GHz至3GHz

圖2b. 手工制作的微同軸電纜(PCB端接阻抗為50Ω)的回波損耗(S11)

圖3. 密封微同軸電纜的回波損耗(S11)

采用盡量短的電纜以盡量減小插入損耗，同時(shí)，減小電纜端突出的中心線(xiàn)長(zhǎng)度也很重要。多余的電纜長(zhǎng)度和突出的中心線(xiàn)會(huì)明顯影響尾纜的回波損耗(圖4a、4b)。

圖4a. 過(guò)長(zhǎng)的中心導(dǎo)線(xiàn)是有害的

圖4b. 中心導(dǎo)線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)時(shí)的回波損耗

當(dāng)準(zhǔn)備測(cè)試時(shí)，另外一個(gè)需要考慮的因素是尾纜連接處的直流電壓。值得注意的是，很多頻譜分析儀(和其它設(shè)備)會(huì)被直流電壓損壞。因此，需要在測(cè)試之前切斷傳輸路徑，在尾纜和被測(cè)器件間加一個(gè)隔直電容。

最后，還要考慮接地問(wèn)題。如果PCB地線(xiàn)焊接處有阻焊劑，要用X-Acto?刀片刮掉阻焊劑，焊接地線(xiàn)。與地平面的連接需重視屏蔽問(wèn)題，不管從射頻角度還是從機(jī)械角度考慮都是如此。在測(cè)量過(guò)程中，接地不可靠會(huì)帶來(lái)極其嚴(yán)重的后果，如牽拉PCB走線(xiàn)或損壞隔直電容。

采用上述方法，可以利用微同軸電纜檢測(cè)傳輸通道的一些特殊參數(shù)。利用低價(jià)位的工具優(yōu)化阻抗匹配，查找系統(tǒng)中存在插入損耗、隔離問(wèn)題的電路，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷