应用笔记 3962

用于5GHz以上RF测量的微同轴“尾缆”


摘要 : 在诊断或修复RF信号通路的问题时,微同轴“尾缆”是一种非常有用的工具。如果恰当使用,它们可用来表征5GHz以上网络的特性。本应用笔记概述了微同轴“尾缆”的多功能性及其技术的合理应用。

在射频设计、调试中面临的挑战之一是准确测量没有接线端的信号通道参数,例如:测量输入端连接在双工器、输出端连接在低噪声放大器(LNA)状态下的滤波器的插入损耗(S21);或者测量功率放大器(PA)的输出功率和线性度,而此功率放大器的一端连接在双工器,另一端连接在发送驱动器上。这两种假定情况及其它许多情况,都需要使用一段半刚性微同轴电缆,如图1所示,也称其为“尾缆” (pigtail)。

图1. 密封微同轴电缆,可用于测量5GHz以上的系统
图1. 密封微同轴电缆,可用于测量5GHz以上的系统

半刚性微同轴电缆可从多种途径(www.micro-coax.com)获得,并提供多种特征阻抗。对于50Ω应用,从纤细柔软的8mil外径(0.203mm)到结实的250mil外径(6.35mm),有各种各样的尺寸规格。这些电缆可以直接焊接在信号通道,临时用来测试主要参数,即使电路没有设计用于这种测量。

在前面提到的假设情况中,如果怀疑声表滤波器的插入损耗有问题,首先要切断这个器件的输入和输出通道,然后焊接二个微同轴电缆到电路板,对器件进行简单的双端口测试。这种测试可以准确得到器件在电路板上所表现的性能。例如PCB布板有问题时,S21会明显比厂商提供的标称参数高。同样的测试技术用于功率放大器,可以在没有外加其它电路的情况下测试和优化功放电路。在测量中可以消除发射杂散,识别出输入或输出端的阻抗不匹配,比较清晰地判断出布板问题,以及进行全面的测试来诊断问题。

为了正确使用尾缆(pigtail),须遵循一些指导性原则。首先,要考虑待测信号的频率。手工制作电缆,同轴连接到SMA边缘安装连接器,这对高达2GHz的信号测试可以接受。但是,对于2GHz以上的信号,由于SMA至同轴电缆的转接,回波损耗和阻抗变为不可预知的因素(图2a2b)。对于更高频率,最好用图1和图3所示的"密封"电缆组件。密封电缆可以从常用器件和设备供应商那里找到。从中间切断这些电缆可以得到2根尾缆。

图2a. 手工制作的微同轴电缆,测试频率可达2GHz至3GHz
图2a. 手工制作的微同轴电缆,测试频率可达2GHz至3GHz

图2b. 手工制作的微同轴电缆(PCB端接阻抗为50欧姆
)的回波损耗(S11)
图2b. 手工制作的微同轴电缆(PCB端接阻抗为50Ω)的回波损耗(S11)

图3. 密封微同轴电缆的回波损耗(S11)
图3. 密封微同轴电缆的回波损耗(S11)

采用尽量短的电缆以尽量减小插入损耗,同时,减小电缆端突出的中心线长度也很重要。多余的电缆长度和突出的中心线会明显影响尾缆的回波损耗(图4a4b)。

图4a. 过长的中心导线是有害的
图4a. 过长的中心导线是有害的

图4b. 中心导线过长时的回波损耗
图4b. 中心导线过长时的回波损耗

当准备测试时,另外一个需要考虑的因素是尾缆连接处的直流电压。值得注意的是,很多频谱分析仪(和其它设备)会被直流电压损坏。因此,需要在测试之前切断传输路径,在尾缆和被测器件间加一个隔直电容。

最后,还要考虑接地问题。如果PCB地线焊接处有阻焊剂,要用X-Acto®刀片刮掉阻焊剂,焊接地线。与地平面的连接需重视屏蔽问题,不管从射频角度还是从机械角度考虑都是如此。在测量过程中,接地不可靠会带来极其严重的后果,如牵拉PCB走线或损坏隔直电容。

采用上述方法,可以利用微同轴电缆检测传输通道的一些特殊参数。利用低价位的工具优化阻抗匹配,查找系统中存在插入损耗、隔离问题的电路,优化系统设计。

类似文章发表于RF Design Magazine 2006年2月刊。