測試連接器互調的新方法

摘 要:在微波無源網絡中，同軸連接器是無源互調產生的主要原因，因此準確確定同軸連接器的無源互調值對于整個無源系統設計來說有至關重要的意義。大多數廠家采用的測試方法中，測量連接器的互調不僅要制作工裝，而且還要對連接器做破壞性實驗。同時，由于增加了新的接觸面，這種測試方法本身又會引入新的互調。基于此種情況，提出一種新的測試連接器互調方法——開路測試法。首先建立連接器的基本模型，然后利用矢量網絡分析儀測量連接器模型在開路和匹配兩種情況下的負載反射系數和源反射系數隨頻率的關系，最后根據測量出的反射系數通過連接器模型算出微波無源網絡中同軸連接器的互調。利用互調分析儀實測連接器的互調值，測試結果和計算結果吻合，驗證了這一方法的有效性。

關鍵詞:同軸連接器; 無源互調; 開路測試; 互調計算

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0118-03

New Method to Test Passive Intermodulation of Connector

LAN Ye， CUI Jin-li， PAN Jun， GU Min-chao

(Jointcom Co. Ltd.， Hangzhou 310012， China)

Abstract: In the microwave passive network， the passive intermodulation(PIM) is mainly generated by coaxial connectors， it was very important for the radio frequency(RF) passive systems to determine PIM of coaxial connectors accurately. The test method of connectors′ PIM which is used by most manufacturers not only need new tools， but also the damaging experiments. The addition of a new interface would introduce new intermodulation at the same time. Based on this situation， a new method to determine the PIM of the coaxial connector-open-circuit method is presented. At first， the equivalent model of the coaxial connector is established. Then the relationship of the load reflection coefficient and the source reflection coefficient with the frequency in both open and coupling cases is measured with the vector network analyzer. Finally， the PIM is calcu-lated by the equivalent model of the coaxial connector according to the measured load reflection coefficient and the source reflection coefficient. The measured result of coaxial connectors PIM is presented. The measured result agrees well with the calculated result. This verified the validity of this method.

Keywords: coaxial connector; passive intermodulation; open-circuit test; intermodulation calculation

0 引 言

在微波網絡中，同軸連接器是引起互調的主要來源。同軸連接器的非線性特性是引起互調的主要原因[1-6]。準確確定同軸連接器的無源互調對整個射頻系統設計有重大的意義。目前大多數的連接器生產廠家采用的測試方法都是一起測試兩個同軸連接器，具體辦法是根據需要測試的連接器制作一個圓桶狀工裝，然后將待測量的連接器的內導體鋸短使之與外面的介質相齊平，將兩個連接器的內導體互相連接安裝在工裝里，一端接互調儀，另一端接低互調負載，測量兩個連接器級聯的互調值。這種測試方法有三個缺點:

(1) 對不同的連接器要制作不同的工裝，程序比較麻煩，耗時長;

(2)這種測試方法是抽樣測試，雖然在工藝或者其他方面保證了互調的穩定性，但是畢竟不是個個測量，難免存在漏網之魚，這會給用戶帶來困擾;

(3) 在這種測試方法中，引入了一個新的接觸面，就是內導體對內導體的平面，這對測試系統的殘余互調會造成影響，但是很難確定影響的大小。基于傳統的測試方法的種種缺點，本文提出一種新的連接器的互調測試方法——開路測試法。這種測試方法是讓連接器的一端開路，另一端接互調儀。這種方法可以在不破壞同軸連接器的基礎上確定同軸連接器的無源互調值。本文首先建立一個連接器的測試模型，然后根據這個模型，利用矢量網絡分析儀分別測量連接器模型在開路和接負載兩種情況下的負載反射系數和源反射系數在不同頻率的值。利用這些數據就可以計算出微波無源網絡中同軸連接器在網絡中開路和接負載兩種情況下的互調。最后，用互調分析儀測量連接器的互調值驗證了這種方法的有效性。

1 互調測量及產生原因

本文中所有PIM的測量都是采用Jonitcom公司的PIM 分析儀，外型如圖1所示。其簡化的測量系統圖如圖2所示。

圖1 PIM分析儀外型

圖2 簡化的測量系統圖

該系統中兩個大功率載頻f1和f2通過雙工濾波器發射到DUT，終端接50 Ω負載。PIM產生的雜散信號在DUT中產生，并在兩個方向傳播——“前向”到匹配負載，“反向”到雙工濾波器。發射激勵信號的頻率和被測的IM產物的頻率由雙工濾波器的TX和RX通道決定。接收機測量反向傳播的IM波功率。PIM測試分為兩種，一種是傳輸測試法，如圖3所示，另一種是反射測試法，如圖4所示。本文采用反射法測量，發射功率均為43 dBm。當載頻為f1和f2，測量的IM產物的頻率[7，8]為2f1-f2。

圖3 傳輸測試法

研究發現連接器中的非線性失真產生于沿著連接器的方向上的某一個特殊點(很象適配器上的金屬和金屬的連接接點)[9]。在這個基礎上，對被測器件分析。DUT非線性產生的IM形成兩個電壓波:V-DUT為反向傳播IM電壓波，它由DUT的反向端面發出;V+DUT為前向傳播IM電壓波，產生于DUT的前向端面。如圖5所示。電長度lback，lDUT，lfront決定PIM的值。lfront為DUT反向斷面到DUT內部第一個非線性點的距離，lDUT為DUT中第一個非線性點到最后一個非線性點之間的距離，lback為最后一個非線性點到DUT前向端面之間的距離。源Vfront和Vback表示出現在DUT端面的測量系統的殘余IM以及負載的電長度lload和負載阻抗Zload。不同的電長度lback，lDUT，lfront也對應著不同的反射系數，為了便于分析，引入圖6的模型[10]。源反射系數，負載反射系數包含的信息不但表明了被測器件的各種電長度，還表明了在不同負載下的匹配狀態。

圖4 反射測試法

圖5 DUT非線性產生的IM形式V-DUT和V+DUT

圖6 測試模型

通過上面的討論，所有IM源的電壓在相位上疊加，在點源上形成的V(i(t))可以用N級泰勒級數近似表示[10]:

V(i(t))=∑Nn=1anin，an=Vn(0)n!(1)

那么PIM產生的功率的表達式為[9]:



P=0.5RI2

=0.5R(f3)*V(f3)Zs(f3)+Zl(f3)2

=9a23R(f3)*I2(f1)*I(f2)Zs(f3)+Zl(f3)2(2)

式中:

I=V(1-Γl)(1-ΓlΓs)Z0(3)

V=20×50×(1-Γs)(4)

Zs+Zs=Z01+Γs1-Γs+1+Γl1-Γl(5)

Rs=Z01-Γs21-Γs2(6)

2 測量數據與計算數據的對比

為了驗證該方法的有效性，本文給出了兩個頻段的PIM值的計算與測量結果對比。

頻段1:800 MHz的通信系統的發射頻段為869~894 MHz，接收頻段為824~849 MHz。如圖7所示。

圖7 實驗結果(一)

同理得到第二個頻段:1 800 MHz通信的發射頻段為1 805~1 880 MHz，接收頻段為1 730~1 880 MHz。如圖8所示。

圖8 實驗結果(二)

在800 MHz頻段內，測量的接50 Ω負載的PIM值的范圍是-69.3~-70.5 dBm，差值為1.2 dB，計算的接50 Ω負載的PIM值的范圍是-68.8~-69.5 dBm，差值為0.7 dB，可以得出計算和測量的值相差很小。測量的開路狀態的PIM值的范圍是-88.4~-89.2 dBm，差值為0.8 dB計算的開路狀態的PIM值的范圍是-88.1~-89.1 dBm，差值為1 dB。接負載和開路，兩者PIM大約差19 dB。

在1 800 MHz頻段內，測量的接50 Ω負載的PIM值的范圍是-119.1~-120.0 dBm，差值為0.9 dB。計算的接50 Ω負載的PIM值的范圍是-118.1~-120.0 dBm，差值為1.9 dB可以得出計算和測量的值相差很小。測量的開路狀態的PIM值的范圍是-109.0~-109.9 dBm，差值為0.9 dB，計算的開路狀態的PIM值的范圍是-109.8~-110.5 dBm，差值為0.7 dB，接負載和開路，兩者PIM大約差10 dB。

由以上的分析可知，這種計算方法計算出來的PIM值和真實的PIM值十分接近，并且隨頻率的變化趨勢一致。同時可以看出，在開路的時候所測量的PIM明顯要比接負載的時候所測量的PIM要大，增大的PIM值是因為匹配不好所造成，當然，相同的負載狀況在不同的頻率下呈現的匹配狀態是不一樣的。

3 結 語

本文以連接器模型為基礎，利用負載反射系數，源反射系數估算同軸連接器在微波無源網絡中的PIM失真值。由此得到在不同負載下同軸連接器的PIM值。文中分別計算和測量了在接50 Ω負載和開路兩個狀態的PIM值。根據計算和測量數據的對比結果，由負載反射系數，源反射系數估算同軸連接器在微波無源網絡中的PIM失真值與真實測量值很吻合，這說明了用負載反射系數，源反射系數估算同軸連接器在微波無源網絡中的PIM失真值的方法是有效的。提出了一種新的對于連接器互調的測試方法，使用這種方法測試時不需要對連接器做專門的工裝，而且可以不做破壞性實驗，實現連接器的個個檢驗，而不是傳統測試方案中的抽檢，從根本上保證了連接器互調的可靠性，真正實行了檢驗的作用。

參考文獻

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