续集
第三章、测试前的准备
射频电路与低频电路的测试有显著不同。在测试低频电路时,我们可以用万用表测量任意两点之间的电压、电阻,可以根据需要任意用几根铜线连接测试电路……。当频率提高到一定程度,传统的低频测试方法要么会严重影响电路的工作,要么会带来无法接受的误差,甚至测试的结果与事实正好相反。错误的测试方法会将我们引向歧途,从而严重影响DIY的成功率。来到射频世界,我们就必须准备专门的器材,使用专门的方法,才能得到正确的结果。
要点1 除了待测器件内部我们暂时鞭长莫及外,应使整个测试系统阻抗匹配。
KC901A的标称阻抗是50Ω。在测试系统中,接插件、同轴电缆、外置衰减器、滤波器,直到待测器件的端口,阻抗应该都是50Ω。如果系统中有些不可替代的器件不是50Ω阻抗,就需要进行匹配,让它们的端口变换到50Ω。否则这些器件就会引起较大的驻波,产生难以预料的损耗,导致测试结果不能真实反映待测器件的特性。
尽量不要使用破损的电缆,必须使用适当的同轴接插件来连接同轴电缆。不要试图用铜丝、鳄鱼夹之类物品连接测试系统,切莫通过分别焊接芯线和屏蔽层的办法来将断开的同轴电缆连接在一起——除非您正在打仗,敌人已经扑到跟前而请求增援的信号还没发出……。这些连接方法不但阻抗偏离甚远,还能起到天线的作用。
(左图 错误的连接方法) (右图 正确的连接方法)
各种同轴接插件都有它的适用频率范围,不同质量的接插件能用到的最高频率也不同。KC901A配置的是N型插座,与之相配的插头如果买成10块钱,一般能用到5GHz左右,对于我们的测试已经足够了。M型或SL16型接插件在质量很好的前提下,也只能用到500MHz左右,要尽量避免使用。质量上乘的BNC或Q9型接插件可以适用到2GHz,在多数情况下可以使用。
有时需要测试PCB板上的电路,这时要尽量避免对待测电路的影响。如果待测电路阻抗很低,倒是可以尝试一下直接测试。否则,应当采用专门的探头或者制作专门的夹具。
对于老手来说,往往并不要求阻抗必须匹配,而是更关心测试结果对要解决的问题而言是否有意义。
警告 KC901A的端口允许短时间承受最高5V的直流和低频电压。如果超过5V或时间较长,会损坏仪器。
要点2 运用各种可能的方法校准测试系统。
KC901A在出厂时已经进在自己的端口上进行了校准。但是待测器件一般不能直接连接到仪器端口,必须通过一定长度的电缆和足够数量的接插件,电缆和接插件会引入插入损耗或者带来驻波。另外随着温度的变化以及时间的推移,仪器的性能会在一定范围内改变,如果仅依赖出厂校准,会造成较大的测试误差。
S21测试前的校准
如果待测器件轻小,允许使待测器件的一个端口直接连接在仪器上(虽然这不是一个好习惯)。当需要同时测试回波损耗时,尽量连接在仪器的输出端口。在这种情况下,只需要增加一根射频电缆即可组成测试系统。如果待测器件较大或者接插件的型号恰好不匹配,就需要用到两根射频电缆。
对于使用一根电缆的情况,在测试开始前,应当将这根电缆直接跨接在仪器的两个端口上( 图 ),并执行软件校准操作。如果使用两根电缆,请用一个质量较好的接插件将他们连接在一起,然后跨接在仪器的两个端口上( 图 ),执行软件校准。
软件校准的操作步骤如图( 图 )所示。
如果一个系统中有多根在不同地方串联的电缆,可以把他们全部串联起来进行一次校准。
测试放大器时,应在放大器的输出端口串联衰减器。如果这种放大器增益较大或适用于微小信号,还应该在它的输入端串联衰减器。在做这种测试之前,请把所有衰减器和电缆串联在一起执行校准操作。
软件校准的参数会保存在仪器中。下次开机时将默认使用上一次的校准参数。如果对该参数进行清除操作( 图 ),则会代之以出厂校准值。
注意 不论center和span设置为多少,KC901A的每次校准都会对整个覆盖频率进行修正。如果您习惯于使用上一次的校准参数,当心在某次进行特殊的曲线校准之后忘记清除校准值,而在下次测试时上当受骗。
如果仅做定性的观察,允许不做测试前校准。
S11的测试前校准
S11功能默认显示驻波比(SWR)。KC901A在设计上考虑了后期校准驻波比的难度,如果您关心的待测驻波比在3.0以内且待测端口直接连接在仪器上,则允许省去测试前校准。如果您关心的驻波比数值超出上述范围,或者对1.5以内驻波比的测试精度有较高要求,或者通过很长的电缆来测试一个器件,则应当进行校准。
为了校准S11,需要您准备一只质量非常好的50Ω标准负载,SWR>50的开路器和短路器各一只。首先在KC901A的输出端口上接标准负载(如果采用了电缆,则应连接在电缆的输出口),然后依程序接上开路器和短路器。校准完成后提示CAL OK。
即使对电缆的另一端进行了校准,通过长电缆来测试一个器件(例如天线)的S11也是不推荐的。当驻波本来就比较小的时候,这样做会大大增加读数的误差。