使用50实验室设备测试75电路的S参数.pdf
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使用50Ω实验室设备测试75Ω电路的S参数从事有线、陆地或者卫星电视应用工作的射频工程师经常需要测量S参数。使用最小损耗网络将传统的50测试端口阻抗转换成75设备,为获得合理的测试结果提供了一种经济便利的方法。对大多数低于1GHz的实验室应用来说,由1%误差0402或者类似的电阻构建、安装在PCB板上的最小损耗焊盘提供一种使用50实验室设备快速便利地测试75电路的方法。在大多数情况下,唯一需要修正的因素便是MLP插入损耗-5.7dB加上连接器的额外损耗。通常S参数的测试不需要使用复杂的计算或者甚至Smith圆图。从事有线、陆地或者卫星电视应用的射频工程师经常需要测量电路的S参数。以前工程师使用矢量网络分析仪校验TV调谐器输入是否提供他们所希望的回波损耗,将会面对这样的问题:如何使用50VNA测试我的75DUT的S参数?如果有充足的资金,答案便是建造专门设计用于测试75电路的设备(75源阻抗和负载阻抗测试端口)。否则,使用最小损耗焊盘将传统的50测试端口阻抗转换成75DUT,这为获得合理的测试结果提供了一种经济便利的解决方法。当IC制造商给出电缆TVLNA的回波损耗(|S11|)时,这个测试结果是以75作为参考的。也即,如果|S11|=-30dB(反射功率仅为1000分之一,实际上是相当完美的匹配),当用75源阻抗驱动时,事实上器件输出会允许所有功率传输到LNA上。当使用50源阻抗驱动时同样的调谐器不再获得良好的回波损耗。将这完美匹配调谐器输入直接连接到VNA上,|S11|测试结果接近-14dB,现在的反射功率为1/25!使用同样50VNA,我们怎么能证明TV调谐器输入性能如我们所说的那样良好。因此需要匹配电路。它应当具有平坦的频率响应和最低的插入损耗。工业标准的匹配电路是“最小损耗焊盘”(也即“MLP”)。如图1所示的简单电阻网络。该网络的关键性能便是将75DUT负载阻抗转换成50以便仪器测量,以及将50仪器源阻抗转换成DUT内部的75阻抗。这种方法消除了反射,响应是平坦的,网络的损耗值很容易由DUT测量值扣除MLP的损耗而得到。大部分测试设备制造商都提供“最小损耗焊盘”,在需要的时候很容易在实验室平台上构建这样的网络。“最小损耗”指在获得同样的阻抗变换及可能的电阻网络配置的条件下该网络提供最低的插入损耗。图1.最小损耗焊盘将75DUT匹配到50测试端口。低频插入损耗5.72dB。频率响应平坦度的上限由元件的品质因素决定。将ZLOAD转换成ZLOAD'的数学方法很直接,由附录A给出。推导得到的ZLOAD'表达式描述了从测试端口看过去的(RSOURCE)的MLP和DUT的级联阻抗。将等式作一下变换,可由ZLOAD'解得ZLOAD,这提供消除MLP影响的方法,由ZLOAD'处的测试数据可得到真正的ZLOAD值。附录B给出代数运算可作为参考,在这儿提供以下的结果:完整性检查计算的合理性。假设我们通过MLP测量75电阻的阻抗。VNA会测得RLOAD'=50(无穷大回波损耗),我们期望数学告诉我们负载电阻为75的结果。设RLOAD'=50,可得到R1=43.3和R2=86.6,这样我们得到所期望的ZLOAD=75。把这个简单的表达式分解成实部和虚部以及使用电子表格计算会变得更加有用。把这个简单的表达式分解成实部和虚部以及使用电子表格计算会变得更加有用。通常,75DUT的测量会与阻抗测量不一样-回波损耗(dB),反向隔离,噪声系数和输入三阶交截点是经常测量的。在这些情况中,有助于得到关于MLP的以下结论:(1)只要RLOAD接近75,可减少由MLP失配导致的额外VSWR,可以假设MLP增加了由失配引起不可忽略的测量不确定性。(2)相反地,当RLOAD不同于75时,MLP不再进行正确的阻抗变换,测试端口与MLP以及MLP与DUT之间的额外VSWR值增加,导致测量不确定性。有许多工具可计算失配(以VSWR表示)以测量不确定性。(3)在指定的频率范围内MLP可认为纯阻网络,具有5.7dB插入损耗,再加上连接器和电缆的额外损耗。(4)在S11和S22测量的路径损耗以及在S21或S12测量中完全损耗为插入损耗(至少11.4dB)的两倍-这降低了VNA的有效灵敏度和动态范围。在实际的例子中,比如我们想测量有线/陆地广播电视LNA如MAX3558四个LNA的S21参数。将DUT放置到测试装置中,器件的输入口和输出口都放置MLP,如图2所示。校准VNA,不包括MLP。连接端口1到MLP的50口上,连接75到LNA输入。对一个输出端口和VNA的端口2进行同样的配置。图2.使用50设备测试