KC901Q测量反射参数S11教程
kcma 2020-7-18原创 科创仪表局

KC901Q是一款没有内置方向器件的射频多用表。未集成电桥/定耦的主要原因,是目前没有简单的办法平衡成本、体积和性能,强行集成会使KC901Q不再成为工程师随手拿起的工具。

采用外置电桥/定耦是一个比较好的办法,人们只需根据自己用到的频段,选择一款便宜的工业产品就行了,操作也十分简单。

考虑到KC901系列的其它型号可以直接支持到几kHz的低频,因此本文主要考虑高频使用,那么定向耦合器是最佳选择。常见的型号如是德科技的87300B(参考 https://www.kechuang.org/t/85896  ),KRYTAR公司的104020010等,也包括任何适当的国产型号。它们十分便宜,以至于仪表局都不太提得起生产它们的兴趣。

在选择定耦时,并不需要纠结其下限频率。对于常见的宽带定耦(带宽是其上限频率的30%以上者),在远低于其下限频率时,只是耦合度降低,而定向性依然良好。KC901Q在较低频率具有良好的动态范围,耦合度降低对反射测量毫无影响。当然,过短的耦合线会对反射的相位敏感,但影响可以被校准模型一定程度消除。下面的例子说明,对于一个标称下限频率26.5GHz的宽带定耦,用到几十MHz也是勉强可以的。

下图是本教程选用的定耦,标称频率范围是26.5-40GHz

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由于该定耦采用2.4mm连接器,与SMA不兼容,因此先用转接器转为2.92标准。

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KC901Q的输出端口(端口1)经过一支10dB的衰减器,与定耦连接。注意定耦通常标注正向耦合方向,因此要反过来使用,其OUT端作为输入。采用衰减器的目地是尽可能地吸收被测器件的反射波,改善端口匹配。

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装好以后如下图所示。使用半钢线将定耦的耦合端与KC901的输入端口(端口2)连接。如果需要用到10GHz以上频率,半钢线是最廉价且效果好的解决方案(比稳相电缆还好),否则晃动一下相位就会漂移,会让操作体验变得很差。

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接好以后,可以用S21功能观察一下耦合度,在末端悬空和接负载时各测一条曲线,接负载时曲线下降得越多越好。

本文所用的定耦,耦合度是-10dB,由于串联了一个10dB的衰减器,所以下图中蓝色曲线(末端悬空时)在-20dB附近徘徊。黄色曲线是接负载时耦合到的信号,可见在大多数频率,都具有优于20dB的方向性。26GHz以上方向性变差,更可能是KC901Q在该频段动态范围降低导致的(毕竟人家是40GHz的耦合器)。另外,本文用的负载、衰减器也都到不了这么高频率。

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下图是KC901Q的S21噪底,可见动态范围在26G以上迅速降低,所以上图高频段方向性降低是可以理解的。

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检查了定耦的方向性之后,切换到S11模式,然后按软菜单上的RECAL键,对仪器进行校准。

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根据提示分别接入短路、开路器和负载。校准件的参数由校准件的生产厂家提供,需要先在FUNC菜单下的“CAL KIT DATA”中录入。校准完成后,显示接负载时的S11噪底。可见除零频外,整个24GHz以下,都具有优于40dB的显示范围。具体的测量性能,取决于校准负载的性能。

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将开路器或短路器连接到端口,可以观看全反射时的回损。如下图所示,在0附近波动。

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没有严格归0的原因,主要是成品校准件比901Q还贵,为了接地气咱们临时DIY了一个,参数按0输入。

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我们来测一个10.5GHz低通滤波器的反射。

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只能说大概像那么回事。

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需要注意的是,在30G这么大的跨度下,仪器每个扫描点之间的距离高达66.67MHz,如果要用它测量低频,这么大的扫描间距肯定会漏掉大多数谐振峰,比如整个短波频段一个点都没有。因此,测量低频天线必须缩小SPAN,在小扫宽下校准测量。

下图是测量一根对讲机天线,此时SPAN设为1GHz,屏幕最左侧是零频,校准后可以使用。

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显示出该天线在140MHz附近驻波较低。

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对于这种不平衡天线,仪器的外壳相当于“地网”,参与天线辐射。因此,手是否握住仪器,测得的参数会有很大区别。截图瞬间手必须握住仪器操作键盘,不能像上图那样毫不接触,于是得到的曲线有所不同(如下图)。使用台式仪器和使用手持仪器,因为仪器形状不同,曲线也会有明显的不同。对于非平衡天线,需要在准无限大接地平板上测量,或者在专用测试工装(与实际使用环境尽量接近,例如对讲机外壳)上测量。

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实际上,上述40GHz定向耦合器可以用于测量短波天线。不过在双端口矢网中,因为传输测试的正向信号也要从耦合端取,过低的耦合度会导致几乎没有动态范围,加之过低的耦合度容易受外界环境变化的影响而发生漂移,所以就别想着用一个简单的耦合器搞定一台双端口矢网了。

当然,稳妥的办法还是选用覆盖被测频段的耦合器,毕竟不是所有形式的耦合器都能在低频工作。

[修改于 25 天前 - 2020-07-18 17:55:22]

来自:电子信息 / 仪表与测量

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