论射频电缆阻抗及回波损耗测量方法

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1、论射频电缆阻抗及回波损耗测量方法第1页共8页论射频电缆阻抗及回波损耗测量方法朱荣华李谦若叶菁蓁阻抗和回波损耗作为射频电缆的重要指标一直是人们关注的对象，随着测试技术的不断发展，测试方法也随之不断变化。阻抗和回波损耗测量可以采用频域测量的方法，也可以采用时域测量的方法。频域测量方法可采用网络分析仪或其它扫频测试设备，时域测量方法则既可以采用商品化的时域反射计（TDR），也可采用脉冲信号发生器和取样示波器组合成测量系统的方法。另外，随着现代网络分析仪的发展，利用矢量网络分析仪内置的离散傅里叶逆变换功能，也可将频域测量结果转换成时域，

2、实现时域测量。本文根据阻抗和回波损耗的定义、测量原理和方法、测量设备的选用等方面归纳、总结和介绍各种电缆阻抗和回波损耗的测量方法，重点叙述阻抗和回波损耗的频域测量方法，时域测量方法则在本文末尾部分作简单的介绍。1电缆阻抗和回波损耗的定义和相互关系1.1阻抗1.1.1特性阻抗（Zc）特性阻抗定义为入射电压与入射电流之比或反射电压与反射电流之比（即波阻抗）。1.1.2输入阻抗（Zin）输入阻抗定义为当电缆终端端接与电缆本身阻抗一致的负载或电缆为无限长时（任意频率下），电缆始端呈现的阻抗。1.1.3平均特性阻抗（Z∞）平均特性阻抗定义

3、为特性阻抗在高频时的渐进值。1.2回波损耗1.2.1反射系数（ρ）反射系数为电缆沿线某处反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比。1.2.2回波损耗（LR）回波损耗为反射系数的对数形式，即LR=20log10

4、Γ

5、。1.2.2电压驻波比（VSWR）电压驻波比为电缆沿线电压幅度的最大值与最小值的比值。1.2.2结构回波损耗（SRL）结构回波损耗是以相对于电缆平均特性阻抗为参考的回波损耗（回波损耗则以系统特性阻抗如50Ω为参考）。2相关计算公式的推导和结构回波损耗的计算2.1电缆特性阻抗与传输速率的关系：电缆特性阻抗与传输速率

6、的原理公式为：1Zc=（1）vpC式中，C：为单位长度电缆电容；c：光速；论射频电缆阻抗及回波损耗测量方法第2页共8页v：相位传输速度；pl因为vp=，所以：tp1tptpZ===（2）cvCl×CCpl式中，tp：电缆总相位延时；Cl：电缆总电容。当用矢量网络分析仪测量电缆传输相位（s21）时，一个相位变化周期为2π（±π）亙，则相位传输速度与相应2π相位变化的频率差Δf关系为：v=l×Δf（3）p则：111Z===（4）cvCl×Δf×CΔf×Cpl当采用电缆终端开路或终端短路的谐振法测量阻抗时，相邻两个并联谐振或串联谐振点

7、之间差半个波长，即相位差π,则传输速度与相邻谐振频率差Δf关系为：v=2×l×Δf（5）p则：111Zc===（6）vpC2×l×Δf×C2×Δf×Cl在IEC611962005同轴通信电缆标准中，还涉及到以下参数和公式：相移常数：ϕ(f)expβ()f=（7）lsample式中：ϕ()f：频率f时测得的扩展相移；explsample：试样长度，m。群延迟：Δβτg=（8）Δω相位延迟：βτp=（9）ω传播速度：2πfv=（10）β电长度：论射频电缆阻抗及回波损耗测量方法第3页共8页β×cl=l（11）emech2π×f由（1）

8、、（7）及（10）式得，当频率为f时，电缆的特性阻抗为：1β(f)ϕexp(f)ϕexp(f)Z()f=×==（12）cC2π×f2πfCl2πfClC：电容，F/m；f：频率，MHz；C：电缆总电容，F。l2.2传输线输入阻抗、终端负载和反射系数的关系被测电缆上任意处反射波电压V（或电流）与入射波电压V（或电流）之比为反射系reflectedincident数，用Γ表示(时域中用ρ表示)，即：VreflectedΓ=（13）Vincident被测电缆上任意处的反射电压与入射电压之比即反射系数Γ与阻抗的关系式为：Vreflect

9、edZL−Z0Γ==（13a）VZ+ZincidentL0式中：ZL——为被测电缆样品上任意点的阻抗；ZO——为测量系统（或称电缆样品环境）的阻抗。如50或75Ω；当用网络分析仪反射测量时，反射系数Γ可通过s参数s11或s22获得。此时，电缆（输入端）作为网络分析仪测试端的终端负载，并将对网络分析仪测试端产生反射，经校准的网络分析仪反射测试端为标准的系统标称阻抗（即标准50Ω或75Ω）。反射系数Γ与电缆输入阻抗Zin和网络分析仪系统阻抗Z0（50Ω或75Ω）的关系式为：Zin−Z01+ΓΓ=或Z=Z（14）Z+Zin0in01−

10、Γ2.3电缆阻抗与其终端开路和终端断路输入阻抗的关系根据传输线理论，电缆阻抗与其终端开路和终端断路的传输线的输入阻抗之间的关系为：Z=Z×Z（15）shortopen式中，Zshort：终端短路时的输入阻抗；Zopen：终端开路时的输入阻抗。2.4ANSI/SC