2017-08-10
以下我們來介紹下在測試任何響應頻率超過100MHz的組件時,一個良好的網絡分析器和實際的測試操作都是非常重要的。這一點在時域測試中也一樣。在時域內,當測量上升時間的特性時,要非常注意上升時間的過飽和和欠飽和,以確保測量方法的可靠性,因為這些可以對實際測試系統(tǒng)的組件功能產生影響,所以必須仔細確定這些現象是器件本身的特性,還是與使用的夾具有關。
檢測重點
為了能更好的了解繼電器的特性,我們將工裝夾具設計為卡板模式。所有繼電器的測試夾具都通過使用SMA連接器與網絡分析儀進行通信,以下是測試板卡的構成:
-終端開路的50歐姆導體校驗適配器
-終端短路的50歐姆導體校驗適配器
- 50歐姆接入電阻的50歐姆導體校驗適配器
- 50歐姆通路電阻的校驗適配器
插入損耗
如之前解釋的一樣插入損耗是由繼電器而產生的功率損耗,在RF 應用中它是一種測量原件(如干簧繼電器)造成的損耗簡單而重要的測量方法,減低這種損耗非常關鍵。
首先,可以明顯地看到插入損耗在7GHz前表現都是十分良好的,如圖所示:
插入損耗曲線圖一直都非常平坦,但在7GHz時會突然加大。這里提到的信號無論是數字的還是模擬的,都能非常順利通過CRF 陶瓷繼電器。當使用半導體作為切換原件時有時會產生模塊間的干擾,從而導致頻率響應失真。但對于一個無源原件如干簧繼電器而言它就不存模塊間干擾的問題,所以在7GHz之前它的插入耗損也非常平穩(wěn)。這樣穩(wěn)定的插入損耗容許用戶轉換,傳輸或處理多種不同的頻率或不同脈沖寬度信號,這樣就避免了要使用不同開關去處理不同的信號。
伴隨著信號頻率的越來越高曾有人質疑干簧繼電器因為使用鎳/鐵合金作為中心傳導體所以性能表現可能不佳主要原因是因為懷疑它的肌膚效應,因為鎳和鐵都是導磁體有很高的導磁率μ。參考一下圖的情況:
干簧開關的簧片已被一條純銅線所代替比較圖#19和#20兩圖的區(qū)別非常小或幾乎一致。當然在傳輸大功率信號時還是有些細微差別的。但我們的許多應用的情況下信號功率都是非常低的因此我們在7GHz之前所存在的差異是可以忽略不計的。
VSWR
VSWR表示了高頻傳輸線路上的駐波傳輸效應在傳輸線路上,駐波通常表現為部分能量被反射回源頭,接著又再次由源頭反射回來,這種來回的反射就形成了駐波。這些駐波妨礙了源信號的傳送,因為駐波在不斷地吸收功率。下圖展示:
干簧繼電器的VSWR情況。這個參數對于高頻模擬信號的波形分析十分重要對于其他信號插入損耗則更為重要。
絕緣
絕緣是指一個原件在電路中隔絕其他信號進一步傳輸的能力。對于一個干簧繼電器來說絕緣是指當它在打開狀態(tài)時阻止信號傳輸的能力。我們都認為一個開關在打開狀態(tài)下是無任何信號通過的然而在射頻領域中事實并非如此因為當頻率足夠高時簧片間的電容會造成漏電路徑。在下圖中:
可以看到絕緣在低頻時約為-50dB,而在3GHz下跌到-15dB,而在7GHz時保持在-10dB的水平上。這種絕緣特性是由簧片間空隙距離決定的。要增加這個間隙是非常困難的,因為這就要求使用更大的玻璃管從而產品的尺寸。而且,空隙增大會令開關敏感度降低從而需要更大的線圈功率。如果在某些應用中絕緣是很重要的參數,同時使用多個干簧繼電器將會有所幫助比如使用’T’型結構或半’T’型結構會幫助獲得更高的絕緣。
回波損耗
回波損耗也屬于RF參數但不如插入損耗或絕緣的運用頻繁。它測量的是RF信號反射回信號源的功率。在下圖:
可以看到,這回波損耗在低頻時只有35dB在6.5GHz時大約為10dB。這里dB值越高,被反射的信號百分比則越低。
特性阻抗
為了獲取盡可能多的繼電器特性抗阻信息需要對信號經過繼電器的多個點進行測量。由于屬于空間測量實際上繼電器各點的實際抗阻值都可以被測量到。以下幾個測量點在下圖中已經有所顯示:
1 - 繼電器輸入端短路
2 - 打開狀態(tài)路經只到觸點的中心
3 – 閉合狀態(tài)路經只到繼電器的終點
4 – 閉合狀態(tài)并且繼電器被短路
5 – 閉合狀態(tài)特性阻抗為50歐姆
通過將繼電器這5條軌跡線添加到原始圖表中,就可以從繼電器的各個節(jié)點上看到一副完整的特性抯抗圖,這對于特性抗阻稍微低于50歐姆的繼電器或原件來說十分有價值。如上圖顯示,該繼電器抗阻微高于50歐姆,軌跡線略高表示一個輕微感性通道的存在該通道可允許信號通過該繼電器,在該繼電器的末部補償少量電容可微調抯抗到需要的水平,這會改善繼電器在該電路上的性能,并提升它在高頻時的表現。
Smith圖表
如果您需要觀察不同的RF頻率或者一個特定頻率,Smith圖表可以呈現在一定頻率范圍內的特性抗阻的變化情況。Smith圖會以50KHz為單位一直描繪到4GHz的頻率反應情況。圖#25中繪制出的點是以純實部50歐姆為圓心分布的。為了更清楚理解Smith圖表,由右邊起點延伸過來的圓實際上就是50歐姆的阻抗圓,圓的水平中心線是實軸,位于這條中線之上呈現感性,而位于中線之下則呈現為容性。如圖所示,CRF繼電器的測量結果都位于50歐姆附近。
最后可以看到CRF干簧繼電器在切換和傳輸7GHz以內的RF信號時表現非常優(yōu)越。我們目前正在努力改善并使其達到10GHz以上,我們也正嘗試不斷開發(fā)新的RF繼電器。由于對處理速度的要求越來越高,對于這些高頻電路上的原件的要求也不斷增加,我們也必須不斷改進現有的干簧繼電器。