電纜測試~網絡分析儀時域門控功能的應用

應用目標和范圍

本應用測試方案針對非標稱50Ω的線纜，包括同軸、雙絞線、差分高速數據線的測試，包括阻抗參數、S參數(插損、駐波、Smith圖等等)，也可以繪制眼圖。

根據電纜的性能，如頻率范圍、長度、是否差分，設置時域門控，可以按照線纜連接的位置，門控選通，獲得實際物理線纜的各項參數結果。門控選通測試結果對應被測線纜，不含接頭和夾具以及其它測試線纜。

必要性和難點

由于被測線纜不是50Ω標準同軸線纜，可能是高速數據線、差分線等。

用網絡分析儀測試時，測試端口是標準50Ω同軸線纜，因此在連接被測電纜時要求使用轉接頭或夾具，而這些接頭和夾具的S參數未知，需要去除其影響，才能獲得被測線纜的實際參數。

目前常用的方法是去嵌入或夾具移除法，這些方法要求精確設計的夾具和微帶校準件，校準后移除夾具的S參數。其難點在于夾具及其校準件的制作，通常校準件的參數是理論設計值，跟實際值有一定差距，并且校準和得到的夾具自身S參數，可能造成實測數據曲線的波動，甚至錯誤。

本方法采用通用校準方法，通過時域選通功能，定位到被測電纜，實測數據自動排除接頭和夾具的影響。

測試原理

時域分析是矢量網絡分析儀的一個功能選項，時域分析中被測量是時間的函數。對于均勻介質中的傳輸，時間軸等效于距離軸。理論上，任意被測量例如阻抗Z、導納Y 或S 參數都可以用脈沖響應或階躍響應在時域來表征。

矢量網絡分析儀通過頻域分析參數的數據結果，通過FFT反變換及濾波和加窗，得到時域測試參數，橫軸為時間軸，分析脈沖響應或階躍響應。對于均勻介質中的傳輸，時間軸等效于距離軸。

快速傅里葉(FFT)正反變換是矢量網絡分析儀實現時域分析的基礎。用矢量網絡分析儀時域分析時，需要根據被測件電長度L界定模糊距離，從而定義頻率間隔Δf;需要根據需求定義電長度分辨率(時間間隔分辨率)，從而定義頻率寬度SPAN。

最大無模糊距離

時間(長度)分辨率

注意，單端(S11)測試距離和時間，信號往返，是雙端單向傳輸(S21)的2倍。如果被測線纜的電長度小于最大無模糊距離的2倍時，連接線纜單端(S11)測試的末端要連接匹配負載，否則末端開路或短路會在測試范圍內產生模糊信號。

使用“時間門”選擇脈沖響應中的特定部分而抑制其余部分。時間門在時域分析狀態進行選取和配置。時間門選取的時間片段對應測試通道內的某一段位置，在時域分析模式選取時間門，對應電纜連接監控位置點，打開時間門后，切換到頻域進行監測。

測試方法

DUT為線纜，可以是10Ω~1kΩ內任意阻抗;

被測電纜焊接50Ω同軸接頭，如SMA、N;

如果DUT為差分電纜，每個電纜對焊接兩對50Ω同軸接頭，每對接頭外殼導體互聯，并連接DUT屏蔽層。

測試之前校準。

測試窗口分兩個Channel;

Ch1線纜插入損耗: S21測試，采用帶通沖擊響應，在第一峰值處門控選通，至少包含一對時域副瓣;

Ch2線纜阻抗: Z11測試，采用低通階躍響應，門控選通，包含DUT長度50%~80%。

測試驗證

DUT: 75Ω同軸，頻率范圍3GHz，長度914mm

S21插損初始測試結果：

S21時域門控設置：

S21插損，門控選通修正測試結果：

Z11阻抗測試結果：