網絡分析儀在非標稱阻抗電纜測試中的應用

在現代電子系統中，電纜作為信號傳輸的物理媒介，其性能直接影響系統表現。除了標準的50Ω同軸電纜，工程師們經常需要測試非標稱阻抗的線纜，如75Ω同軸線、雙絞線以及高速差分數據線等。這些線纜的阻抗參數、S參數（如插入損耗、回波損耗/駐波比、Smith圓圖）以及眼圖特性，是評估其信號完整性的重要依據。

測試挑戰與難點

使用網絡分析儀（VNA）測試這些非標稱線纜時，面臨一個普遍的難題：測試系統的端口通常是標準的50Ω同軸接口。為了連接被測線纜（DUT），往往需要使用轉接頭或專用夾具。這些附加部件的散射參數未知，會引入額外的反射和諧振，從而掩蓋被測線纜的真實特性。

傳統的解決方法，如去嵌入（De-embedding）或夾具移除法，依賴于精確設計的夾具和微帶校準件。然而，實際制作的夾具參數往往與理論設計值存在偏差，這可能導致實測數據出現不必要的波動，甚至導致錯誤的結論。

時域門控測試原理

為了解決上述問題，本文介紹一種基于網絡分析儀時域分析功能的通用測試方法——時域門控（TimeDomain Gating）。

時域分析是矢量網絡分析儀的一項重要功能。其核心原理是利用快速傅里葉變換（FFT）的正反變換，將頻域測量得到的S參數數據轉換為時域的脈沖響應或階躍響應。在均勻介質傳輸中，時間軸等效于距離軸。通過在時域響應上設置一個“門”（Gate），選通對應于被測線纜物理位置的時間片段，并抑制掉接頭、夾具以及其他非關注區域的響應，從而有效排除它們對測量結果的影響。

為了獲得準確的時域結果，需要合理設置網絡分析儀的參數。根據被測件的電長度LLL來界定模糊距離，從而定義合適的頻率間隔ΔfDeltafΔf；根據所需的電長度分辨率（時間間隔分辨率），來定義掃描的頻率寬度（SPAN）。

測試方法與步驟

1.準備工作：被測線纜（阻抗范圍可為10Ω~1kΩ）需焊接標準50Ω同軸接頭（如SMA、N型）。若是差分線纜，需確保每對線纜的接頭外殼導體互聯并連接屏蔽層。

2.校準：在測試前，使用標準校準件（如SOLT）對網絡分析儀進行系統校準，以消除測試端口的系統誤差。

3.雙通道測試配置：

通道1（Ch1）-插入損耗測試：測量S21參數。選擇帶通沖擊響應模式，設置時域門控，選通第一個響應峰值，并確保至少包含一對時域副瓣，以獲取完整的傳輸特性。

通道2（Ch2）-阻抗測試：測量Z11參數。選擇低通階躍響應模式，設置時域門控，選通范圍通常覆蓋被測線纜長度的50%~80%，以準確評估其特性阻抗。

案例驗證

以一根75Ω同軸電纜（長度914mm，頻率范圍3GHz）為例。

S21插損測試：初始測試結果可能包含了夾具和接頭的影響，曲線不夠平滑。通過設置合適的時域門控，選通電纜主體部分，再轉換回頻域觀察，可以清晰地看到修正后的插損曲線消除了不必要的諧振峰，更真實地反映了電纜的傳輸損耗特性。

S21插損，門控選通修正測試結果：

Z11阻抗測試：通過低通階躍響應配合門控，可以觀察到電纜主體部分的阻抗值穩定在75Ω左右，有效排除了兩端接頭阻抗不連續帶來的干擾。

結論

利用網絡分析儀的時域門控功能，可以有效地對非標稱阻抗電纜進行精確測試。該方法不依賴于復雜的夾具設計和精確的校準件模型，操作簡便，能夠直觀地分離并消除測試夾具和接頭的影響，從而獲得被測線纜真實的阻抗、插入損耗等關鍵參數，是電纜研發與生產測試中一種強有力的工具。