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十家公司同轴电缆性能大比拼,测试系统电缆该选谁?

同轴电缆是系统中经常容易被忽视的组件之一,除非它们出现故障。当处于最佳状态时,微波电缆组件不会增加任何影响:没有损耗,也没有相位失真。当处于最差状态时,电缆损耗可能变得非常严重,以致于必须用宽带放大器电路加以补偿。用于测试与测量应用的同轴电缆和电缆组件对系统而言必须“不可见”,才能使它们的电气特性不会被当作待测设备(DUT)的部分特性来测量。

虽然构建射频/微波测试系统的一些工程师更喜欢通过将挠性或半刚性电缆切割到一定长度,然后在选定的同轴连接器内端接这些电缆来“搭建他们自己的”电缆组件,但大多数工程师还是愿意选择定购同轴电缆组件。提供这类组件的供应商有很多,即使是测试应用所需的高性能精密电缆也是如此,而且大多数供应商都能提供标准长度和定制长度的电缆组件。

虽然自动测试设备(ATE)系统通常使用半刚性电缆,而且在这些系统中DUT可以自动放置在合适的测试夹具里,但基于微波矢量网络分析仪(VNA)的许多测量系统需要通过挠性电缆组件将DUT连接到测试系统端口。诸如Flexco Microwave等公司就提供了专为与VNA配套使用而开发的精密电缆组件。例如,该公司的NTC195测试电缆可以用于从直流到26.5GHz的频率范围,而NTC182测试电缆可以扩展到从直流至40GHz的范围。两种电缆的外径都是0.5英寸,最小弯曲半径均为1.5英寸,这两种50Ω的电缆具有90dB的最小屏蔽效能(SE)。根据频率要求,这些电缆组件可以用不同的连接器端接,包括K、3.5mm、SMA、TNC和N型连接器。

Semflex公司已经开发出随温度(-65℃至+95℃)变化和随弯曲度变化(360°)的相位变化最小的测试级电缆,每100英尺损耗仅为20dB。Radiall公司则在其TestPro 4.2电缆中使用了一种低密度的PTFe电介质,可以实现从直流至20GHz的频率覆盖范围。这些电缆的外径为4.81mm,在18GHz时的插损很低,为2.1dB/m。Radiall公司还制造TesPro 5电缆组件,用于从直流至26.5GHz的测量应用。这些电缆的外径稍大些,为5.85mm,插损直到18GHz都只有1.02dB/m,幅度稳定度优于0.05dB。这两种电缆组件的最小弯曲半径都是25mm(约1英寸)。

Pasternack公司提供的电缆组件覆盖从直流至26.5GHz的频率范围,可与商用的VNA一起使用,例如安捷伦科技公司(Agilent)和安立公司(Anritsu)的VNA分析仪。Pasternack公司的PE310-KIT包包含各种长度的挠性电缆组件。该公司的在线“电缆组件向导”可以帮助用户根据各种不同终端连接器选择合适的同轴电缆和光缆。

Mini-Circuits公司的CBL系列测试电缆覆盖了从直流至18GHz的频率范围,目前库存有各种长度和公头连接器类型,包括SMA到SMA、SMA到N型和N型到N型连接器。Synergy Microwave公司推出的SF系列测试电缆使用PTFE电介质,连接器是带铜制中心引脚的镀金同轴连接器,损耗低,借助各种连接器可覆盖从直流至18GHz的频率范围。位于佛罗里达的RF Labs公司开发出了Mini-Flex 105MC电缆组件,这些电缆采用不锈钢单线管与硅树脂护套,借助连接器的选择可覆盖从直流至50GHz的频率范围。

Crystek Microwave公司的160系列挠性电缆组件包含不锈钢连接器,可工作在从直流至40GHz的频率范围,在26GHz时的损耗仅有0.7dB/英尺,在40GHz时的损耗也只有0.9dB/英尺。其它高性能电缆组件供应商还包括JMicroTechnology、MegaPhase、美国国家仪器(NI)、RF Precision Cables、Storm Products和Times Microwave Systems等。
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图1:低损耗的MXP系统接口

例如,MegaPhase公司最近推出了原始设备制造商(OEM)测试电缆的一种低成本替代品,可用于频率高达67GHz的应用。这种型号为MegaPhase 67的测试电缆可以与VNA和其它微波测试仪器一起使用,在34GHz时的衰耗为1.05dB/英尺,在67GHz时的衰耗仅为2.05dB/英尺,最小屏蔽效能为100dB。这种测试电缆可提供从8英寸至72英寸的标准长度,并提供1.85mm的连接器。

Times Microwave Systems公司则向无线与测试应用提供宽带同轴电缆组件,并能提供满足通信系统应用要求的更长长度(如100英寸),这些电缆一般用于2.4GHz和6.0GHz。该公司的Silver-Line测试电缆由带不锈钢连接器的单股PTFE电介质电缆和高效应变消除系统组成,直到26.5GHz都具有稳定的幅度和相位性能。这种挠性电缆有铠装和非铠装两种版本,10GHz时的相位稳定度都在±1.1o范围内。独特的应变消除系统可以承受175磅的拉力而不会损伤电缆,因此是“手脚重的”测试系统操作员的理想选择。

Storm Products公司提供半刚性电缆、挠性电缆和测试电缆组件,包括Accu-Test系列挠性测试电缆组件。Accu-Test 200电缆的工作频率可到26.5GHz,并具有突出的相位稳定性:在18GHz时随弯曲度变化的相位变化为2o,18GHz时的最大衰减是0.116dB/英尺(18GHz时的标称衰减是0.108dB/英尺)。

Accu-Test 150测试电缆组件用于更高频率的应用,工作频率可达40GHz。这种电缆组件的相位稳定性与更低频率电缆组件的弯曲度性能相匹配,在18GHz时的最大衰减略高,为0.145dB/英尺,标称衰减则为0.135dB/英尺。这两种电缆的屏蔽效能都超过90dB(40GHz电缆组件的屏蔽效能好于100dB)。
针对测试应用设计的挠性电缆组件可以从电压驻波比(VSWR)、幅度稳定性与频率的关系以及相位变化与作为电缆移动函数的频率的关系来加以表征。电缆评估方法是将它们绕成小圈、测量性能、然后伸直电缆,观察它们的初始幅度和相位特性的恢复程度。

针对可能要求完全无磁构造的测试应用,United Microwave Products公司推出了Microflex 165挠性电缆组件,可覆盖从直流至26.5GHz的频率范围。这种电缆的成品直径为0.165英寸,采用了熔丝层压型聚四氟乙烯(PTFE)电介质芯和钝化的不锈钢SMA连接器。这些电缆可以取得好于90dB的屏蔽效能,最小弯曲半径为1英寸。该公司还提供Microflex 150作为0.141英寸直径半钢性同轴电缆的挠性替代电缆。Microflex 150的最小弯曲半径是1英寸,当用各种SMA同轴连接器终接时可覆盖从直流至26.5GHz的频率范围。Microflex 098是针对频率特别高的应用设计的电缆组件,使用1.85mm V型连接器可工作到65GHz。这种电缆使用单股PTFE电介质。

Huber+Suhner公司以SUCOTEST组件的形式提供原始电缆、电缆组件和专用测试电缆,其中包括SUCOTEST 18A产品线。这些铠装测试组件主要用于频率高达18GHz的室外和恶劣测试环境。它们能够在直到18GHz的频率范围内保持好于0.05dB的插损稳定性,在直到6GHz范围内保持好于±4o的相位稳定性,并在直到18GHz范围内保持±6o的相位稳定性。1500mm长电缆组件在18GHz时的最大插损为2.74dB。这些电缆适用于室外无线和军事测试系统,具有防水性能,尽管有铠甲保护,但仍具有高度的挠性。

认识到高速数字测试系统要求电缆具有高频模拟测试系统相同的电气性能,Huber+Suhner公司还开发出了低损耗的MXP系统(见图),可与该公司的高性能同轴电缆一起使用。MXP接口支持速度高达40Gb/s的数字测试(模拟范围从直流至40GHz),并具有很低的插损(305mm(12英寸)电缆组件在直到22.5GHz范围内的插损不到2dB)。在许多情况下,挠性电缆将是MXP组件的频率受限部件,例如该公司的直流至26.5GHz Sucoflex 404挠性电缆。
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