射频电缆参数测定试验-电缆情缘网.PDF

维普资讯 射频电缆参数测定试验 崔 炎 吕善伟 (北京航空航天大学 205教研室) 引 言 在射频领域的工程 中，经常采用 同轴电缆及其配套 的接头 (见右图)对各个功能块 、器件 或振子单元进行连接 (即馈电)，对它们的基本要求是插损小、匹配好。在一些对相位 比较敏 感 的应用 中，同轴 电缆的相移也是我们需要特别关注的。能够熟练地进行射频 电缆参数 的 测量是射频 (和通信工程)研究人员所应具备 的一项基本技能。 2 相关的基本理论 2．1 什么是传输线 传输线这一概念是微波领域所特有的概念 ，总的 说来 ，传输线就是用 以从一处至另一处传输高频或微 波能量的装置。那么传输线与我们传统意义上的 “导 线”有什 么区别呢?一种直观的理解方法是 ：当一段 长为 1米 的金属导线用来传输 10KHz的信号时，它 自 身的长度 只是信号波长的 1／3×10，这样对于传输线 两端的信号来说 ，可 以认为是完全相同的；但 当其用 图 1 来传输 150MHz的信号时 ，它 自身的长度正好是传输 信号的半个波长 ，这样一种不严格的直观结果就是——在传输终端的信号与传输始端 的信 号正好反相 !此时我们如果在进行系统分析时再忽略 “导线”的作用显然就是错误 的。上面 这个例子 的陈述是十分不严格的，实际上 ，当利用传输线进行高频信号传输时，将产生各种 高频效应 (诸如集肤效应)，需要我们对各种不同的效应分别予以建模和分析 ，它决不仅仅是 一 个相位 问题 ，叙述这个例子的 目的是要 以一种直观感性 的方式提醒读者注意这样一个事 实 ：即在射频频段内，任何连接器件对信号的传输都有影响，并且这种影 响往往是不应被轻 易略去的。 从上面的例子可以看出，传输线 的概念是一个相对概念 ，它是各种金属连接导体在射频 时的一个 “别名”。现在 比较常用 的传输线有 同轴线 、波导和微带线 。虽然它们都是 “传输 线”，但其传导 电磁波的特点却各不相同。 2．2 如何分析传输线 上面提到了，既然在射频领域里 ，传输线对信号传递有不可忽略的影响，那么如何来定 量地分析这种影 响呢?总的说来 ，我们需要考虑如下两个 问题 ： (1)传输线 的传输效率 ； ·- - — — 34 -·-—— 天线技术 第 l8期 维普资讯 (2)传输线的相移与群时延特性 。 如果从整个系统的角度来看，还应考虑传输线对其前、后端设备的影响，因此我们还需 考虑如下两个问题 ： (1) 传输线的输入阻抗 ； (2) 传输线对后端呈现的输出阻抗。 为获得 以上 问题的满意答案，需要我们对传输线上的电磁场分布作详细的分析。对于 类似于平行双导线这样 的由两个平行导体组成的传输线系统 ，一种直观而有效 的方法就是 使用分布参数电路的概念 ，对线上各点的电压和电流的分布给出确定的解。然后 由此定出 上面几个 问题的答案。然而这种方法并不是严格和普遍的。对于类似波导这样的单导体传 输系统，普通意义上的 “路”的分析方法是不适用 的(当然 ，可 以采用等效功率的方法对器件 进行等效长线分析 ，但这牵涉到较多的物理概念 ，我们在这里不予考虑 ，有兴趣 的同学可查 看我们编写的 《三通功分器测试》一文)——其主要原因在于在其 内部某一截面上的电磁场 不能对应一个单值的电压波和电流波。其实 ，对于传输线或其它微波应用来说 ，只有用 场“” 的概念进行分析才是严格的和准确的，之所以有的应用 (如同轴线)能够用 “路”的分析方法 ， 是因为可 以由在其上分布的电磁场以某种定义对应单值的电压波和电流波。 关于传输线的另外一个重要 的分析 内容就是所谓 的传输模式 问题 。什么是传输模式 呢?简单地说 ，传输模式就是在传输线中可能存在 的不同的场的形式。我们知道 ，求解传输 线场的实质就是求能够满足传输线边界条件 的麦克斯韦方程组 的解。几乎所有的传输线 ， 都允许无穷多种的场解存在 ，每一个这样的解称为一种 “模式”。显然 ，如果在传输线中同时