玩转腔体-调试篇

前沿
腔体器件因为独特的材料结构特点，在移动通信中有广泛的用途，但是因为物理和电路结构在机加工程序上不能满足完全高精度的要求，所以很多腔体器件因此就需要进行调试。最具有代表性的是各种腔体滤波器（或多工滤波器）的调试。
在腔体滤波器的调试中严格意义的讲实际上是一种微调。微调的含义需要认真把握：
1． 腔体器件的各种物理结构都是对设计中电路模型的一个仿真应用。
原因大体可以认为：
在电波频率达到可以与元器件外观物理尺寸相比拟的时候，此时元器件外观尺寸就会产生很多附加的影响，一般来讲这种影响是消极的.例如：电阻或者电容器件因为外观尺寸的问题可能会产生很多与实际需要相近的谐波和杂波谐振点，这种点会影响到我们实际需要的频率点，从而产生不良影响。（原则上当然希望几乎没有谐波和杂波谐振）
为了避免这种影响在高频信号仪器中的影响，于是我们试用各种机械结构来模拟同样功能的物理结构，例如我们应用四分之一波长的铝棒放于与之相应的金属空腔结构中来模拟一个电容和电感的谐振结构，而谐振结构是滤波器理论中最基本的单元。
2. 机加工误差的产生是需要调试的原因。
实际上如果机加工的机密度可以达到非常精密，甚至是已经达到了没有误差的理想状态情况下，腔体滤波器是不用调试的。正是因为我们的机加工会在物理尺寸上有一定的出入，所以我们需要做一种调整。这种调整是建立在实际的理想物理模型基础上的，所以可以认为是一种微调。
千万不要以为机加工误差中的一点点不会对产品带来太大影响，有这种认识对于产品的开发和质量的控制是不可原谅的。因为我们试用的领域是高频率高性能器件中，一点点的误差对于频率和耦合系数上的仿真变化却是非常大的：
在800M左右的频率时，实际的如果腔体足够高，以至于腔体顶和铝棒之间的顶电容可以忽略的时候，那么如果要达到这个频率的谐振状态，铝棒需要的高度是92mm左右（实际上因为我们一般应用了电容效应，所以，这个值会有大幅度的减小），而我们如果出现0.1mm的加工误差，那么将失谐振频率出现1M左右的误差，多腔情况下，数个这1M的误差，会让我们的产品根本不成样子，对于这一点我相信每个有调试经验的人都可以体会。
而更加的我们为了在一定加工误差基础上增加对腔体滤波器的调试范围和尽量的保持产品调试结果的一致性，于是我们想了各种办法来对这种加工误差进行弥补。
为了增加每个谐振腔在调试中谐振频率更加宽的动态范围，我们将铝棒的中心开空，这样我们将产生更加可以由调试控制的电容效应，因为正是电容效应的产生让我们可以将谐振腔的高度做得更低（调协螺钉越长，低电容和旁路电容会越大，从而谐振频率会降低），而不是没有电容效应情况下理论上的92mm。
为了使我们的窗口对于腔与腔之间耦合系数可以做到更好的控制，我们引入了耦合调试（耦合螺杆越深，将减小电耦合，从而增加整体耦合）,至于窗口，实际上是确定耦合系数最关键的因数，只是因为我们在开发设计时已经做了大体比较准确的确定，从而避免了这种对窗口的调试。（实际上有些产品确实时有窗口调试的，但是相对的，他们调试困难，加工成本高，而且一致性很难保证。对于窗口调试，窗口减小将减小磁耦合，从而增加整体耦合。）对于输入输出接头的激励和反馈线，其实也是有调整的，只是我们当在一定的生产过程中确定后，对于狭义的调试人员调试过程，这个已经没有包括了。
3. 针对具体的结构我们的调试是有规律的，这不单纯是一个经验的总结，当然经验的总结是最关键的。
因为你必须明白在很多情况下，各种方法都是可以得到最后的指标，但是某些方法得到的却不是我们想要的结果，而仅仅是在指标上达到了。例如：耦合螺钉的加深会增加带宽，但是也同样会影响到通带的矩形系数，简单的说就是会让通带看上去不那么尖锐。
有了以上的了解，我们大体上知道了调试是怎么回事情，但是对于一个调试人员最重要的应该是在一定的技术指标要求下，怎样做到有效的调试。注意这儿说的有效指：
1. 调试的结果达到了指标要求。
客户要求或者内部规范的指标是必须达到的，这是调试的目的也是调试的结果。如果没有这点，我们的各种调试是没有意义的，在这一点上，实际上每个调试人员都应该用一种现实甚至是功利的态度来对待，在这儿特别的强调这一点，目的是为了在达到指标的前提下，每个调试人员有更加自由的发挥空间，例如牺牲某些调试余量较大的指标来满足其他的指标（因为毕竟很多的指标之间关系是矛盾统一的）。
2. 调试的过程中使用的方法是最通用，最规范，最合理的。
这一条的重要性实际上都是为了产品的可靠性和质量控制上能够有很好的应用。产品的目的是应用，而应用的可靠性直接决定了产品的生存空间，在这一点上，每个开发和生产的人员都是应该明白的。
3. 调试的时间是在规定的范围内。
4. 在前三条基础上可以尽力保证指标上有一定的余量。
以此可见，一个合格的调试人员不是说单纯的会调，而是要遵循一定的技术和生产上的规则。以上四条实际上就是对一个合格调试人员的最基本也是最根本的要求，要求的重要性就是以上的顺序。
因此，在这篇腔体调试的读本中，我们将按照这四点来展开，如果你的第一和第二点都是可以非常认真和规范在试用的，那么相信经过一段时间的应用的的第三和第四点是很容易保证的。
第一节 指标的含义
对于滤波器或者更加广泛的微波器件，指标的定义是很多的，对于腔体器件而言也是如此，但是考虑到仅仅是调试的应用上，于是实际上，最重要的定义是：带宽，差损（插入损耗），带外抑制，驻波和带内波动（波纹）五个指标。现在详细说明：
带宽：正如我们上面定义的一样，带通滤波器的通带宽度是较低和较高转角频率之间的频差。而较低和较高频率是一个因为差损定义而相对的。比如，如果我们的通带内差损要求是1.0db，那么实际上带宽就是满足差损1.0的最高频率和最低频率之差。
一般来讲如果指标上要求我们的调试带宽比我们实际的调试带宽要小，我们不可能完全按照绝对的带宽进行调试，因为带宽是滤波器指标中最综合影响的指标，它会影响到差损的大小，抑制的大小，带内波动的大小。
差损：在电路中插入滤波器所导致的信号损耗。这以 dB（分贝）为量度，且有很多不同的定义。通常，这就是电路中插有滤波器时提供给负载的电压（在高峰频率响应处），与用一个完美的无损耗匹配变压器更换了滤波器时负载中电压之比。当在两个阻抗有很大不同的电路中间插入滤波器时，则以其他方式指定插入损耗有时则更实际一些。在一般的范畴下，此处的差损实际上前提是带内，如果在带外，我们指的是带外抑制。在泰士达科技有限公司，正是这样定义。
驻波：全称是电压驻波比（VSWR），含义是，在给定端接负载下（50欧姆），由于端口反射所引起的驻波的波峰值和波谷值的电压比值。在泰士达科技有限公司电压驻波比简称驻波。
带外抑制：对不需要的频率点，信号的抑制能力，一般希望尽可能的大，并在通带范围外陡峭的下降，通常取带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。带外抑制这个概念实际上还是属于损耗的范畴，只是我们现在所说指的是在通带外，信号的衰减已经被抑制得比较充分，这个具体的损耗值就是带外抑制的值。
带内波动：又叫带内波纹或者通带波纹。指通带内信号幅度的起伏程度，也受限于传输媒质的固有Q值，一般希望尽可能的小。
在泰士达科技有限公司，以上五个概念规范的名称就是：带宽，差损，驻波，带外抑制，带内波动。
其中为了区分在有两个或者两个以上通带情况下（例如双工器，和路器）相互通带之间的带外抑制，我们统一称这样的情况时，带外抑制为隔离。其中隔离分为通带隔离和收发隔离。现在以双工器为例说明：通带隔离是指在网络分析仪的两个通道中一个通道接双工器的ant端，另外一个通道接tx（上行端）与rx（下行端）中的任一端时，在出现的s12或者s21曲线中带外在另外的通带频率时值（此时另一端需要端接50欧姆负载）。图1，图2所示。
而收发隔离是指在网络分析仪的两个通道分别接rx与tx端，而ant端接50欧姆负载时，整个频段（tx的高端点与rx的低端点之间的带宽）或者两个通带内（rx频带内和tx频带内）s12或者s21的值。


50Ω 50Ω



图1 RX端口测试 图2 TX端口测试
至于规范和详细的其他滤波器定义这儿不再罗列。

第二节 怎样分辨指标
实际上差损，驻波，隔离的值都应该是负值，这很好理解，因为我们的腔体滤波器都不可能是没有能量衰减的，既然有衰减，那么通带通过时，它的总体能量就不会等于或者大于原来的值，因此通过后的能量和通过前的能量的比值应该是小于1的，小于1的值经过log运算后是负值。（实际上是幅度值的比值，我们用能量的观点是更加便于理解）
所以，我们说的差损小于某个值，驻波大于某个值，隔离大于某个值，在意思上应该理解成为这些值都是绝对值。
带内波动中最大点减去最小点的值一定要理解为是在规定的带宽内。
通带的理解在调试的时候是规定严格了的，不需要怎样的去按照上面的定义去具体计算。也可以这样说，如果我们的差损要求是0.8db，通带需要10M的带宽，那么我们的通带就可以说成是0.8db带宽为10M.
以下是一个具体的例子：

图中，传输线（s12）通带内差损可以认为小于0.6db（mark1，mark2点内），抑制大于90db（mark3点以后），反射线（s11）在通带内大于21db（mark1，mark2点内）。但是很明显，图中纵坐标显示的都是负值，这是正确的，只是为了我们的习惯认识，我们一般象开始那样用绝对值来读取这个图像的特性。
第三节 网络分析仪
1.校验
这是试用网络分析仪进行调试和试验的第一部，我们一般试用的网络分析仪是双端口网络分析仪，同样你可以认为还有两个接地端，但是对于这点的理解并不是我们特别关注的。
校验网络分析仪的原因很简单，因为作为仪器，我们必须要给它一个起始的标准，就象我们量身高体重的时候必须要有一个零点一样。网络分析仪工作的零点就是我们校验给它的，单端口校验中我们试用三个标准：开路（open），短路（short），负载（lord）。而为了将两个通道校验成同样的状态，我们还需要应用直通（through）。
根据网络分析仪器的不同，以及需要校验单通道和双通道的不同，我们对各种标准的校验顺序是不同的，但是不论怎样，一个完整的校验是必须要把这四个标准都要使用到，其中在任何情况下，开路（open），短路（short），负载（lord）三个标准的顺序都是
开路－》短路—》负载


2.调试电缆的选择和试用
网络分析仪对外接电缆的长度上有一定的要求，这个根据不同型号的网络分析仪的不同有一定的不同，另外对于SMA型接头和N型接头的不同也有区别。
调试电缆
3.网络分析仪各种功能键的使用

1. 电源开关（LINE switch）：这个开关控制网络分析仪的交流功率状态。1是开，0是关。
2. 显示器（Display）：作为网络分析仪的数据输出现实。它显示测量数据轨迹，测量数据的动态变化以及软键表。
3. 软键（Softkeys）：这些键提供了显示屏上各种目录的入口，使用它们能够进入下层菜单。
4. 激励控制面板（STIMULUS function block）：这些键允许你控制网络分析仪的源频率，功率，和其他的激励功能。
5. 响应功能面板（RESPONSE function block）：这些键允许你控制主响应通道的测量和显示功能。
6. 主响应通道键（ACTIVE CHANNEL keys）：网络分析仪有两个独立的显示通道。这些键允许你去选择主响应通道，然后去应用这个通道的任意功能。
7. 辅助面板（The ENTRY block）：这个面板包括转盘，步骤键 ，以及数字面板。他们可以让你去调整各种数字，也帮助你控制设置几个marker点。
8. 工具状态功能面板（INSTRUMENT STATE function block）：这些键帮助你控制独立通道系统的功能，包括以下内容：
 复制（copying），保存/读取（save/recall），以及HP-IB控制模式。
 限定测试
 外部源模式
 可调节接收模式
 频率设置偏移模式
 测试序列功能
 谐函数测量
 时域变换
9. 键：这个键可以让你进入任意一个已知参数的预设状态。
10. 通道1和通道2（PORT 1 and PORT 2）:PORT 1通道可以让你测量S12和S11,而PORT 2通道可以让你测量S21和S22.
11. 探针功率链接器（PROBE POWER connectors）：这个连接器试用一个激励探针为交流电路的电路内测量提供功率。注意：在这个设施内有保险丝。
12. R 信道链接器（R CHANNEL connectors）：这个连接器允许你对网络分析仪的R信道应用输入信号，以产生频率偏移模式。
13. 软驱（Disk drive）：3.5英寸软驱可以让你保存和读取工具的状态和测量数据。
一般来讲，对于这些功能键我们最基本的需要掌握他们的功能为：
1. 测量状态设置，包括：频率范围，中心点，测量点数量，通道功能，mark点设置等。
2. 显示状态设置，包括：仪表亮度，显示颜色，坐标基准点，坐标刻度等
3. 仪表的校验，包括：单通道校验，双通道校验，传输线的校验。
4. 数据保存设置，包括：校验状态保存，数据曲线保存，仪表设置保存三种，以及与之有关的命名，该名，打印，存表等功能使用。

第四节 谐振点的调节
谐振的概念意思是在某一个频率状态下，输入信号会固有的根据器件的特性有最大的幅度值，在其他频率状态下，这个幅值会有更大而不相同的衰减。这是构成我们滤波器特性最基本的原理。
那么作为我们腔体滤波器中调协固有谐振频率的调协螺钉的调节就应该在这个原理的基础上，把所有谐振腔的谐振频率调节到需要的通带频率中。根据我们这种腔体滤波器（四分之一谐振波长UIR结构同轴谐振滤波器）的特性，我们可以调节的决定谐振腔谐振频率的就是调节螺钉的长度，根据腔体的微扰效应及电容电感特性，调节螺钉进入越多，则频率越低。
可见对于调节螺钉最关键的是：
1. 螺钉深入腔体的深度越深，相关谐振腔的谐振频率越低。
2. 所有谐振频率都应该在需要的通带以内，除非在一些特定的情况下可以容许有一个或者两个谐振点在通带外。
因为首尾腔涉及到对信号的激励问题，一般来讲，其调节螺钉的深度相对中间各级谐振腔的调节螺钉要长一些，并且它们的作用不仅仅是涉及到谐振腔的谐振频率，而且更重要的是他们是信号激励强弱的最重要的调节因素。在网络分析仪所显示的传输曲线上表现为，他们会让通带内的各个谐振点的振幅变得最大，点间的波纹变小。
若首尾腔的调节在一开始就把曲线变得很平滑，那么我们很难判断腔体滤波器其他腔的谐振点的具体位置。
可见对于首尾腔调节螺钉的调节，我们应该在进入到一个大体的位置后，先调节中间各级

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小编。wangshuxin发的几个帖子 没技术分 能否帮我下载下。发给我 1710683023@qq.com
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