电缆阻抗测量

同轴电缆阻抗

同轴电缆主要包括三个组件：

• 内导体：传输信号的中心导线。
• 介电绝缘体：包围内导体的一层绝缘材料。
• 导电外屏蔽层：包围在绝缘层外部的金属屏蔽层，为信号提供返回路径，防止外部电磁干扰。

这些组件外部通常还有一层塑料绝缘层。同轴电缆的特性阻抗表示内外导体直径与二者之间的绝缘材料的介电常数的关系。大多数同轴电缆的特性阻抗都是 50 Ω 或 75 Ω。电缆外套上一般都印有阻抗值，如果没有的话，可以使用 VNA 来测量阻抗。

使用 VNA 测量同轴电缆的特性阻抗

VNA 可以根据四分之一波长阻抗变换器原理来测量同轴电缆的特性阻抗。四分之一波长阻抗变换器是一种长度为四分之一波长、以已知阻抗 ZL 终止的传输线。根据已知阻抗 ZL 和通过 VNA 测量得到的输入阻抗 Zin，可以计算出特性阻抗 Z0。

测量过程可以分为四步：

• 校准 VNA：对 VNA 进行开路-短路-匹配负载 (OSM) 校准。校准可以提高测量精度，不过如果只需要确定电缆阻抗是 50 Ω 还是 75 Ω，就可以省略这一步。
• 连接电缆：将同轴电缆连接到 VNA，终端接 50 Ω 负载。
• 运行 S11 测量：使用 VNA 配置并执行反射 (S11) 测量。必须正确设置扫描的起始频率和终止频率。
• 通过史密斯圆图解读结果：在史密斯圆图上绘制测量结果，确定电缆阻抗。如果电缆阻抗和负载阻抗均为 50 Ω，史密斯圆图中心将显示一个圆点或小圆圈。如果电缆阻抗和负载阻抗不同，史密斯圆图上将显示不完整的圆圈或多个圆圈。

设置正确的扫描频率

必须正确配置扫描频率，这样才能准确测量阻抗：

• 起始频率应该比较低，一般是 100 kHz 或更低。
• 终止频率应尽量高一点，保证迹线刚好能够穿过一次电阻轴。75 除以电缆长度（以米为单位），可以估算出理想的终止频率（以 MHz 为单位）。这种估算的原理是电缆中信号速度与四分之一波长的关系。

由于信号在电缆中的传播速度比在真空中慢，计算出的终止频率可能会导致史密斯圆图上出现轻微的过冲。不过结果仍然可以接受。

确定电缆阻抗

获得“理想”的迹线后，使用标记找到迹线与电阻轴相交的点。Z_in 表示输入阻抗。即使迹线点没有精准落在电阻轴上，使用最靠近电阻轴的点也可以获得准确的结果。最后，根据测量的 Z_in 值和已知负载阻抗 Z_L 可以计算出电缆的特性阻抗。