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插入損耗Insertion loss是衡量雙端口網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的重要參數(shù)。在EMC實(shí)踐中，了解我們所應(yīng)用的被動(dòng)部件的插損參數(shù)對于提高我們的EMC設(shè)計(jì)能力和診斷整改效率都有重要的作用。然而插損參數(shù)一般只有射頻工程師使用的昂貴的網(wǎng)絡(luò)分析儀或信號分析儀的測量功能才能得到，非射頻開發(fā)的EMC工程師往往無法獲得插損數(shù)據(jù)，因此額外的低成本通用插損測試方法很有現(xiàn)實(shí)意義。
本文分享一種僅使用EMC工程師常備的頻譜儀和簡單的夾具就能進(jìn)行插損測試的方法，能夠?qū)τ诟鞣N被動(dòng)器件如電容、電感、濾波器等的頻率響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行簡單方便快捷的測試，能夠以極低成本投入提高我們的EMC設(shè)計(jì)和診斷整改效率，改善長久以來EMC設(shè)計(jì)過程缺乏數(shù)據(jù)支撐的不利局面。該插損測試系統(tǒng)僅包含一臺帶跟蹤源的頻譜儀和兩種夾具以及所需的同軸線纜，實(shí)際配置如下圖所示。
簡單插損測試系統(tǒng)布置圖
頻譜分析儀是EMC工程師用于EMI發(fā)射的測試和診斷必備的基礎(chǔ)測試工具。除利用頻譜儀的射頻信號測量功能之外，頻譜儀可以按如下要的要求進(jìn)行選型配置或選件功能以極低的成本投入擴(kuò)展得到插損測試功能：
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功能 |
要求 |
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頻率范圍 |
頻譜儀的測量頻率范圍應(yīng)當(dāng)能覆蓋我們關(guān)注的插損測試頻段 |
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頻譜儀建議內(nèi)置預(yù)選放大器PA以便極端情況調(diào)整測試插損范圍 |
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跟蹤源功能 |
頻譜儀應(yīng)當(dāng)具有tracking generator 跟蹤源功能（跟蹤源可以是內(nèi)置在頻譜儀中的一個(gè)寬帶噪聲源，也可以是內(nèi)部同步掃頻單頻率信號） |
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歸一化功能 |
頻譜儀建議帶簡單的類似網(wǎng)絡(luò)分析儀的歸一化功能，能夠直接對夾具等分布參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償而無需再數(shù)據(jù)處理 |
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頻率對數(shù)軸 |
頻譜儀應(yīng)當(dāng)具備對數(shù)頻率軸（因?yàn)榇蟛糠值谋粍?dòng)器件的響應(yīng)都是指數(shù)或?qū)?shù)函數(shù)，對數(shù)頻率軸上才能顯示為直線，線性軸上的曲線不便于分析） |
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多個(gè)軌跡線 |
頻譜儀建議有多個(gè)軌跡功能，方便進(jìn)行測試比對 |
典型的帶跟蹤源的頻譜儀打開跟蹤源并進(jìn)行歸一化之后的界面
插損測試的夾具有兩種，一種是設(shè)計(jì)為適用各種體積大小被測器件的寬度可調(diào)的夾具，但典型頻率應(yīng)用在200MHz以下；一種是采用同軸設(shè)計(jì)的小口徑夾具，僅適用小體積器件測試，但應(yīng)用頻率能到6GHz。實(shí)際中可以參考下圖的兩種夾具，或依據(jù)插損結(jié)果制作精度范圍更高的夾具。
頻譜儀插損測試方法非常簡單，先利用歸一化功能將夾具和同軸電纜的損耗進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償（類似矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試之前的校準(zhǔn)，將夾具和引線的雜散參數(shù)補(bǔ)償歸零），然后要將測器件接入即可（如電容接在夾具芯線和地之間，電感串接在芯線中，三端口器件按功能接入等），歸一化水平線和頻譜軌跡線的差值即為器件接入產(chǎn)生的插損值。該方法也可以用于校準(zhǔn)衰減器、小功率放大器等。由于跟蹤源和頻譜儀射頻測量端口都是50?阻抗，因此這種方法測試出來的插損都是在50?源阻抗、負(fù)載阻抗下的結(jié)果，工程應(yīng)用中需要注意于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的阻抗差異。當(dāng)然也可以使用特制的探頭在線對板級或產(chǎn)品級的器件進(jìn)行實(shí)地插損測量，如板載濾波器的真實(shí)插損等。通過插損測試方法，我們可以方便快捷地驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐之間的差異并及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)改善，為我們EMC研發(fā)活動(dòng)提供強(qiáng)有力的過程數(shù)據(jù)支持。
以下分享些常用EMC元器件的插損實(shí)測結(jié)果，可以與EMC經(jīng)典書籍資料中的數(shù)據(jù)互相印證。
1、典型的SMD貼片電容測試結(jié)果
3、典型的濾波器測試結(jié)果：
實(shí)際應(yīng)用中，我們可以因地制宜地使用網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號分析儀、帶跟蹤源的認(rèn)證接收機(jī)、帶跟蹤源的頻譜儀，外置跟蹤源、甚至信號源與功率計(jì)進(jìn)行插損測量。帶跟蹤源的頻譜儀測試能力也不局限于器件插損，對于EMC設(shè)備的耦合系數(shù)、轉(zhuǎn)移阻抗等校準(zhǔn)核查也有很好的應(yīng)用，但是對于微波、射頻等應(yīng)用中關(guān)心的相位、群時(shí)延等矢量參數(shù)，這種測試方法不能提供直觀的結(jié)果，然而某些型號的頻譜儀有簡單的矢量網(wǎng)絡(luò)分析選件，能夠?qū)崿F(xiàn)低精度的S11阻抗，S21相位測量，也很值得有相關(guān)需求的EMC工程師在測試能力建設(shè)的時(shí)候留意。
小結(jié)：
Ø 提出了一種便于EMC工程師使用的插損測試方法并給出設(shè)備要求和操作方法
Ø 給出了頻譜儀選件和功能的建議
Ø 設(shè)計(jì)了兩種不同的夾具適配不同應(yīng)用場景
Ø 實(shí)測不同電容的插損曲線是不同的，電容量越大插損越大諧振頻率越低
Ø 實(shí)測不同材質(zhì)和封裝的電容插損曲線是不同的，ESL越大高頻插損越小
Ø 實(shí)測電感插損曲線
Ø 實(shí)測篩選合適的磁性材料是濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵
Ø 實(shí)測容量成梯度電容并聯(lián)對優(yōu)化插損頻率范圍有作用
Ø 實(shí)測顯示電容是濾波器插損的主要提供器件
Ø 實(shí)測顯示LC濾波器的插損是L與C插損的相加
Ø 實(shí)測顯示CLC濾波器的插損是C+L+C的疊加
Ø 插損測量方法應(yīng)用不局限于器件測量
Ø 研發(fā)過程中應(yīng)用插損測量工具對元件級、板級、產(chǎn)品級全程跟蹤能極大提高EMC設(shè)計(jì)效率。
