标签: 回波损耗

USB4产品具有较高的数据传输速度，因此在PCB的layout及connector的选用上务必格外小心。那该从何确认产品的质量好坏，最直接的方式便是用网络分析仪(Network Analyzer)，针对USB4产品的高速信号线进行阻抗量测以及回波损耗的量测。 潜在风险 部分厂商设计自家产品时，layout的设计并未照着规范走，或者因预算考虑，选用未经认证的连接器等，这些因素都可能导致产品功能异常，如：数据传输速度降低、屏幕显示异常等。而通常这类产品在阻抗连续或回波损耗特性方面都表现得较差。 实际案例 下图左红圈处，可以看到阻抗在连接器的部分非常不连续，而这种现象常常也会在右侧红圈处的回波损耗产生Fail 解决方案 使用网络向量分析仪E5071C，并以特定的测试波形执行在USB4产品上，便能将产品的阻抗及回波损耗一探究竟，协助确保产品有好的质量。

下面这个图，你觉得会引起多大的插入损耗和反射回波损耗？或者说此种连接是否可引导光正常通过。 在光纤通信中， 插入损耗和回波损耗是评估一些光纤器件间端接质量的两个重要指标，比如光纤连接器、光纤跳线、尾纤等。 什么是插入损耗？ 插入损耗是Insertion Loss（通常简称为IL），主要是指光纤中两个固定点之间损耗的光的度量。可以理解为光通信系统光纤链路中由于光器件的介入而引起的光功率的损失，单位是dB。 计算公式： IL=-10 lg（Pout /Pin）， Pout 为输出光功率，Pin 为输入光功率。 插入损耗的数值越小表示性能越好，例如，插入损耗为0.3dB优于0.5dB。一般来说，熔接和手动连接之间的衰减差异（小于0.1 dB）会小于光纤连接器之间的连接。数据中心光纤布线的建议的最大dB损耗量：LC多模光纤连接器最大为15dB， LC单模连接器为最大15dB， MPO/MTP多模光纤连接器最大为20dB，MPO/MTP单模光纤连接器最小为30dB。 什么是回波损耗？ 当光纤信号进入或离开某个光器件组件时（例如光纤连接器），不连续和阻抗不匹配将导致反射或回波，反射或返回的信号的功率损耗，即为回波损耗，Return Loss（简称RL）。插入损耗主要是测量当光链路遇到损耗后的结果信号值，而回波损耗则是对光链路遇到组件接入时对反射信号损耗值的测量。 计算公式：RL=-10 lg（P0/P1）, P0表示反射光功率，P1表示输入光功率。 回波损耗值表示为dB，通常为负值，因此回波损耗值越大越好，典型规格范围为-15至-60 dB。按照行业标准，Ultra PC抛光光纤连接器的回波损耗应大于50dB，斜角抛光的回波损耗通常大于60dB。PC类型应大于40dB。对于多模光纤，典型的RL值介于20至40 dB之间。 影响因素有哪些？ 1.端面质量和清洁度 光纤端面缺陷（划痕，凹坑，裂缝）和颗粒污染等都会直接影响连接器的性能，从而导致不良的IL/RL。即使是5微米单模纤芯上的微小灰尘颗粒也可能最终阻塞光信号，从而导致信号损失。 2.光纤断裂、插接不良 有些时候虽然光纤已断裂但仍能够引导光通过，这种情况下也将导致不良的IL或RL。正如文章一开头提到的图片中，APC连接器与PC连接器相连接，一个是斜8°的角，一个是微弧面的研磨角度，这两者相连短时间内可能会有光通过，但同时也会引发很大的插入损耗和很低的回波损耗，可能也会导致两个光纤端面无法精密对接而使光无法正常通过。 3.超过弯曲半径 光纤可以弯曲，但弯曲的太厉害也会造成光损耗显著增加，也可能会直接导致损坏。因此在需要盘绕光纤的情况下，建议是保持尽可能大的半径。一般建议是不要超过外套直径的10倍。因此，对于外套为2mm的跳线，最大弯曲半径为20mm。

微带天线是在一块背面敷以金属薄层作接地板的介质基片上，贴一金属辐射片而形成的天线。它有微带线和同轴线这两种主要的馈电方式。微带天线在金属贴片与金属接地板之间激发辐射场，通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射，因此也称作缝隙天线。频带窄、功率容量小、损耗大和基片对性能影响较大等是微带天线的缺点，其优点是体积小，质量轻，低剖面，制造简单，成本低，易集成，容易实现双频、多频段工作等，也正是这些优点，使得工作在100 MHz~50 GHz频率范围内的微带天线常用于卫星通信、指挥和控制系统、导弹遥测、武器引信、环境检测等。 无线电引信在军事上可用于控制武器弹丸的引炸，来达到最大的杀伤效果。而天线属于引信察觉装置的一部分，用于发射和接收信号。所以，天线的性能对引信的工作状态以及武器弹丸的杀伤力有非常大的影响。由于天线要附着在弹头上，而一般的弹体头部大都是圆锥形，为了便于将微带天线安装在弹头部位，本文将设计一个中心频率为7.2 GHz的圆形微带贴片天线，其相对介电常数为ε r = 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6。 1 圆形微带天线设计 1.1 介质设计 在天线设计中，介质基片的材料及厚度，对天线的性能有很大影响，所以首先需要考虑介质的材料及其厚度。而材料选择主要考虑的电特性参数是其相对介电常数ε r 和损耗角正切tan δ。介电常数的稳定性非常重要，变化的介电常数将导致贴片频率漂移。介电常数大能减小贴片尺寸，但通常也会减小贴片单元带宽；介电常数小又会增加贴片周围的边缘场，降低辐射效率。大损耗基片常常会降低天线效率，增加反馈损耗，所以在选择介质材料时，需要综合考虑。本设计综合考虑后，确定以FR4环氧树脂板为介质材料，其相对介电常数为ε r = 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6，这也是微带天线设计中常用的一种材料。 对基片的厚度而言，厚介质基片，可提高天线机械强度、增加辐射功率、减小导体损耗，展宽频带；但同时也会增加介质损耗，引起表面波的明显激励。对于一个最大工作频率f m ，根据微带电路理论，厚度应该满足： 式中：c为光速；f m 为最大工作频率，ε r 为相对介电常数。通常在h/f m 0.1 即可保证不会引起表面波的明显激励。 本设计以FR4板为介质基片，根据设计要求，考虑到扩宽频带，和减小天线的体积要求，再结合式（1），给出介质厚度的初始值为2 mm。 1.2 辐射贴片设计 对于已知的介质基片，在给定的工作频率f r =7.20 GHz时，圆形微带天线的贴片半径为： 式中： ；f r 为工作频率；ε r 为相对介电常数；h为介质基片的厚度。 1.3 天线的馈电及输入阻抗 本设计采用同轴馈电的方式，是通过在辐射贴片上的馈电点位置不同来改变输入阻抗，使天线获得阻抗匹配。一般的微波器件通用的是50 Ω系统，所以需要通过改变馈电点的位置来使天线达到50 Ω的输入阻抗。计算天线的输入阻抗，需要从介质损耗、辐射损耗、导体损耗、表面波损耗几个方面考虑，不能单方面考虑某一因素，否则会引起很大的误差。Q r ，Q c ，Q d ，Q s 分别是辐射损耗、导体损耗、介质损耗和表面波损耗所引起的相应Q 值。 天线工作在主模，即TM 11 时： 式中：tan δ 为介质的损耗正切，tan δ = 0.1646；G r = 1.54 × 10 4 。 由于设计中采用理想导体馈电，故Q c = 0。所以： 天线的谐振电阻： 式中：J 1 是一阶第一类贝塞耳函数。令R = 50 Ω ，代入式（8），就可以估算出馈电点的位置L，即在离圆形贴片中心L 处馈电，即是天线达到50 Ω 的输入阻抗。 同轴线内芯半径暂时设为0.6 mm，同时在接地板上挖出一个圆孔作为信号输入端口，将内芯包围起来构成同轴线，半径约为1.5 mm，端口的阻抗为50 Ω。 通过上面分析，得出天线参数的初始值：圆形辐射贴片半径：a = 5.39 mm；介质基片厚度：h = 2.00 mm；介质基片半径2*a；馈电点位置：L = 1.96 mm；内芯半径：n = 0.6 mm；外芯半径：m = 1.5 mm。 【分页导航】 第1页： 圆形微带天线设计 第2页： 运用HFSS 软件进行天线仿真 2 运用HFSS 软件进行天线仿真 基于ANSOFT 公司HFSS 三维仿真软件，对天线进行建模分析。仿真流程见图1。 图1 仿真流程图 根据初始尺寸及HFSS天线设计要求，创建天线初始模型如图2所示。 图2 天线结构图 通过HFSS对初始值的仿真可知，当前的初始值并没有完全使天线达到7.2 GHz，且此时天线的各项性能指标也达不到要求。那么，需要用到HFSS的扫频分析和优化设计功能来优化天线的各项参数，使引信天线的性能达到最佳。 2.1 天线的优化设计 （1）通过HSFF 软件在谐振频率附近做扫频分析，对圆形贴片的半径进行修正。可以得到7.2 GHz 时对应的贴片半径a 的最佳值为5.216 mm。 （2）分析介质基片厚度对天线性能的影响。借助于HFSS，得到对于不同的介质基片厚度对天线回波损耗的影响。根据回波损耗随介质基片厚度的变化图和不同介质基片厚度对S 11 , Smith 圆图的影响，可以分析出介质基片厚度的最佳值h = 2.021 mm。 （3）分析馈电点位置对天线性能的影响。这部分主要是分析不同的馈电位置与回波损耗及输入阻抗之间的关系。并通过对馈电点位置L 的扫描，选择出最符合条件的馈电点L = 1.863 mm。 （4）用HFSS 软件设计好天线的标准，然后对天线的各个参量进行系统自动优化，计算出符合条件的各参数的最佳值。得到的结果如下： 圆形辐射贴片半径：a=5.216 mm；介质基片厚度：h=2.021 mm；介质基片半径2*a；馈电点位置：L=1.863 mm；内芯半径：n=0.516 mm；外芯半径：m=1.854 mm。 2.2 结果分析 由HFSS软件给出在优化尺寸下的S 11 ，Simth圆图、增益的方向图，如图3~图5所示。 图3 S 11 扫频结果 图4 Simth圆图 图5 截面增益方向图 从图3 结果可以看出，设计天线的谐振频率是7.2 GHz，且此时的回波损耗为-33.037 9 dB，达到了天线的设计要求。 图4显示，在频率为7.2 GHz时，天线的归一化阻抗为（0.977 5 + 0.037 9i）Ω ，这个结果显示出此时天线达到了很好的阻抗匹配状态。 图5是天线在xz 和yz 截面上的增益方向图。图示结果显示，最大辐射方向为φ = 0°, θ = 0°，且增益为5.486 dB。 图6是天线的三维增益方向图。 图6 三维增益方向图 3 结语 本文对于微带贴片天线的设计，是基于其在无线引信中的应用而进行的。该设计为了便于引信的使用，将常规微带天线的矩形介质改为圆形。从文中天线的几个仿真结果图可以看出，天线的中心频率为7.2 GHz，且此时的天线回波损耗、输入阻抗、增益方向图等技术参数都达到了要求。结果表明该天线的性能良好。 【分页导航】 第1页： 圆形微带天线设计 第2页： 运用HFSS 软件进行天线仿真

QUESTION： 对于10G以太网的信号测试需要多高带宽的示波器？ ANSWER： 10G以太网有很多种实现方法。对于10GBASE-T的标准来说，由于采用了复杂的电平编码，信号波特率为800M Baud，因此测试使用2.5GHz左右带宽的示波器就可以；对于XAUI或10GBASE-CX4的标准来说，是用4对3.125Gbps的差分线进行信号传输，测试建议使用8GHz以上带宽的是示波器；还有些标准如10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-KR等，实际的数据传输速率为10.3125Gbps，最快的信号上升沿在30ps左右，对于这些测试就需要使用16GHz或者更高带宽的示波器。   QUESTION： 为什么100Base-TX/1000BASE-T的信号眼图和通常的数字信号眼图不一样？ ANSWER： 100Base-TX 是3电平的信号，因此是眼图是双层的，需要对正信号的眼图和负信号的眼图分别测量；而1000Base-T的信号 是5电平的信号，因此正常传输的信号叠加起来会形成4层眼图。由于1000Base-T的眼图已经非常复杂，因此不再进行眼图模板的测试，只是在测试模式下进行一些特殊点信号的模板测试。   QUESTION： 为什么10GBASE-T的频谱测试项目中需要用到Balun？ ANSWER： Balun是一个差分信号转单端信号的变压器。由于10GBASE-T 每对信号都是差分的，而频谱仪只能支持单端的输入，所以会用到Balun把差分信号转换成频谱仪可以接收的单端信号。不过由于这个Balun会带来额外的损耗，所以需要用厂商提供的Balun的损耗参数对测量结果进行修正。   QUESTION： 为什么回波损耗的测试中必须用到矢量网络分析仪而不能用传统的TDR测量仪器？ ANSWER： 回波损耗的测试中被测件必须工作在正常发送信号的模式，这样所有电路的匹配电路才是正常的。矢量网络分析仪测量回波损耗时是发出不同频率的扫频正弦波并经相应的窄带接收电路接收反射回来的能量，因此被测件发出的宽带信号会被矢量网络分析仪的窄带接收机过滤掉，不会对测量结果造成影响。而传统的TDR是打出一个宽带的阶跃脉冲并用宽带接收，这样被测件发出的信号会和发射回来的脉冲一起被TDR设备接收到，因此无法进行正常的测试。