75OHM轉50OHM 電阻網絡匹配

有线电视测量中频谱分析仪的端口阻抗转换桂林电子工业学院(541002) 秦旭摘要：叙述了有线电视测量中50/75阻抗转换器的工作原理，设计了一个实用的阻抗变换器，并对阻抗转换后测量的功率、电压损耗修正数值进行了推导，最后用矢量网络分析仪测量验证了设计的阻抗转换器。关键词：阻抗转换器 有线电视 功率损耗 电压损耗作者简介:秦旭,男,工程师,硕士研究生,研究兴趣领域: 嵌入式测试系统,射频系统设计。Design a Impedance convertor for spectrum analyzer port in CATV system measurementGui Lin Broadcast&Televsion Bureau(541004) Qin XuAbstract: The theory of 50/75 Impedance convertor for CATV measurement is described in this paper, the practical design convertor is also given. The calculate and analysis of the power measure error, voltage measure error is being processed in paper. In finally, we calibrate the convertor of design in a vector network analyzer.Keyword: Impedance convertor, CATV Televsion, Power Loss, Voltage Loss1.引言有线电视系统（CATV）的日常维护和运营时，经常需要使用频谱分析仪对前端调制器的系统输出电平、各频道间的电平差、图像/伴音载频电平差等系统指标进行测量和调整，对网络中的主干放大器、支干放大器等有源器件进行幅频特性、增益大小、载噪比、非线性失真，分支、分配器等无源器件的幅频特性、端口隔离度、插入损耗这些重要的技术指标进行检测。因此频谱分析仪是有线电视射频信号测量的一个很重要的核心仪器。我们只有对系统的各种技术指标进行精确的测量，才能使整个有线电视系统的运行状态和信号传输质量有可靠的保证，从而确保有线电视网络运营在一个高质量、高稳定可靠的状态下。在电视行业中，视频的接口阻抗是75为标准，有线电视网络系统是工作在75环境下，所有专用的有线电视频谱分析仪（如泰克Tek- 2715、安捷伦Agilent 8591C），仪器的输入、输出端口都是专为有线电视测量设计的75阻抗，而现在通用的标准频谱分析仪器则以50作为标准的接口阻抗。因此，当使用标准频谱分析仪器对有线电视网络进行各项指标的测量时，由于两者间的接口阻抗不匹配将会产生传输信号的反射，从而造成测量端口失配，这种失配误差会影响仪器的测量精度和使不确定度增加；同样，如果将有线电视频谱仪用于测量的标准的通信网络指标，也将会出现测量误差。2.阻抗转换的设计原理对于这种测量阻抗不匹配的情况，工程中通常是用阻抗转换器使测量端口与被测量系统阻抗匹配。阻抗转换实际上是宽带变压器或电阻网络组成，电阻网络的结构简单、匹配频率宽，因此使用较多，我们主要对电阻匹配网络进行分析计算，但采用电阻网络的缺点是系统的承受功率不能过大。7550匹配网络图1阻抗转换器R1R2电阻型匹配网络接口如图1，也叫匹配最小损耗衰减器。根据系统阻抗匹配的条件，从75端口向50端看，R2和50并联再串联R1后要等于75；从50端口向75端看，R1和75串联再和R2并联后要等于50，得到方程组： 解此方程得 根据方程计算出的数字，选配合适的电阻将整个电路密封在一个屏蔽盒中，两端安装对应的射频插座，则制成了一个实用的50/75阻抗转换器。3.阻抗转换器引入的电压、功率损耗计算有了75与50阻抗转换器电阻网络的具体数值，可进一步推导出使用转换器后电压损耗、功率损耗的情况。V1V27550匹配网络图2 75到50阻抗转换器43.383.6 75到50阻抗转换器，即用标准的频谱仪测量有线电视网络的指标，如图2所示。计算电压损耗计算功率损耗 V2V17550匹配网络图3 50到75阻抗转换器43.383.6 50到75阻抗转换器，即用75专用有线电视频谱仪测量通用的50射频接口参数，如图3所示。计算电压损耗 计算功率损耗 根据、的公式推导可知，50/75阻抗转换器的功率损耗在两个端口方向上都为5.7194dB，因此当频谱仪的测量端口与测量环境阻抗标准不同，使用50/75阻抗转换器，并以dBm功率作为测量单位时，实际的功率测量数值是仪器的读数值加上5.7194dB。对于以电压dBmV、dBuV为单位的测量情况，实际读数误差的电压损耗修正根据端口方向有不同的数值: 测量环境阻抗是75，频谱仪端口是50标准时，实际的电压测量数值是仪器的读数值加上7.4803dB； 测量环境阻抗是50，频谱仪端口是75标准时，实际的电压测量数值是仪器的读数值加上3.9585dB。4.测量验证在实际使用中50/75阻抗转换器的电阻网络存在分布电容和分布电感，因此它有一定的工作频率范围，可以使用Agilent8753E矢量网络分析仪对阻抗转换器进行测试。Agilent8753E端口是标准的50阻抗，因此在阻抗转换器的75端口接入75终端电阻，测量阻抗转换器的S11反射系数，测试的Smith图如下，可见该阻抗转换器从1MHz100MHz都能使75标准的测量环境较好的匹配50的测量端口。图4 50/75阻抗转换器的Smith测量图5.结束语通过对50/75阻抗转换器的设计原理进行具体的计算分析，给出了设计方法并实现了具体的阻抗转换器。对于其它不同数值的阻抗转换也可以用类似的方法处理，例如软件无线电中的射频ADC，它的输入阻抗往往是1K，需要用阻抗转换器来匹配系统的50阻抗。因此电阻型阻抗转换器的应用非常的广泛。参考文献：Bruno O. Weinschel, Reference Data for Engineers: Radio, Electronics, Computer, and Communications, Seventh Edition, Chapter 11. Max