微波开关矩阵的幅度和相位匹配特性及测量

微波开关矩阵常用于仪器的扩展应用，比如用一台仪器测量N个DUT或者具有N个端口的DUT。如果开关矩阵各个通路的幅度和相位平衡都做得很好，足够满足DUT的测试要求，就可以省略校准和修正的麻烦，这样可以大大提高测试效率。

在本文中，讨论了针对一个1×16开关矩阵的幅度和相位平衡的测试方法和结果。通过这个实验，我们可以对此类开关矩阵的幅度和相位平衡特性有直观的了解。

被测开关矩阵描述

DUT是一个1×16开关矩阵，由一个SPDT和两个SP8T组成（图1）。我们在设计中将开关直接露出机箱面板，这样可以最大限度地保证系统指标，同时也能降低成本，这也是设计开关矩阵的一般性方法。

在这个电路中，影响各通路之间幅度和相位平衡的因素包括SPDT和SP8T开关自身的平衡，以及两条跳线的平衡特性。

 

1×16开关矩阵电原理图

 

测试方法及结果

测试由矢量网络分析仪（Agilent E5071B）完成。以C1至J2-1端作为参考通路进行校准，然后分别测试其余15个通路的损耗和相位。

测试过程应注意以下事项：

1) 采用相位vs弯曲特性好的测试电缆，本项测试采用了BXT的TC18型不锈钢铠装测试电缆组件。

2) 在整个测试过程中，应尽量保持测试电缆的静止。

3) 连接测试电缆时，必须采用标准的力矩扳手紧固，不正确的连接力矩会对测试结果产生很大的误差。

测试结果如图2所示。我们以图1中C1至J2-1通路为参照，将另外15条通路的插入损耗和相位值与之相减，得出15个结果，从中选出差值最大的曲线作为整个开关矩阵的幅度不平衡及相位不平衡度的实际水平。

实测结果表明这个开关矩阵的幅度不平衡度在±0.05dB以内，相位不平衡度则在±0.5º以内。

 

图2a) 通路1对2的相位不平衡度

 

 

图2b) 通路1对3的相位不平衡度

 

 

图2c) 通路1对4的相位不平衡度

 

图2d) 通路1对5的相位不平衡度

 

图2e) 通路1对6的相位不平衡度

 

图2f) 通路1对7的相位不平衡度

 

图2g) 通路1对8的相位不平衡度

 

图2h) 通路1对9的相位不平衡度

 

图2i) 通路1对10的相位不平衡度

 

图2j) 通路1对11的相位不平衡度
 

 

图2k) 通路1对12的相位不平衡度

 

图2l) 通路1对13的相位不平衡度

 

 

图2m) 通路1对14的相位不平衡度

 

图2n) 通路1对15的相位不平衡度

 

图2o) 通路1对16的相位不平衡度

图2. 1×16开关矩阵的实测通路不平衡度

结论

图2的测试结果说明开关矩阵的幅度不平衡度比较容易做好；而要实现良好的相位不平衡度，难度则要大得多。

此外，我们还发现除了连接电缆以外，开关自身也存在相位不一致性。如通路1-4和通路1-5相位差约为0.6º，应该是由开关自身所产生的。