Привет! Меня зовут Олеся, я инженер-разработчик СВЧ-устройств. В мою работу входит также измерение произведённых образцов, прототипов, их наладка и настройка, а также мы проводим 100% выходной контроль продукции. Поэтому тема измерений на СВЧ мне близка, а особенно измерений самых базовых параметров: КСВ и потерь, которые прямо пересчитываются из матрицы рассеяния (S-параметров).
Самый важный прибор в СВЧ лаборатории - прибор для измерения S-параметров - векторный анализатор цепей (ВАЦ), но к нему нужны аксессуары, тоже дорогостоящие: специальные кабели измерительного класса и калибровочные наборы. К таким кабелям предъявляются повышенные требования, а именно: низкий уровень КСВ, минимальные потери, а главное - фазовая и амплитудная стабильности. Также важны механические параметры.
В данной статье я хочу рассказать о тестовых фазостабильных кабельных сборках, которые есть у меня, почти все они произведены в России и были предоставлены мне на тестирование как блогеру. Эта статья написана leka_engineer.
Статья получилась объёмная, поэтому немного про структуру: сначала я пишу что-то типа вступления, о том, что такое сборки и зачем они, потом перечисляю производителей; в основной части сначала я делаю перечисление всех своих сборок с фотографиями и характеристиками из паспортов/протоколов, затем представляю результаты измерений,сделанных мной; в конце краткие выводы, сводная таблица и заключение.
Ключевые параметры тестовых кабелей
У кого-то возникнет вопрос "зачем вообще нужны фазостабильные кабели?". Далее простыми словами. Краткий ответ: "применительно к измерениям на ВАЦ, чтобы плоскость калибровки не смещалась". Многие знают, что измерительные приборы профессионального класса откалиброваны на заводе, таким образом устраняется систематическая ошибка, а чтобы убрать случайную ошибку, зависящую, в том числе, например, от температуры окружающей среды, необходимо производить калибровку механическим или автоматическим набором перед каждым использованием прибора [6, стр 19]. Но измерять что-то, прикручивая к разъёмам прибора, не очень удобно, используют кабели и калибруются на конце этих кабелей. Таким образом плоскость калибровки находится на конце соединителя кабеля [6, стр 24]. Если кабель не фазостабильный, при изменении положения кабеля фаза всех коэффициентов матрицы рассеяния изменяется, что эквивалентно смещению плоскости калибровки.
Низкий КСВ желателен для кабельных сборок, ��ак как даже если сделать калибровку на кабелях с высоким КСВ, переотражения испортят результат измерений, будет невозможно отделить КСВ сборок и КСВ измеряемого устройства.
Низкие потери также желательны для наиболее достоверных результатов измерений. Кроме того, желательно, чтобы эти потери не сильно изменялись при изгибе (и любом физическом движении кабелей) - этот параметр называется амплитудная стабильность. Если кабель не обладает амплитудной стабильностью, тогда калибровка будет некорректна (напоминаю, что при калибровке учитываются амплитуды и фазы калибровочных мер). Некоторые компании-производители пишут в наименовании кабельных сборок просто "стабильные", имея в виду и фазовую и амплитудную стабильность.
Также при выборе кабелей стоит обращать внимание на качество заделки, сборки в тканевой оплётке (с армированием) не должны прокручиваться внутри этой оплётки. Термоусадка должна быть аккуратная и без потёков клея. При выборе длины и гибкости следует ориентироваться на ваше рабочее место; следует помнить, что сборки не рекомендуется сильно перегибать и вам должно быть удобно работать с ними.
Фазовая и амплитудная стабильности кабелей важны не только применительно к СВЧ-измерениям на векторных анализаторах цепей, кабели измерительного класса также используют для измерений на анализаторах спектра и ВЧ/СВЧ осциллографах. Кроме того, есть и другие, не касающиеся измерений, области, где важны минимальные искажения, целостность сигнала и стабильность фазы, например в различных связных и радарных системах с ФАР.
Классификация фазостабильных кабельных сборок
Данная классификация не является официальной. Пишу своими словами. Самые дорогие кабельные сборки обычно чёрного цвета, очень толстые и имеют NMD соединители. Они обладают наилучшими характеристиками, и многие инженеры только такие сборки считают по-настоящему фазостабильными. В западной литературе их часто называют VNA cables. Выглядят они вот так (все фото на рис 1, 2 и 3 взяты с сайтов компаний-производителей):
Следующий уровень - кабельные сборки измерительного класса с фазовой стабильностью. В западной литературе обычно называются test/ phase stable/measurement cables. Бывают с армированием (оплёткой) и без. Выглядят вот так:
Также бывают разные просто хорошие сборки с низкими потерями и невысоким КСВ, но не регламентированной стабильностью. В данной статье р��чь пойдёт про второй тип: фазостабильные кабельные сборки измерительного класса с армированием и без (как на фото 2 и 3).
Компании-производители тестовых кабельных сборок
Кабельные сборки часто поставляются в комплекте с ВАЦ, многие брендированы компанией-производителем ВАЦ. Наиболее известные производители фазостабильных кабельных сборок (в случайном порядке):
1) GORE - известны своим качеством и относительно невысокой ценой у бюджетных серий (но есть и дорогие серии по типу как на рис 1)
2) Radiall (Франция) - популярные сборки
3) Huber+Suhner (Швейцария) - популярный бренд кабельных сборок и соединителей, немного есть фазостабильных тоже
4) Maury Microwave (США) - топовый бренд сборок
5) Florida RF (сейчас Smiths Interconnect) - американский бренд сборок, пользовалась такими на первой работе
6) Pasternack - крупная компания соединителей и кабелей, в том числе делает фазостабильные сборки. Я ни разу не встречала вживую.
7) Rosenberger - ещё одни популярные сборки из ЕС
8) Micro coax - запоминаются необычным ярко-голубым цветом
9) Times Microwave - сборки от известной компании-производителя соединителей Amphenol
А также сборки восточных компаний, которые, насколько я знаю, можно купить в России:
9) Gwave (Индия)
10) Qualwave (Китай)
11) CentricRF (Китай)
На коллаже ниже - разные фазостабильные сборки из моей галереи:
Мои кабельные сборки
В данном разделе перечислены кабельные сборки, параметры которых представлены в следующем разделе; дано краткое описание сборок, представлено несколько моих фотографий, краткие впечатления от использования или осмотра (для новых сборок), а также протоколы измерений, предоставленные производителем. Возможно, будет не очень удобно сравнивать данные графики с полученными мной, которые представлены в следующем разделе, но я так решила разделить статью по смыслу, а значения КСВ из протоколов и паспортов занесены в итоговую сравнительную таблицу. В конце раздела - таблица с параметрами и примерной ценой. Пожалуйста, уточняйте цену у производителя. Некоторые сборки у меня уже несколько лет, кто-то поменял комплектующие, и вообще цены выросли. Для удобства каждой сборке я приписала номер примерно в хронологическом порядке их появления у меня.
1) Первые фазостабильные кабельные сборки мне были подарены Амитрон Электроникс. Наименование: СКП543-APC3.5р/APC3.5в-26-600-MUA210ST. Сделаны на фиолетовом кабеле с белой термоусадкой. Длина 60 см. Рабочий диапазон 0-26 ГГц. Соединители 3,5 мм вилка-розетка, соединители тип вилка имеют насечки и гравировку АЭ. Белую термоусадку посередине я затем разрезала. Хорошие сборки, несколько коллег купили такие же по моей рекомендации. Эти сборки на тот момент стоили около 12 тр (за одну). Ссылка на сайт. Доступны соединители типа 3,5 мм и N, а также их метрические аналоги, скоро должны быть доступны соединители типа 2,92 мм (мне вроде как пришлют на тест, расскажу у себя в блогах обязательно). На сайте указаны две стандартные длины 600 и 1000 мм, но можно заказать любую длину, а также можно выбрать кабельные сборки с армированием и без. Делают довольно быстро, 1-2 недели.
Паспорт не был приложен, но на сайте сейчас висит даташит датированный 2020г как раз на 543-ю серию:
Один из первых промо-подарков мне как блогеру сделали РЧ Компоненты из Черноголовки (2022г). Они мне прислали сразу несколько сборок до 40 ГГц. Кроме того, их специалист долго мне объяснял про разные типы сборок и особенности конструкций. Очень благодарна за эти знания и уделённое время.
2) Кабельные сборки РЧ компоненты RFC40-RFC2_37_29в-29в-1000ММ. Сделаны на тонком кабеле без армирования серого цвета. Длина 1м, рабочий диапазон 0-40 ГГц. Соединители 2,9 мм вилка-вилка. Центральная жила - цельная, от этого эти и следующие сборки не очень гибкие. По поводу цен попросили направлять всех на их сайт. На сайте очень большой выбор типов кабелей и соединителей, так что и правда легче поговорить со специалистом. Изготовление обещают до 4-6 недель.
По этим и следующим сборкам я, к сожалению, не могу много сказать по эксплуатации. Пользовалась этими несколько раз, самые новые вообще прямо перед измерением параметров вскрыла, вот пару недель назад.
К данным сборкам прилагался протокол измерений. Эта статья написана Leka_engineer.
3) Кабельные сборки РЧ компоненты RFC40-RFC2_37_29в-29р-1000ММ/ARM3. Такие же сборки, но с армированием и разными соединителями. Эти сборки я вернула на проверку производителю, возможно, единичный брак, у меня гайка на одном из соединителей раскручивалась. Кроме того, меня смутили полученные характеристики фазовой стабильности.
Протокол измерений представлен ниже:
4) Взамен мне прислали (2023г) кабельные сборки RFC26-RFC2_36_35в-35р-600ММ/ARM3. Кабельные сборки на другом типе кабеля (36-й, а прошлые были на 37-м). Заделка немного другая, чем у прошлых, более гибкие и вообще весьма приятные, мне нравятся. А ещё, забегая вперёд, у них прекрасные параметры по моему мнению.
Протокол измерений:
Далее ещё две пары сборок от Амитрон Электроникс, но они не находятся у меня в пользовании. У обеих этих пар сборок не было термоусадки с наименованием изначально, я сама ничего не обрезала.
5) Единственные кабельные сборки с соединителями N типа (2022г). Наименование СКП791-APC3.5m/Nm-18-600-MUA210PJA. Характеристики понятны из названия: длина 0,6 м, есть армирование, соединители вилка-вилка. Цвет оплётки отличается - более светлый, чем у сборок №1.
Паспорт (обратите внимание, единственный документ, где указан сдвиг фазы):
6) Кабельные сборки СКП630-APC3.5в/APC3.5в-26-500-MUA210ST (2025г). Цвет тканевой оплётки такой же, как у номера 1, но это не значит, что внутри такой же кабель. Изменения конструкции: место крепления соединителя и кабеля усилено заливкой из пластика, явно другой кабель внутри, более упругий. Эти сборки я вернула на проверку: по параметрам стабильности результат не очень хороший. Сильное отличие от сборок №1. Посмотрим, что мне пришлют с соединителями 2,92 мм.
7) Единственная сборка без пары и единственная с не воздушным типом соединителя - готовая сборка от Huber+Suhner ST18/SMAm/SMAm/24. Серия Sucotest, длина 0,61 м, куплена на Mouser.
Даташит (указана мощность):
Под новый 2026 год мне прислали две пары сборок из Сибири.
8) Кабельные сборки Сибрадиотех СРТ-КВЧ40-800-2.92m-2.92m. Сделаны на тонком сером кабеле. У соединителей есть резиновая прокладка. Заказать можно через менеджера на сайте. Для меня сборки изготовили очень быстро, может загрузки не было, уточняйте. Сравнение цен в таблице 1 показано примерно. В любом случае, после анализа измеренных характеристик, мне кажется, они того стоят.
К сборкам были приложены документы, в том числе протокол измерений (как я поняла, данные сборки не относятся к фазостабильным по внутренней классификации, они считают фазостабильными только сборки по типу, как на рис.1, видимо, поэтому и сдвиг фазы не указывают):
9) Вторые сборки от Сибрадиотех - с оплёткой (защитой). Наименование СРТ-З-КВЧ40-600-2.92m-2.92m. Эти сборки короче - 600 мм, соединители того же типа. Свои первые впечатления об обеих парах я описала в посте. Из минусов: не нравится небольшой скрип и визуально обработка, но главное - параметры стабильности на высоте (представлены в следующем разделе). Даже вырвалось "ВАУ" во время измерений.
Протокол измерений:
10) И самые свежие сборки - от компании Lauftex. Честно говорят, что сборки не отечественного производства, но откуда именно - не признаются. Выбор небольшой, сборки представлены на сайте готовые, описание не очень понятное, но цены указаны реальные. У меня вот такие. Поставку обещают 2-3 недели, мне немного задержали. Несмотря на весьма бюджетную стоимость и странный вид протокола измерений, нет никаких затёков клея, скрипов, обрезана термоусадка аккуратно, сделаны качественно по моим ощущениям, а параметры приятно удивляют! Впечатления у меня положительные. Наименование сборок LT-A-C40-KMKM-1M. Данные сборки являются фазостабильными, выполнены из серого кабеля без армирования длиной 1 м, соединители 2,92 мм (в западной литературе иногда обозначаются буквой К).
Протоколы измерений:
Таблица 1 Сводная таблица перечисленных в данном разделе кабельных сборок
Немного дополнительных фотографий:
Результаты измерений параметров сборок
В прошлом разделе описаны мои личные впечатления от работы со сборками, от их внешнего вида и ощущения в руках. Методик измерения фазовой и амплитудной стабильности несколько, некоторые из них описаны в этой статье и в статье [1], там также дана ссылка на стандарт [2]. Я не эксперт в области заделки фазостабильных сборок и измерения их параметров, тем не менее, измерения я постаралась провести с максимальной аккуратностью. Краткая, но понятная статья на тему измерения стабильности есть в блоге Mini-Circuits, там описаны два наиболее популярных метода, примерно по ним и были выполнены мои измерения (этап 1- как на рис 2 в статье, этап 2 - как на рис 4 в статье).
Этап 1 (2022г)
Измерения были проведены на ВАЦ Планар Компакт S50244 (до 44 ГГц) с механическим калибровочным набором Планар до 26,5 ГГц (результаты измерений с 26,5 до 40 ГГц следует считать верными, но с оглядкой на то, что коэффициенты были экстраполированы). На скриншотах представлены графики КСВ и фазы коэффициента передачи для каждой сборки из пары, номер обозначает номер типа сборок (по оси абсцисс - частота).
Серые сборки длиной 1 м с соединителями типа 2,92 мм РЧ компоненты:
Чёрные сборки длиной 1 м с соединителями типа 2,92 мм РЧ компоненты:
Этап 2 (2026г)
Измерения были проведены на ВАЦ Планар Кобальт С2420 с автоматическим калибровочным модулем Планар. Данный измерительный прибор имеет частотный диапазон до 20 ГГц. В этот раз измерения были проведены по другому методу: с согласованной нагрузкой для измерения КСВ и с КЗ нагрузкой для измерения параметров стабильности (нагрузки из механического калибровочного набора Планар до 26,5 ГГц). На скриншотах представлены графики КСВ и фазы коэффициента отражения для каждой сборки из пары, номер обозначает номер типа сборок (по оси абсцисс - частота). Изменение фазы и амплитуды замерялось при оборачивании вокруг цилиндра диаметром 8 см и дальнейшем раскручивании (без насильного выпрямления). Оборачивание производилось в сторону естественного изгиба кабеля (при оборачивании в другую сторону сдвиг фазы, как правило, больше). При оценке фазовой и амплитудной стабильностей, значение нужно делить пополам (таймкод 1:34 в видео).
Обратите внимание, что на графиках бывает разный масштаб для разных кабельных сборок! Все графики представлены "как есть", то есть без математических преобразований. Далее результаты измерений представлены в виде график КСВ, график стабильности и краткая оценка результатов измерений.
Одна из сборок №1 от Амитрон имеет небольшие выбросы до 0,17..2 дБ на графике, демонстрирующем амплитудную стабильность. КСВ приемлемый, укладывается в значение по даташиту (следует помнить, что на графике КСВ есть небольшой вклад нагрузки load). Сдвиг фазы чуть выходит за значения даташита (5,5 град. для сборки 1 м на 18 ГГц) - у меня получилось около 6-6,2 град (для сборки 60 см на 20 ГГц). Эти сборки - один из лучших в моём списке по параметру "возвращения" - графики почти идеально совпадают!
На графике рис 32 видно, что фаза коэффициента отражения второй сборки при обратном выпрямлении не возвращается к исходному значению. Кроме того, не очень хорошо, что сборки настолько разные по фазовой стабильности.
Результатов измерений сборок №3 нет, т.к. сборок нет. Следующие - №4.
КСВ замечательный - менее 1,1 даже с учётом нагрузки. Немного неидеально "возвращается", но абсолютные значения сдвига фазы весьма низкие. Я довольна этими сборками.
КСВ в пределах паспортного значения, фаза после раскручивания возвращается почти идеально, но вот сдвиг фазы при обороте вокруг оправки великоват, не укладывается в паспортное значение 2,5 град. на 18 ГГц. Но мне кажется, в паспорте ошибка, думаю, там должно было быть 5,5 градусов (у упомянутых выше Junkosha и то ± 5,7 град) - в таком с учётом неидеальности моих измерений, проходит по требованиям. Графики амплитудной стабильности мне не очень нравятся.
Нижний график рис 39 дополнительно зафиксирован ещё раз после насильного выпрямления руками. Разница между красными графиками на рис 39(нижний) и рис 40 показывает эффект от выпрямления, а также демонстрирует чувствительность любых фазостабильных сборок к скручиванию и выпрямлению.
КСВ (рис 38) низкий, возврат фазы хороший, изменение амплитуды почти 0,1 дБ, а сдвиг фазы вышел за пределы окна - почти 8 град.
Сборка Huber+Suhner: КСВ низкий, изменение амплитуды минимальное, сдвиг фазы около 3,5 град. Мне нравится, что графики почти линейные и выглядят аккуратно.
КСВ довольно низкий, а параметры стабильности - прекрасные!
Сдвиг фазы менее 1 градуса. Графики амплитуды почти совпадают. Я очень довольна.
Последние сборки (рис 46 и 47) были измерены в другой день, но ВАЦ, адаптеры, АКМ и настройки те же.
КСВ одной из сборок выше, параметры стабильности неплохие. Можно придраться, что сдвиг фазы не линеен, но абсолютное значение максимального сдвига фазы весьма низкое.
Таблица 2 Сводная таблица по результатам измерений кабельных сборок + мои примечания
***Указан максимальный КСВ в измеренной полосе частот с накрученной нагрузкой 50 Ом из калибровочного набора. Измерения "как есть", без математики.
Бонус: параметры простых не фазостабильных кабельных сборок с АлиЭкспресс. На рис 48 представлены фотографии сборок, а на рис 49 их измеренные параметры.
Ещё у меня есть вот такая милая нестандартная сборка от Амитрон Электроникс специально для моего рефлектометра:
Выводы
Я с удовольствием буду использовать все кабельные сборки в своей лаборатории. Сборки Сибрадиотех показали наилучшие физические параметры, но и цена у них высокая и можно придраться к механическим недочётам. Сборки РЧ компоненты все разные (расстраивает, что нет повторяемости), но у самых лучших параметры замечательные (самый низкий из всех измеренный КСВ). Сборки Амитрон Электроникс 2021 года единственные прошли проверку временем, показывают идеальный возврат фазы, но по другим параметрам чуть уступают. Сборки, поставляемые Lauftex, имеют высоковатый КСВ (одна из пары), зато хорошие параметры стабильности и невысокую цену.
Таблица 3 Сводная таблица
Благодарности
Благодарю всех специалистов/менеджеров/руководителей компаний-производителей за подаренные мне кабельные сборки, а именно: Михаила Ивановича из Амитрон Электроникс, Владислава из РЧ компоненты, Семёна из Сибрадиотех, а также представителя Lauftex.
Кроме того, огромное спасибо компании Планар за возможность проведения измерений и Евгению лично за консультации и непосредственную помощь.
А также Paul Denisowski из R&S за полезные ссылки. У него, кстати, скоро выйдет видео на тему измерения фазовой стабильности кабельных сборок, ссылку обязательно опубликую в своём втором телеграм канале.
Литература и дополнительные ссылки
1) К.Б. Джуринский, А. Прокимов, Р. Кузнецов / Фазовая стабильность кабельных сборок СВЧ с диэлектриком ПТФЭ / журнал СВЧ Электроника (ссылка)
2) Стандарт IEC 60966-1 "Радиочастотные и коаксиальные кабельные сборки" (описаны методики измерения фазовой стабильности)
3) Видео TSP #214 - What is a good RF cable? Junkosha Phase/Amplitude Stable Cable Theory & Experiments
4) Сравнительная таблица с параметрами нескольких фазостабильных кабельных сборок и указанием цены на тот момент
5) Appnote Applying Error Correction to Vector Network Analyzer Measurements (Keysight)
6) Appnote Fundamentals of Vector Network Analysis (Rohde&Schwarz)
7) Статья Введение в теорию калибровки ВАЦ (Планар)
