Testkabel für die vektorielle Netzwerkanalyse

Bei der Netzwerkanalyse führt eine Bewegung des Testkabels zwischen VNA und Testobjekt (DUT) zu einer Änderung der Amplitude und Phase. Während der Einfluss der Amplitude relativ gering ist muss die Phasenstabilität des Testkabels bei der vektoriellen Netzwerkanalyse unbedingt berücksichtigt werden. Die Verwendung eines phasenstabilen Testkabels ist also Voraussetzung für präzise Messungen.

Phasenstabile Testkabel sind zwar nicht vollkommen phasenstabil, zeigen jedoch bei einer Biegung im Vergleich zu einem Standardkabel nur eine sehr geringe Phasenänderung. Typische Werte liegen im Bereich von 2…5° bei einer Frequenz von 26 GHz. Der Hersteller spezifiziert dabei wie die Phasenstabilität gemessen wurde, z.B. indem er das Kabel um einen Dorn mit definiertem Durchmesser (Größenordnung 10 cm) U-förmig um 180° biegt und dann die Phasenänderung zum Zustand vor der Biegung ermittelt. Der Vorgang wird dann mit einer Biegung in die andere Richtung wiederholt. Da fast jeder Hersteller ein eigenes Messverfahren verwendet und hierzu den Durchmesser des Dorns sowie den Biegewinkel spezifiziert, wird ein Vergleich verschiedener Kabel erschwert.

NMD Steckverbinder für den VNA Testport

Die Verbindungsstelle zwischen VNA Port und dem Testkabel muss mechanisch sehr stabil sein um auch eine elektrisch stabile Verbindung der Schnittstelle unabhängig von einer Bewegung des Kabels sicherzustellen. Um dies zu erreichen werden NMD Verbinder verwendet. Hierbei handelt es sich um normale Steckverbinder wie z.B. 3,5 mm, welche aber von einem deutlich größeren Außengewinde zur mechanischen Befestigung umgeben sind. Diese Steckverbinder werden dann mit NMD und Serie, z.B. NMD 3,5 mm, bezeichnet. VNA Testkabel haben übrigens in der Regel an beiden Enden einen NMD Verbinder, da es hierzu auch entsprechende Testport-Adapter für den Übergang zwischen Testkabel und DUT gibt.

Die Testport-Anschlüsse an einem Netzwerkanalysator (und am DUT Ende des Testkabels) sind männlich (male) und neben dem großen Außengewinde auch mit dem Standard-Außenleitergewinde der entsprechenden Steckverbindernorm ausgestattet. Dies erlaubt auch die direkte Verbindung mit einem Standardverbinder der entsprechenden Serie, z.B. eine SMA Buchse am Testobjekt. Ebenso kann an einem VNA Testport auch ein Standardkabel angeschlossen werden.

Die NMD Port-Anschlüsse an einem Testkabel zur Verbindungsseite VNA, als auch an einem Testportadapter in Richtung Testkabel, sind weiblich (female) und können dagegen nicht(!) mit einem Standardverbinder der entsprechenden Serie verbunden werden, da hier das notwendige Standard-Außenleitergewinde nicht vorhanden ist.

Die Bezeichnung NMD stammt übrigens von Hewlett-Packard (jetzt Keysight) und ist die Abkürzung für „Network Measurement Division“, eine inzwischen nicht mehr aktuelle Bezeichnung für eine damalige Abteilung von HP.

Schlitzfreie Steckverbinder (Precision slotless connectors PSC)

Üblicherweise sind die weiblichen Innenleiterkontakte eines Steckverbinders geschlitzt. Steckt man nun den männlichen Innenleiter in den Kontakt, so werden die Kontaktzungen minimal auseinandergebogen. Dies führt zu einer, wenn auch äußerst geringen, Änderung der Impedanz.

Für Präzisionsanwendungen wie der vektoriellen Netzwerkanalyse gibt es zur Verbesserung der Messgenauigkeit schlitzfreie Innenleiter. Der weibliche Kontakt ist hier ein fester Zylinder, in dessen inneren befinden sich die Kontaktzungen zum Kontaktieren des männlichen Innenleiters. Die Abstände und damit die Impedanzen verändern sich also nach dem Steckvorgang nicht. Diese PSC Verbinder gibt es z.B. für die 3,5 mm Serie und sie haben deutlich verbesserte elektrische Eigenschaften. Die Rückflussdämpfung ist durchaus um 10…20 dB besser als bei einem geschlitzten Steckverbinder.

Widerstandsfähige „ruggedized Connectors“ und armierte (armored) Kabel

Die Steckverbinder eines VNA Testkabels werden häufig mit „ruggedized“, also widerstandsfähig, bezeichnet. Das bedeutet eigentlich nur, dass die Steckverbinder für eine höhere mechanische Belastbarkeit dimensioniert wurden.

Um auch das Kabel selbst vor Beschädigungen möglichst gut zu schützen, wird dies bei Testkabeln in der Regel mit einer Armierung versehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen flexiblen Edelstahlschlauch oder eine Edelstahlspirale handeln.

Anzugsdrehmoment des Steckverbinders

HF Steckverbinder mit Schraubanschluss müssen, sofern es sich nicht um handanziehbare Steckverbinder handelt, immer mit einem speziellen Drehmomentschlüssel angezogen werden. Tut man dies nicht, ist eine elektrisch zuverlässige Verbindung über den gesamten Frequenzbereich nicht sichergestellt. Ein zu geringes Anzugsmoment eines SMA Verbinders (handfest) kann zu einer um durchaus mehreren dB erhöhten Einfügedämpfung in einem bestimmten Frequenzbereich führen. Ein zu hohes Anzugsmoment mit einem normalen Maulschlüssel kann dagegen den Anschluss zerstören.

» Anzugsdrehmoment Steckverbinder

Steckverbinderkompatibilitäten

Die folgenden Steckverbinderserien sind untereinander steckkompatibel: SMA, 3.5 mm, 2.92 mm

Der geschlechtslose APC-7 mm Verbinder für ältere Testports

Der APC-7 mm (Amphenol Precision Connector) ist ein geschlechtsloser Präzisionsverbinder mit äußerst geringem SWR. Durch das geschlechtslose Design des Steckverbinders gibt es weder männliche noch weibliche Verbinder, sondern nur eine Ausführung, welche aber mit anderen APC-7 mm Verbindern zusammengeschraubt werden kann. Diesen Verbinder findet man insbesondere noch an den Testports von älteren Netzwerkanalysatoren, der Frequenzbereich ist auf 18 GHz beschränkt.

Literaturhinweise

» What in an NMD connector? Keysight Webseite, 8510 Network Analyzers (Discontinued). Keysight Technologies.

Keysight 85131 E/F/H NMD-3.5 mm –f- to 3.5mm Flexible Test Port Return Cables, Operation and Service Manual. Keysight Technologies