CN104375011B - 一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种任意阻抗测试电路，包括：频率参考、单频信号源S1、本振源L0、耦合链路模块、接收机A和接收机R、计算机模块以及阻抗匹配模块；接收机A和接收机R还包括中频调理模块、AD采样模块以及DSP模块；阻抗匹配模块包括功分器、可调衰减器、可调移相器和差分放大器。本发明可将矢量网络分析仪调谐至任意阻抗，增强系统进行材料测试时的灵敏度；相对于常规方法的阻抗转换夹具，不必设计复杂的夹具，省时省力，并且匹配精度较高。

Description

一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试电路及 方法
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试电路，还涉及一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试方法。
背景技术
目前通用的矢量网络分析仪只有两种阻抗标准，一种是50Ω，一种是75Ω。绝大多数器件测试均为标准测试，两种标准已经足够。
但在使用矢量网络分析测试一些高阻抗材料的条件下，如带有衬底的薄膜、填充被测材料的夹具，在进行分析时并不关心它的阻抗，而是介电常数、介电损耗、非线性参数等材料特性，此时矢量网络分析仪对这些参数的测试灵敏度将大打折扣。
目前对于阻抗不匹配的材料测试通常做阻抗转换夹具。阻抗转换夹具的设计繁琐，耗费大量设计和制作时间，并且精度较低，质量难以保证。如果阻抗转换夹具并不十分精确，系统也只能在此阻抗条件下进行参数提取。
发明内容
本发明提出一种用于矢量网络分析仪材料测试的任意阻抗测试电路及方法，解决了现有技术中阻抗转换夹具设计繁琐且精度较低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种任意阻抗测试电路，包括：频率参考、单频信号源S1、本振源L0、耦合链路模块、接收机A和接收机R、计算机模块以及阻抗匹配模块；
接收机A和接收机R还包括中频调理模块、AD采样模块以及DSP模块；
阻抗匹配模块包括功分器、可调衰减器、可调移相器和差分放大器；
频率参考提供单频信号源S1和本振源L0的输入，单频信号源S1的频率可调；中频频率固定，本振源(L0)的输出频率为信号源(S1)频率加中频频率；
单频信号源信号S1加载于被测件，且由耦合链路模块耦合检测，功分的第一路信号a1送给接收机R，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位表征发射信号；功分的第二路信号a2送入阻抗匹配模块，进行衰减、移相；
被测件产生的反射信号b1经过耦合链路模块进入阻抗匹配模块，和经过衰减、移相的第二路信号a’2做差分比较，比较结果送入接收机A，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位。
可选地，所述功分器为电桥或耦合器。
可选地，所述单频信号源S1和本振源L0内部分别具有小数分频、倍频单元。
基于上述测试电路，本发明还提供了一种任意阻抗测试方法，包括以下步骤：
步骤1，频率参考提供单频信号源S1和本振源L0的输入，信号源S1的频率可调，本振源L0的本振频率为信号源S1频率加中频频率；
步骤2，信号源信号S1加载于被测件，且由耦合链路模块前向耦合检测，功分的第一路信号a1送给接收机R，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位表征发射信号；
步骤3，功分的第二路信号a2送入阻抗匹配模块，进行衰减、移相等操作，衰减幅度为α，移相为θ，移相后的信号a’2＝a2*αejwθ；
步骤4，被测件产生的反射信号b1经过耦合链路模块进入阻抗匹配模块，和经过衰减、移相的输入信号a’2做差分比较，送入接收机A，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位，设差分放大倍数为k，输出信号b’1＝(b1-a’2)；
步骤5，测试被测件衬底、或被测件及夹具的一个频点，将阻抗匹配模块调整至目标阻抗，在此状态下调整衰减器和放大器，使得差分放大器输出为0，记录衰减幅度α0和移相θ；
步骤6，阻抗匹配模块对信号S1的功分比为1∶Δ，在阻抗匹配后的测试结果为：
可选地，单频信号源S1和本振源L0内部分别具有小数分频、倍频单元。
本发明的有益效果是：
(1)可将矢量网络分析仪调谐至任意阻抗，增强系统进行材料测试时的灵敏度；
(2)相对于常规方法的阻抗转换夹具，不必设计复杂的夹具，省时省力，并且匹配精度较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种任意阻抗测试电路的控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的任意阻抗测试电路包括：频率参考、单频信号源S1、本振源L0、耦合链路模块、矢量接收机A和矢量接收机R、计算机模块以及阻抗匹配模块。
其中，矢量接收机A和矢量接收机R还包括中频调理模块、AD采样模块以及DSP模块；阻抗匹配模块包括功分器、可调衰减器、可调移相器和差分放大器，其中，功分器还可以由电桥或耦合器代替。
频率参考、单频信号源S1、本振源L0、耦合链路模块、矢量接收机A和矢量接收机R、计算机模块为矢量网络分析仪自带模块。
在材料测试中，被测件由夹具、被测材料及衬底负载构成。
本发明的任意阻抗测试电路工作原理如下：
步骤(1)，频率参考(一般设置为50MHz)提供单频信号源S1和本振源L0的输入，单频信号源S1和本振源L0内部分别具有自己的小数分频、倍频单元。信号源S1的频率可调；本振源L0，由于系统设置为固定频率输出，因此本振频率为信号源S1频率加中频频率。
步骤(2)，单频信号源信号S1加载于被测件，且由耦合链路模块耦合检测，功分的第一路信号a1送给接收机R，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位表征发射信号。此时矢量网络分析仪需要重新进行接收机校准，使用标准信号源校准R。
步骤(3)，功分的第二路信号a2送入阻抗匹配模块，进行衰减、移相等操作。衰减幅度为α，移相为θ，移相后的信号a’2＝a2*αejwθ。
步骤(4)，被测件产生的反射信号b1经过耦合链路模块进入阻抗匹配模块，和经过衰减、移相的输入信号a’2做差分比较，送入接收机A，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位。设差分放大器放大倍数为k，那么输出信号b’1＝(b1-a’2)。
步骤(5)，测试被测件衬底、或被测件及夹具的一个频点，将阻抗匹配模块调整至目标阻抗，在此状态下调整衰减器和放大器，使得差分放大器输出为0，记录衰减幅度α0和移相θ。
步骤(6)，阻抗匹配模块对单频信号源信号S1的功分比为1∶Δ，在阻抗匹配后的测试结果为：其中A为接收机A的读数，R为接收机R的读数，差分放大倍数为k。
本发明采用改进矢量网络分析仪接收机的电路及方法进行任意阻抗调谐。从测试接收机R功分一路信号到新的接收通道，使用衰减器、移相器进行接收机数据匹配。校准时测试衬底的薄膜和填充被测材料的夹具，进行阻抗调谐，记录校准时衰减器和移相器的状态，并使用这些状态扫描被测件。
因此，本发明可将矢量网络分析仪调谐至任意阻抗，增强系统进行材料测试时的灵敏度。相对于常规方法的阻抗转换夹具，不必设计复杂的夹具，省时省力，并且匹配精度较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种任意阻抗测试电路，其特征在于，包括：频率参考、单频信号源(S1)、本振源(L0)、耦合链路模块、接收机A和接收机R、计算机模块以及阻抗匹配模块；
接收机A和接收机R还包括中频调理模块、AD采样模块以及DSP模块；
阻抗匹配模块包括功分器、可调衰减器、可调移相器和差分放大器；
频率参考提供单频信号源(S1)和本振源(L0)的输入，单频信号源(S1)的频率可调；中频频率固定，本振源(L0)的输出频率为信号源(S1)频率加中频频率；
单频信号源信号(S1)加载于被测件，且由耦合链路模块耦合检测，功分的第一路信号a1送给接收机R，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位表征发射信号；功分的第二路信号a2送入阻抗匹配模块，进行衰减、移相，衰减幅度为α，移相为θ，移相后的信号a’2＝a2*αejwθ；
被测件产生的反射信号b1经过耦合链路模块进入阻抗匹配模块，和经过衰减、移相的第二路信号a’2做差分比较，比较结果送入接收机A，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位。
2.如权利要求1所述的任意阻抗测试电路，其特征在于，所述功分器为电桥或耦合器。
3.如权利要求1所述的任意阻抗测试电路，其特征在于，所述单频信号源(S1)和本振源(L0)内部分别具有自己的小数分频、倍频单元。
4.一种任意阻抗测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，频率参考提供单频信号源(S1)和本振源(L0)的输入，信号源(S1)的频率可调，本振源(L0)的本振频率为信号源(S1)频率加中频频率；
步骤(2)，信号源信号(S1)加载于被测件，且由耦合链路模块耦合检测，功分的第一路信号a1送给接收机R，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位表征发射信号；
步骤(3)，功分的第二路信号a2送入阻抗匹配模块，进行衰减、移相操作，衰减幅度为α，移相为θ，移相后的信号a’2＝a2*αejwθ；
步骤(4)，被测件产生的反射信号b1经过耦合链路模块进入阻抗匹配模块，和经过衰减、移相的输入信号a’2做差分比较，送入接收机A，经过中频调理、AD采样后求得幅度和相位，设差分放大倍数为k，输出信号b’1＝(b1-a’2)；
步骤(5)，测试被测件衬底、或被测件及夹具的一个频点，将阻抗匹配模块调整至目标阻抗，在此状态下调整衰减器和放大器，使得差分放大器输出为0，记录衰减幅度α0和移相θ；
步骤(6)，阻抗匹配模块对信号S1的功分比为1∶Δ，在阻抗匹配后的测试结果为：其中A为接收机A的读数，R为接收机R的读数，差分放大倍数为k。
5.如权利要求4所述的一种任意阻抗测试方法，其特征在于，单频信号源(S1)和本振源(L0)内部分别具有自己的小数分频、倍频单元。
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