CN104535848B - 测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的结构及其确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量阻抗变换器平衡度的方法，用于正确衡量平衡‑不平衡阻抗变换器的平衡度，帮助射频工程师们设计和研制出平衡度良好的阻抗变换器。由本发明提供的测量方法建立在辅助测试网络基础上，由辅助测试网络实现各测试端口阻抗的完全匹配，基于矢量网络分析仪，由网络分析仪测试阻抗变换器输入端口和各平衡端口的S参数，根据S参数经过简单的运算计算得到阻抗变换器的平衡度。本发明提供的方法原理简单、可操作性强。

Description

测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的结构及其确定方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更特别地说，是指一种利用矢量网络分析仪测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的结构及其确定方法。
背景技术
在天线系统中，需要将天线的输入阻抗变换到等于馈线的特性阻抗以保证馈线工作在行波状态，同时，对称振子形式的短波天线如偶极天线、偶极对数周期天线、鱼骨天线等其馈电端子的电位大小相等、相位相反，也就是说振子的两臂对地是平衡的，如果这一平衡系统与对地不平衡的同轴线连接，则振子馈电端子上电位的绝对值不再相同。平衡-不平衡传输线阻抗变换器就实现阻抗变换和平衡变换作用。上述天线形式若未使用平衡-不平衡阻抗变换器或变换器的平衡度不太好，不仅改变了天线方向图的形状，而且改变了天线的输入阻抗，此外同轴线外导体外壁的高频电流还产生不需要的附加辐射干扰其它仪器和设备。正确测量和评价一个平衡-不平衡阻抗变换器幅度平衡度和相位平衡度的好坏尤为重要。常用的测量方法有采用矢量电压表测量的，但要求电压表探针的输入阻抗必须比负载阻抗高很多，特别是当器件平衡较好时，这一要求更为重要，同时矢量电压表实际使用时出现故障的概率高，现在使用的很少。也有采用网络分析仪的，现有能查阅到的资料显示出测试时平衡端口失配严重，特别是测量大变比的阻抗变换器平衡度。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种测量阻抗变换器平衡度的方法，用于正确衡量平衡-不平衡阻抗变换器的平衡度，帮助射频工程师们设计和研制出平衡度良好的阻抗变换器。由本发明提供的测量方法建立在辅助测试网络基础上，由辅助测试网络实现各测试端口阻抗的完全匹配，基于矢量网络分析仪，由网络分析仪测试阻抗变换器输入端口和各平衡端口的S参数，根据S参数经过简单的运算计算得到阻抗变换器的平衡度。
为解决上述技术问题，本发明的测量阻抗变换器平衡度及其网络参数结构，该方法建立在辅助测测量网络的基础上，对于常用的1:N(N＝2、4、6、9)，即N>1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡传输线阻变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；
对于常用的1:1平衡-不平衡阻抗变换器，即1:N，0<N≤1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式均可采用下列形式，测试时平衡-不平衡传感线阻变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析或标载。
对于1:N，当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω，1:N，0<N≤1时，R1＝150Ω，R2＝150Ω。
本发明还涉及一种测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的确定方法，
对于1:N(N＝2、4、6、9)时，即对于1:N(N>1)时，平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡传输线阻变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；对于辅助测试网络中各元件的参数数值，具体如下：
当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；
当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；
当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；
当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω；
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口网络分析仪进行两端口校准，校准完成后，按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度，和以0为单位相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)；
步骤三：按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与一电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG、IMG；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度:mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)；
对于1:1平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡传感线阻变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析或标载，对应辅助测试网络中各元件的参数数值，具体为：R1＝150Ω，R2＝150Ω，
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口网络分析仪进行两端口校准，校准完成后按下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)，
步骤三：按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_2)、IMG(S21_2)；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度:mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)。
本发明提供的方法建立在辅助测试网络上，原理简单、使用的元器件少，可操作性强，本领域普通工程技术人员易于掌握和实施。本发明可以广泛地用于通信技术领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是1:N(N＝2、4、6、9)平衡-不平衡阻抗变换器平衡度的辅助测试网络拓扑形式；
图2是1:1平衡-不平衡阻抗变换器平衡度的辅助测试网络拓扑形式；
图3是基于2端口矢网测试1:N(N＝2、4、6、9)平衡-不平衡阻抗变换器平衡度的测试其中一平衡端口的S21参数的原理图；
图4是基于2端口矢网测试1:N(N＝2、4、6、9)平衡-不平衡阻抗变换器平衡度的测试另一平衡端口的S21参数的原理图；
图5是基于2端口矢网测试1:1平衡-不平衡传输线阻抗变换器平衡度的测试其中一平衡端口的S21参数的原理图；
图6是基于2端口矢网测试1:1平衡-不平衡传输线阻抗变换器平衡度的测试另一平衡端口的S21参数的原理图。
具体实施方式
本发明的测量阻抗变换器平衡度及其网络参数结构，该方法建立在辅助测测量网络的基础上，对于常用的1:N(N＝2、4、6、9)，即N>1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，如图1，测试时平衡-不平衡传输线阻变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；
对于常用的1:1平衡-不平衡阻抗变换器，即1:N，0<N≤1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式均可采用下列形式，如图2，测试时平衡-不平衡传感线阻变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析或标载。
对于1:N，当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω，1:N，0<N≤1时，R1＝150Ω，R2＝150Ω。
本发明还涉及一种测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的确定方法，
对于1:N(N＝2、4、6、9)时，即对于1:N(N>1)时，平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡传输线阻变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；对于辅助测试网络中各元件的参数数值，具体如下：
当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；
当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；
当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；
当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω；
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口网络分析仪进行两端口校准，校准完成后，按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，如图3，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度，和以0为单位相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)；
步骤三：按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，如图4，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与一电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG、IMG；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度:mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)；
对于1:1平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡传感线阻变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析或标载，对应辅助测试网络中各元件的参数数值，具体为：R1＝150Ω，R2＝150Ω，
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口网络分析仪进行两端口校准，校准完成后按下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，如图5，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)，
步骤三：按照下列形式连接好两端口网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，如图6，传输线阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以0为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_2)、IMG(S21_2)；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度:mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(0)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)。

Claims (3)

1.一种测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的结构，其特征在于：该结构建立在辅助测试网络的基础上，对于常用的1:N，N指经阻抗变换器变换后其中一端阻抗与另一端阻抗的比值，N>1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡阻抗变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；
对于1：N，0＜N≤1时，平衡-不平衡阻抗变换器，测量平衡度时的辅助测试网络拓扑形式均可采用下列形式，测试时平衡-不平衡阻抗变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载。
2.按照权利要求1所述的测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的结构，其特征在于：1:N，当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω，1：N，0＜N≤1时，R1＝150Ω，R2＝150Ω。
3.一种测量阻抗变换器平衡度及其网络参数的确定方法，其特征在于：对于1:N，N指经阻抗变换器变换后其中一端阻抗与另一端阻抗的比值，N＝2、4、6、9，平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡阻抗变换器的两平衡端各与一电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载；对于辅助测试网络中各元件的参数数值，具体如下：
当N＝2时，R1＝21Ω，R2＝71Ω；
当N＝4时，R1＝73Ω，R2＝58Ω；
当N＝6时，R1＝124Ω，R2＝55Ω；
当N＝9时，R1＝199Ω，R2＝53Ω；
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口矢量网络分析仪进行两端口校准，校准完成后，按照下列形式连接好两端口矢量网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，平衡-不平衡阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以°为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)；
步骤三：按照下列形式连接好两端口矢量网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，平衡-不平衡阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2各与一电阻R1相串联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以°为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_2)、IMG(S21_2)；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度：mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(°)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(°)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)；
对于1:1平衡-不平衡阻抗变换器，辅助测试网络拓扑形式采用下列形式，测试时平衡-不平衡阻抗变换器的两平衡端先与电阻R1并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，两分压电阻的另一端连接矢量网络分析仪或标载，对应辅助测试网络中各元件的参数数值，具体为：R1＝150Ω，R2＝150Ω，
具体操作时，按照下列步骤，
步骤一：根据不同的变比形式，筛选对应阻值的元器件，制作辅助测试网络，
步骤二：对两端口矢量网络分析仪进行两端口校准，校准完成后按下列形式连接好两端口矢量网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，平衡-不平衡阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接矢量网络分析仪的端口2，另一分压电阻的另一端A3连接一个50欧的标载，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以°为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_1)、IMG(S21_1)，
步骤三：按照下列形式连接好两端口矢量网络分析仪、平衡-不平衡阻抗变换器和辅助测试网络，平衡-不平衡阻抗变换器的不平衡端A1与矢量网络分析仪的端口1连接，两平衡端B1、B2与电阻R1相并联，然后再与两分压电阻R2并联，两分压电阻的中点接地，其中一分压电阻的另一端A2连接一个50欧的标载，另一分压电阻的另一端A3连接矢量网络分析仪的端口2，以dB为单位读此时的S21参数幅度和以°为单位读相位，分别记为dBMAG(S21_2)、IMG(S21_2)；
步骤四：计算阻抗变换器的平衡度如下，
幅度不平衡度：mag(dB)＝|dBMAG(S21_1)-dBMAG(S21_2)|
对于相位不平衡度，当IMG(S21_1)为正时，
相位不平衡度：pha(°)＝360+IMG(S21_2)-IMG(S21_1)；
当IMG(S21_1)为负时，
相位不平衡度：pha(°)＝360+IMG(S21_1)-IMG(S21_2)。
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