CN106771849A - 一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法，首先对频域的测量结果进行时域变换，得到两个阻抗不连续点的时域响应；接下来，对时域结果分别进行选通，选通后分别转换回频域；然后，针对每个选通结果在频域分别根据信号流向建立方程，每个方程中包含阻抗不连续点的反射系数和各段传输线的传输系数；最后，联立方程组求解，得到阻抗不连续点的反射系数。本发明的测试方法与直接时域测量方法相比，可消除阻抗不连续点相互反射带来的影响，得到反射发生所在位置的反射系数，准确度明显提高；可同时获得传输线的传输特性。

Description

一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法。

背景技术

矢量网络分析仪是通过产生扫频激励信号，激励被测件并接收其散射信号，从而获得被测件特性参数的仪器。在对传输线进行频率响应测量时，如果传输线内部存在阻抗失配点，就会产生反射。在频域内看到的是每个频率点的反射叠加在一起的效果，而且是整条传输线上所有反射的叠加响应，却不能指出反射发生的位置。

矢量网络分析仪具有时域测量功能，在测得频域的结果后，将结果进行傅里叶逆变换，可以得到对应的时域结果，如图1所示。在反射测量中(传输测量与之类似)，网络分析仪把反射系数作为频率的函数进行测量，反射系数可以看作是入射信号到反射信号的传递函数。做逆变换后可以看作是被测系统的系统函数，用阶跃信号或冲击信号与这个系统函数做卷积就可以得到系统的阶跃响应或冲击响应。由于矢量网络分析仪测试前经过了校准，结果包含了准确的幅度和相位信息，就使传输线内部的反射响应与时间或距离的关系可以准确的显示出来，很容易确定传输线阻抗失配的位置和大小。

然而，当传输线内存在两个或多个阻抗不连续点时，反射信号会受到遮蔽，使测试结果不准确。以两个阻抗不连续点为例进行分析，如图2所示，入射信号a1在第一个不连续点被反射回来一部分b1，其余信号继续向右传输被第二个不连续点反射，反射回来的信号再次经过第一个不连续点时会再次被反射一部分，使得回到入射端口的信号b2进一步减小。另外还要考虑传输线自身损耗影响，这样的话，第二个不连续点的入射和反射信号其实不等于a1和b2，测得的结果与实际情况有比较大的差别。

现有技术存在以下不足：

传输线上存在两个阻抗不连续点时，反射信号会相互遮挡，并且传输线自身损耗也会对信号造成影响，使仪器测得的信号并非反射点真正的入射和反射信号，测得的结果与不连续点实际的阻抗特性相差较大，测试结果准确度低。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法，首先对频域的测量结果进行时域变换，得到两个阻抗不连续点的时域响应；接下来，对时域结果分别进行选通，选通后分别转换回频域；然后，针对每个选通结果在频域分别根据信号流向建立方程，每个方程中包含阻抗不连续点的反射系数和各段传输线的传输系数；最后，联立方程组求解，得到阻抗不连续点的反射系数。

上述测试方法，具体实现步骤如下：

步骤(1)，对矢量网络分析仪进行双端口校准，第一个和第二个不连续点的反射系数分别为Γ1和Γ2，传输线被两个不连续点分隔成三段，这三段的传输系数分别为L1、L2、L3；

步骤(2)，进行S11反射测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S11只包含第一个不连续点的响应；由于b1信号是a1信号经过L1、第一个不连续点反射、再经L1后形成，得到

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S11’只包含第二个不连续点的响应；由于b1’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点传输、L1后形成，得到

步骤(3)，进行S21传输测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S21只包含第一个不连续点的响应；由于b2信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S21’只包含第二个不连续点的响应；由于b2’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点反射、再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

步骤(4)，进行S22反射测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22只包含第二个不连续点的响应；由于b2信号是a2信号经过L3、第二个不连续点反射、再经L3后形成，得到

对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22’只包含第一个不连续点的反射响应；由于b2’信号是a2信号经过L3、第二个不连续点传输、L2、第一个不连续点反射，再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

步骤(5)，对以上得到的方程(1)-(6)联立进行求解，得到

其中

Γ1和Γ2分别为两个阻抗不连续点出的反射系数。

本发明的有益效果是：

(1)与直接时域测量方法相比，可消除阻抗不连续点相互反射带来的影响，得到反射发生所在位置的反射系数，准确度明显提高；

(2)可同时获得传输线的传输特性。

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为矢量网络分析仪时域变换过程示意图；

图2为传输线内两个阻抗不连续点反射信号相互影响示意图；

图3为左侧激励产生响应的信号流图；

图4为在时域中对阻抗不连续点选通过程示意图；

图5为右侧激励产生响应的信号流图；

图6为S参数测试示意图。

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。

当一条传输线上阻抗不连续时，就会有部分或全部信号被反射回来。利用网络分析仪的时域功能可以对阻抗不连续性进行测试，网络分析仪在一定带宽内进行扫频测试，得到被测件频域响应，然后通过时域变换得到时域的冲击响应，在时域中可直观的看到阻抗不连续点的位置、阻抗特性等信息。但是当传输线上存在两个或多个阻抗不连续点时，由于入射信号被第一个不连续点反射回来一部分，使得入射到第二个不连续点的信号减小；第二个不连续点反射的信号经过第一个不连续点时会再次被反射回来一部分；另外还有传输线自身损耗等影响，这就使网络分析仪测得的响应与阻抗不连续点的实际响应差别较大。

因此，本发明提出了一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法，用于对阻抗不连续点反射响应进行修正，可以将不连续点所在位置的实际响应还原出来。

本发明的测试方法，首先对频域的测量结果进行时域变换，得到两个阻抗不连续点的时域响应；接下来，对时域结果分别进行选通，选通后分别转换回频域；然后，针对每个选通结果在频域分别根据信号流向建立方程，每个方程中包含阻抗不连续点的反射系数和各段传输线的传输系数；最后，联立方程组求解，得到阻抗不连续点的反射系数。

下面结合说明书附图对本发明的测试方法进行详细说明。

本发明的测试方法具体实现步骤如下：

步骤(1)，对矢量网络分析仪进行双端口校准，设第一个和第二个不连续点的反射系数分别为Γ1和Γ2，传输线被两个不连续点分隔成三段，这三段的传输系数分别为L1、L2、L3。

步骤(2)，从左侧射入激励信号a1，进行反射测试，此时直接测得S11m＝(b1+b1’)/a1，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，如图4所示，然后将选通后的数据变换回频域，此时的结果只包含第一个不连续点的响应S11＝b1/a1；由于b1信号是a1信号经过L1、第一个不连续点反射、再经L1后形成，如图3所示，得到

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的结果只包含第二个不连续点的响应S11’＝b1’/a1；由于b1’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点传输、L1后形成，得到

步骤(3)，从左侧射入激励信号a1，进行传输测试，此时直接测得S21m＝(b2+b2’)/a1。将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的结果只包含第一个不连续点的响应S21＝b2/a1；由于b2信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点传输、L3后形成，如图3所示，得到

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的结果只包含第二个不连续点的响应S21’＝b2’/a1；由于b2’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点反射、再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

步骤(4)，从右侧射入激励信号a2，进行反射测试，此时直接测得S22m＝(b2+b2’)/a2。将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22只包含第二个不连续点的响应S22＝b2/a2；由于b2信号是a2信号经过L3、第二个不连续点反射、再经L3后形成，如图5所示，得到

对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22’只包含第一个不连续点的反射响应S22’＝b2’/a2；由于b2’信号是a2信号经过L3、第二个不连续点传输、L2、第一个不连续点反射，再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

步骤(5)，对以上得到的方程(1)-(6)联立进行求解，得到

其中

Γ1和Γ2即分别为两个阻抗不连续点出的反射系数。

S参数是表征双端口网络散射特性的参数，如图6所示，被测网络端口1的入射和散射信号分别表示为a1和b1，端口2的入射和散射信号分别表示为a2和b2。

S参数定义为：

S11＝b1/a1 S22＝b2/a2

S21＝b2/a1 S12＝b1/a2

本发明中，由于被测件内部有2个反射点，因此网络分析仪实际测到的散射信号是两个反射叠加的结果。用S11m、S21m、S22m表示两个反射叠加后的响应，通过时域变换的方法将两个反射响应分离，第1个反射点的响应表示为S11、S21、S22’，第2个反射点的响应表示为S11’、S21’、S22。

本发明的测试方法与直接时域测量方法相比，可消除阻抗不连续点相互反射带来的影响，得到反射发生所在位置的反射系数，准确度明显提高；可同时获得传输线的传输特性。

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 (2)

1.一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法，其特征在于，首先对频域的测量结果进行时域变换，得到两个阻抗不连续点的时域响应；接下来，对时域结果分别进行选通，选通后分别转换回频域；然后，针对每个选通结果在频域分别根据信号流向建立方程，每个方程中包含阻抗不连续点的反射系数和各段传输线的传输系数；最后，联立方程组求解，得到阻抗不连续点的反射系数。

2.如权利要求1所述的一种传输线上两个阻抗不连续点反射响应的测试方法，其特征在于，具体实现步骤如下：

步骤(1)，对矢量网络分析仪进行双端口校准，第一个和第二个不连续点的反射系数分别为Γ1和Γ2，传输线被两个不连续点分隔成三段，这三段的传输系数分别为L1、L2、L3；

步骤(2)，进行S11反射测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S11只包含第一个不连续点的响应；由于b1信号是a1信号经过L1、第一个不连续点反射、再经L1后形成，得到

$S11=\frac{b1}{a1}=L{1}^2\mathrm{\Γ}1---\left(1\right)$

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S11’只包含第二个不连续点的响应；由于b1’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点传输、L1后形成，得到

$S{11}^{\′}=\frac{b{1}^{\′}}{a1}=L{1}^{2}L{2}^2{(1+\mathrm{\Γ}1)}^2\mathrm{\Γ}2---\left(2\right)$

步骤(3)，进行S21传输测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S21只包含第一个不连续点的响应；由于b2信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

$S21=\frac{b2}{a1}=L1L2L3(1+\mathrm{\Γ}1)(1+\mathrm{\Γ}2)---\left(3\right)$

对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S21’只包含第二个不连续点的响应；由于b2’信号是a1信号经过L1、第一个不连续点传输、L2、第二个不连续点反射，再经L2、第一个不连续点反射、再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

$S{21}^{\′}=\frac{b{2}^{\′}}{a1}=L1L{2}^{3}L3\mathrm{\Γ}1\mathrm{\Γ}2(1+\mathrm{\Γ}1)(1+\mathrm{\Γ}2)---\left(4\right)$

步骤(4)，进行S22反射测试，将测试结果进行时域变换，结果中包含两个阻抗不连续点的响应；对第二个不连续点进行选通，屏蔽第一个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22只包含第二个不连续点的响应；由于b2信号是a2信号经过L3、第二个不连续点反射、再经L3后形成，得到

$S22=\frac{b2}{a2}=L{3}^2\mathrm{\Γ}2---\left(5\right)$

对第一个不连续点进行选通，屏蔽第二个不连续点响应，然后将选通后的数据变换回频域，此时的S22’只包含第一个不连续点的反射响应；由于b2’信号是a2信号经过L3、第二个不连续点传输、L2、第一个不连续点反射，再经L2、第二个不连续点传输、L3后形成，得到

$S{22}^{\′}=\frac{b{2}^{\′}}{a2}=L{2}^{2}L{3}^2{(1+\mathrm{\Γ}2)}^2\mathrm{\Γ}1---\left(6\right)$

步骤(5)，对以上得到的方程(1)-(6)联立进行求解，得到

$\mathrm{\Γ}1=\frac{-1+\sqrt{m}}{1-m}$

$\mathrm{\Γ}2=\frac{-1+\sqrt{n}}{1-n}$

其中

Γ1和Γ2分别为两个阻抗不连续点出的反射系数。