CN109425787A - 一种射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法，装置包括：筒体、顶板和底板，筒体、顶板和底板间形成内腔，筒体包括导电壳体和与壳体配合的非导电盖板；一端位于内腔中，另一端经壳体穿出后与测试设备相连，并对称布置于壳体相对侧部的两个测试接口；一端位于内腔中，另一端经盖板穿出后与被测搭接系统相连的测量夹头；容置于内腔中的测量电路，测量电路包括匹配电阻和隔离电阻；两个匹配电阻一端连接至壳体，另一端分别与两个测试接口相连；两个隔离电阻一端分别与两个测试接口相连，另一端连接至测量夹头的一端。本发明能够解决现有阻抗测量方式不能实现阻抗扫频测量，不适合测量实际系统搭接射频阻抗，及对仪器要求高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子电气测量技术领域，尤其是涉及一种射频搭接阻抗测量装置及其制作和 测量方法。
背景技术
电子电气系统中的不同设备、组件和元件的金属外壳(或构架)之间都可能会出现电位 差，而这种电位差往往是电磁干扰的诱发原因之一。而进行搭接的目的就在于为电流的流动 提供一个均匀的结构面和低阻抗通路，以避免在相互连接的两个金属件之间形成电位差。搭 接可用于设备的金属机箱之间、设备机箱到接地平面、信号回线到地线、电缆屏蔽层到地线 之间。搭接阻抗通常是衡量搭接效果的重要指标，所以在一些重要的应用场合，都需要对搭 接阻抗进行测量。目前，对搭接阻抗的测量仅限于直流电阻测量以及单个搭接条的感抗测量， 而未能实现对实际系统中搭接射频阻抗的测量。
大部分搭接条实际在很低的频率时就已经呈现感性阻抗，从而使得搭接阻抗特性随频率 递增。当频率高到一定值时，搭接系统中的分布电容与杂散电感将会共同影响搭接阻抗。对 于一个采用搭接条的搭接系统，其并联谐振频率附近的搭接阻抗值通常高至上千欧姆，此时 搭接已经失效，所以很有必要对系统中搭接的射频阻抗特性进行测量。
现有测量单个搭接或带射频阻抗的测量装置主要利用的原理是T形分流插入损耗电路 (如附图1所示)，并配合网络分析仪实现对被测件射频阻抗的测量，得出被测件阻抗的频率 特性。但是这种测量装置只能测量单个搭接条的阻抗，而实际系统中的射频搭接阻抗是由搭 接条/带本身的阻抗特性与系统中的分布参数(如系统中的分布电容、杂散电感)共同决定的， 要对实际系统中射频搭接的有效性进行评估，就需要对实际系统中的射频搭接阻抗进行测量。 而这种测量装置对实际系统中搭接的射频阻抗无法进行测量。
另外，一些仪器也有自带的阻抗分析测试功能，如Agilent公司生产的E5061B矢量网络 分析仪自带的阻抗测量功能配合相应的测量夹具就可以实现对一些基本元器件，例如电感、 电阻、电容阻抗频率特性的测量。这种方法在其测量范围内具有较高的精度，但是对仪器设 备要求极高，并且由于没有合适的测试夹具，这些方法并不适合测量尺寸较大或被测点位相 距较远的被测件。
还有一些阻抗测量方法，如伏安法、平衡电桥法等，均可实现对被测件射频阻抗的测量， 也可以用来测量射频搭接阻抗，但是它们存在一个共同的缺陷：就是不能实现阻抗的扫频测 量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法，以 解决现有阻抗测量方式不能实现阻抗的扫频测量，不适合测量实际系统中搭接的射频阻抗， 及对仪器要求高的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种射频搭接阻抗测量装置的技术实现方案， 一种射频搭接阻抗测量装置，包括：
筒体、位于所述筒体上部的顶板，以及位于所述筒体下部的底板，所述筒体、顶板和底 板之间形成内腔；所述筒体进一步包括采用导电材料的壳体，及采用非导电材料并与所述壳 体相配合的盖板；
一端位于所述内腔中，另一端经所述壳体穿出后与外部的测试设备相连，并对称布置于 所述壳体相对侧部的两个测试接口；
一端位于所述内腔中，另一端经所述盖板穿出后与外部的被测搭接系统相连的测量夹头；
容置于所述内腔中的测量电路，所述测量电路进一步包括匹配电阻和隔离电阻；两个匹 配电阻的一端连接至所述壳体，另一端分别与对称布置的两个测试接口的内部导电端相连； 两个隔离电阻的一端分别与对称布置的两个测试接口的内部导电端相连，另一端连接至所述 测量夹头的一端。
优选的，所述壳体采用一侧开口的方框形结构，所述盖板设置于所述壳体的开口一侧。 正对所述开口的壳体内侧采用阶梯型凹槽结构，所述盖板与所述阶梯型凹槽间形成内腔，所 述测试接口设置于另外两个相对的侧部。所述阶梯型凹槽结构包括沿所述壳体高度方向开设 的通槽一，及形成于所述通槽一的底部，并沿所述壳体的高度方向开设，槽宽相对于所述通 槽一较小的通槽二。
优选的，所述测试接口采用N型接头。
优选的，所述测量夹头采用螺杆结构。
优选的，通过调节所述隔离电阻的阻值调节所述阻抗测量装置的阻抗测量范围。
优选的，所述隔离电阻的阻值为1800Ω。
优选的，所述匹配电阻的阻值与所述测试设备的内阻相对应。
优选的，所述匹配电阻的阻值为50Ω。
优选的，所述壳体采用黄铜材料，所述盖板采用胶木材料。
优选的，所述底板上开设有连接孔，通过螺栓穿过所述连接孔将所述底板固定于参考地。
优选的，所述安装孔一位于所述壳体内部的一侧采用锥形孔结构，所述安装孔一与所述 通槽一连通。
本发明还另外具体提供了一种如上所述射频搭接阻抗测量装置的制作方法的技术实现方 案，包括以下步骤：
S11)选取一根由导电材料制成的方料，在所述方料的两个相对侧面开设测试接口的安装 孔一；
S12)在所述方料另外两个侧面的其中一个侧面中部沿高度方向开设通槽一，并在所述通 槽一的中部沿高度方向开设槽宽相对于所述通槽一较小的通槽二，以制成壳体；或先开设所 述通槽二，再开设所述通槽一，以制成内部具有阶梯型凹槽结构的壳体；
S13)安装所述测试接口将两个匹配电阻的一端连接至所述壳体，再将所述匹配电阻的另 一端分别与对称布置的两个测试接口的内部导电端相连；将两个隔离电阻的一端分别与对称 布置的两个测试接口的内部导电端相连；
S14)选取一根由非导电材料制成的板材，在所述板材沿厚度方向开设测量夹头的安装孔 二，以制成盖板；安装所述测量夹头，将所述测量夹头的一端穿过所述盖板连接至两个隔离 电阻的中间连接部位，所述测量夹头的另一端在测试时连接被测搭接系统；
S15)将所述壳体、盖板与顶板、底板组装成具有内腔的阻抗测量装置，所述匹配电阻和 隔离电阻容置于所述内腔中。
优选的，所述安装孔一位于所述壳体内部的一侧采用锥形孔结构。
优选的，在开设所述通槽一时，使所述安装孔一与所述通槽一连通。在开设所述通槽二 时，确保所述锥形孔的尖部不被铣穿。
本发明还另外具体提供了一种基于本如上所述射频搭接阻抗测量装置的测量方法的技术 实现方案，包括以下步骤：
S21)接通测试设备的电源，选择测量插入损耗参数S21，设置测试频率范围；
S22)将两根电缆连接至所述测试设备的测试端口，校准所述测试设备的插入损耗参数 S21；
S23)校准完毕后，将两根电缆的另一端分别连接于阻抗测量装置的两个测试接口；
S24)所述测试设备的屏幕上显示所测得的插入损耗曲线，并保存所测得的插入损耗数据；
S25)将所测得的插入损耗数据带入公式进行处理，得 到被测搭接系统的射频搭接阻抗曲线；
其中，Rs为隔离电阻的阻值，|Zt|为被测搭接系统射频搭接阻抗的有效 值，S21为测试设备的插入损耗参数，V2为所述测试接口连接至所述测试设备其中一个端口的 电压值，V1为所述测试接口连接至所述测试设备另一个端口的电压值。
通过实施上述本发明提供的射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法的技术方案，具 有如下有益效果：
(1)本发明测量装置结构组成简单、成本低廉，能够实现射频搭接阻抗的扫频测量，特 别适合于测量实际系统中的搭接射频阻抗，同时对测量仪器的要求不高；
(2)本发明测量装置的壳体呈长条形，在测量时与搭接条、被搭接物体(如机柜和地平 面)的正对面积较小，并且装置壳体侧面的盖板采用胶木制成，从而降低了测量装置与其周 围的分布电容，减小了测量装置本身对测量结果的影响，提高了测量精度；
(3)本发明测量装置的壳体采用锥形安装孔与阶梯型凹槽结构设计，保证了测量装置结 构的紧凑性，实现了两个测量接头之间良好的射频隔离，提升了测量精度，扩展了可测量的 频率范围；
(4)本发明测量装置的测量夹头可以采用引线延长，能够适应两个被测点位相距较远的 情况，由于引线并不影响被测阻抗的并联谐振频率，所以可以定性地判断射频搭接的失效频 率。
(5)本发明测量装置具有阻抗测量范围广并且可调、可测频率范围宽、与被测点位连接 方便、测量精度较高和制作成本低等特点。
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的介绍。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 附图获得其他的实施例。
图1是现有测量装置采用T形分流插入损耗法的等效电路原理图；
图2是本发明射频搭接阻抗测量装置一种具体实施例的内部电路原理图；
图3是本发明射频搭接阻抗测量装置一种具体实施例的纵向剖面结构示意图；
图4是本发明射频搭接阻抗测量装置一种具体实施例的外形结构示意图；
图5是本发明射频搭接阻抗测量装置一种具体实施例省略测量电路后的横向剖面结构示 意图；
图6是本发明射频搭接阻抗测量装置一种具体实施例的连接结构示意图；
图7是本发明射频搭接阻抗测量装置性能曲线的对比示意图；
图8是本发明射频搭接阻抗测量装置被测阻抗的等效电路原理图；
图9是本发明射频搭接阻抗测量装置的阻抗测试插损曲线示意图；
图10是本发明射频搭接阻抗测量装置的阻抗理论与实测曲线示意图；
图中：1-顶板，2-壳体，3-底板，4-盖板，5-测试接口，6-测量夹头，7-匹配电阻，8-隔离电阻，9-机柜，10-阻抗测量装置，11-绝缘垫，12-搭接条，13-参考地，14-连接孔，20-筒体，21-通槽一，22-通槽二，23-安装孔一，24-锥形孔，30-测量电路，40-测试设备，41- 安装孔二，50-被测搭接系统，51-内部导电端，52-外部导电端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本 发明的一部分实施例，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 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图2至附图10所示，给出了本发明射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法的具 体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图2、3、4和5所示，一种射频搭接阻抗测量装置的具体实施例，包括：
筒体20、位于筒体20上部的顶板1，以及位于筒体20下部的底板3，筒体20、顶板1和底板3之间形成内腔。筒体20进一步包括采用导电材料的壳体2，及采用非导电材料并与壳体2相配合的盖板4；
一端位于内腔中，另一端经壳体2穿出后与外部的测试设备40相连，并对称布置于壳体 2相对侧部的两个测试接口5；
一端位于内腔中，另一端经盖板4穿出后与外部的被测搭接系统50相连的测量夹头6；
容置于内腔中的测量电路30，测量电路30进一步包括匹配电阻7和隔离电阻8；两个匹 配电阻7的一端连接至壳体2，另一端分别与对称布置的两个测试接口5的内部导电端51相 连。两个隔离电阻8的一端分别与对称布置的两个测试接口5的内部导电端51相连，另一端 连接至测量夹头6的一端。
其中，测试设备40采用网络分析仪(或输出电平合适的扫频仪、宽带检测器、阻抗分析 仪等)。顶板1将筒体20的顶部封闭，底板3将筒体20的底部封闭，顶板1和底板3同时在测试时也充当阻抗测量装置10的测试接口与被测点位(通常是地平面)相连。壳体2用来集成所有的部件(包括：顶板1、底板3、测试接口5和测量电路30等)，其结构设计考虑了两 个测试接口5之间的隔离。测量夹头6用来与被测点位相连(通常是机柜9等被搭接金属结 构体)。测试接口5为阻抗测量装置10的测量端口，共有两个，分别通过同轴电缆与测试设 备40(如：网络分析仪)的1、2端口相连。测量电路采用一种T形分流插入损耗电路，用 来实现两个测量端口电压一一对应的关系。测试设备40用来测量阻抗测量装置10两个端口 电压的比例关系(即S21)。
壳体2进一步采用黄铜材料，盖板4进一步采用胶木材料。如附图5所示为本发明射频 搭接阻抗测量装置省略测量电路30后的横向剖面结构示意图，壳体2采用一侧开口的方框形 结构，盖板4设置于壳体2的开口一侧。正对开口的壳体2内侧采用阶梯型凹槽结构，盖板 4与阶梯型凹槽间形成内腔，测试接口5设置于另外两个相对的侧部。阶梯型凹槽结构进一 步包括沿壳体2高度方向(如附图3中H所示的方向)开设的通槽一21，及形成于通槽一21的底部，并沿壳体2的高度方向开设，槽宽相对于通槽一21较小的通槽二22。测试接口5 进一步采用N型接头，而测量夹头6进一步采用螺杆结构。通过调节隔离电阻8的阻值可以 调节阻抗测量装置10的阻抗测量范围，作为本发明一种典型的具体实施例，隔离电阻8的阻值进一步为1800Ω。匹配电阻7的阻值与测试设备40的内阻相对应，作为本发明一种典型的具体实施例，匹配电阻7的阻值进一步为50Ω。底板3上开设有连接孔14，通过螺栓穿过连接孔14将底板3固定于参考地13。
实施例1中所设计的壳体2采用横截面为25×25mm2的黄铜，黄铜材料还可以采用其它导 电/抗氧化等性能更好的金属材料替代。盖板4采用胶木，胶木还可以采用其它强度更好/介 电常数更小的非导电材料代替。盖板4可以采用如附图5中所示具有凹槽的结构，也可以采 用平板结构。壳体2通过采用阶梯型凹槽的设计，使得两个测试接口(测量端口)5之间实 现了良好的射频隔离，较之现有的搭接条(带)射频阻抗测量装置具有更好的端口隔离效果， 提升了测量精度，扩展了可测量的频率范围。其次，测量夹头6采用螺杆结构，底板3上开 设有连接孔14，通过螺栓穿过连接孔14将底板3固定于参考地13，螺杆或螺栓通常用来与 被搭接的机柜9或其它金属结构体相连，而底板3则通常与参考地13平面相连，使得阻抗测 量装置10可以很方便地实现与被测点位的连接，壳体2的设计也有利于实际系统中的测试。 测量电路30采用T型分流插入损耗电路，通过调节隔离电阻8可以调节阻抗测量装置10的 阻抗测量范围，同时计算了被测阻抗Zt与隔离电阻8的关系曲线，还分析了被测阻抗Zt对测 试设备40的插入损耗参数S21的误差敏感度。测试接口5采用N型接头，相对于专门的阻抗 分析仪(如Agilent 4294A)，具有较为简便的测量接口。
射频阻抗测量装置10的测量电路30位于内腔中，可以实现两个测试接口5之间的射频 隔离。被测搭接条(带)12的两端分别夹在测量夹头6与安装座，测试时两个测试接口(测 量端口)5分别用同轴电缆与网络分析仪的1、2端口连接(两端口的电压分别设为V1、V2)， 测量所关心频带上的S21，S21＝20log(V2/V1)，然后通过换算得到被测试样的射频阻抗随频率 变化的曲线。现有技术方案只能测量单个搭接条(带)12的射频阻抗，而实际系统中的射频 搭接阻抗是由搭接条(带)12本身阻抗特性与系统中的分布参数(如系统中的分布电容、杂 散电感)共同决定的，要对实际系统中搭接在射频上的有效性进行评估，就需要对实际系统 中的射频搭接阻抗进行测量。实施例1描述的阻抗测量装置10做到了测量端口之间优良的射 频隔离，具有较宽频带的测量范围，测量电路30进一步采用金属膜无感电阻，结构紧凑、测 量精度高、阻抗测量范围可调、制作成本低。阻抗测量装置10的壳体2尺寸及测量夹头6的 位置可以根据实际测试场合进行设计，同时通过线缆对阻抗测量装置10的测量夹头6进行延 长，可以适应两个被测点位相距较远的情况，此时虽然测量精度会有所下降，但基本可以判 断射频搭接失效的频率。
在实施例1中，阻抗测量装置10的壳体2呈长条形，在测试时与搭接条12、被搭接物体(如机柜9和参考地13)的正对面积较小，从而阻抗测量装置10与周围的分布电容较小，同时装置侧面的盖板4是采用胶木制成的，这种结构有利于减小测量夹头6与金属材料的壳体2之间的分布电容和天线效应。同时，安装孔一23位于壳体2内部的一侧采用锥形孔24 结构，安装孔一23与通槽一21连通。壳体2上开设的锥形的安装孔一23配合壳体2内部的 阶梯型凹槽设计，不仅保证了射频阻抗测量装置10结构的紧凑性，还使得两个测试接口5之 间实现了良好的射频隔离，较已有的搭接条(带)射频阻抗测量装置具有更好的端口隔离效果，提升了测量精度，扩展了可测的频率范围。
实施例2
一种基于实施例1所述装置的射频搭接阻抗测量系统的具体实施例，系统包括：阻抗测 量装置10及与阻抗测量装置10相连的被测搭接系统50，被测搭接系统50包括机柜9和搭 接条12。阻抗测量装置10通过测量夹头6与机柜9相连，机柜9的底部设置有绝缘垫11，阻抗测量装置10的壳体2则通过底板3与参考地13相连，机柜9同时通过搭接条12连接至 参考地13。
如附图6所示，与阻抗测量装置10搭接的被测搭接系统50，模拟的是一个尺寸为150 ×150×100mm3的机柜9通过0.6×20×100mm3的扁平搭接条12搭接到参考地13的接地系统， 对该系统按下图所示的配置进行测试。其中，机柜9距离地面为4mm，机柜9的底面与地面 之间的介质为空气。阻抗测量装置10的测量夹头6与机柜9连接，底板3通过M5的螺栓与 参考地13连接，搭接条12的一端用螺栓安装在机柜9与测量夹头6连接处相对的另一面，另一端采用螺栓安装在参考地13上。
实施例3
为了设计一个可以测量实际系统中射频搭接阻抗的阻抗测量装置10，本实施例结合实施 例1所示的装置结构，并且在综合分析了现有的测量装置性能后，提出了一种应用于实际系 统中的射频搭接阻抗测量装置。其中，阻抗测量装置10的筒体20主要由两部分组成，一部 分是主体部分黄铜材质的金属壳体2，另一部分是位于金属壳体2相对一侧胶木材质的盖板4。 一种如实施例1所述射频搭接阻抗测量装置制作方法的具体实施例，包括以下步骤：
S11)选取一根由导电材料制成的方料，在方料的两个相对侧面开设测试接口5的安装孔 一23；黄铜材料的壳体2采用一根25×25×90mm3的实心黄铜方料制成，首先分别在方料两 个相对侧面沿长度方向的中线上开设安装孔一23，安装孔一23位于壳体2内部的一侧采用 锥形孔24的结构；开孔的位置是中线位置距方料底部的1/3处，孔的尺寸是直径11.5mm， 深度5mm(不含孔底部的锥形孔24部分，锥形孔24的深度不超过2.5mm)，这两个孔用于安 装N型接头；
S12)在方料另外两个相对侧面的其中一个侧面中部沿高度方向开设通槽一21，并在通 槽一21的中部沿高度方向开设槽宽相对于通槽一21较小的通槽二22，以制成壳体2；或先 开设通槽二22，再开设通槽一21，以制成内部具有阶梯型凹槽结构的壳体2；在其它两个侧 面中的其中一个侧面上，沿方料长度方向在侧面的中部用铣床铣出一道宽15mm，深度为10mm (此时两个安装孔一23的锥形底部已经被铣穿，并足以使铣穿部分的大小可以容许两个电阻 通过)的通槽一21，在开设通槽一21时，使安装孔一23与通槽一21连通；接着换上直径 Ф为10mm的铣刀，再沿着中心线铣出宽度为10mm，深度为10mm的通槽二22，并确保锥形孔 24的尖部不被铣穿；
S13)安装测试接口5，将两个匹配电阻7的一端连接至壳体2，再将匹配电阻7的另一 端分别与对称布置的两个测试接口5(包括内部导电端51和外部导电端52)的内部导电端 51相连；将两个隔离电阻8的一端分别与对称布置的两个测试接口5的内部导电端51相连； 按照插入损耗原理等效电路连接电阻，其中两个50Ω的匹配电阻(该电阻是与测试设备40 内阻对应的匹配电阻)7一端分别与两个测试接口5的内部导电端51(如果测试接口5的内 部导电端51过长可以锯掉一截)相连，另一端直接连接在黄铜材料壳体2的内表面上；而两 个隔离电阻8的一端分别接在两个测试接口5的内部导电端51上，另一端接在测量夹头6的 一端；
S14)选取一根由非导电材料制成的板材，在板材沿厚度方向开设测量夹头6的安装孔二 41，以制成盖板4；安装测量夹头6，将测量夹头6的一端穿过盖板4连接至两个隔离电阻8 的中间连接部位，测量夹头6的另一端在测试时连接被测搭接系统50；在胶木材料的盖板4 上打出M5的螺纹孔(即安装孔二41)，测量夹头(采用一根M5的螺柱)6上设置有与该螺纹 孔相配合的外螺纹，螺纹孔的位置在阻抗测量装置10高度方向的1/3(或2/3)处，测量夹 头6就安装在这个螺纹孔中，其一端穿过盖板4连接至两个隔离电阻8的中间部位(测量夹 头6不与金属壳体2接触)，另一端在测试时连接被搭接系统50；
S15)将壳体2、盖板4与顶板1、底板3组装成具有内腔的阻抗测量装置10，匹配电阻7和隔离电阻8容置于内腔中。在阻抗测量装置10的顶端和底端分别安装有由黄铜板制成的顶板1和底板3，其中底板3延伸出来的部分上开有连接孔14，用于与被搭接物体相连(一 般为参考地平面)构成完整回路，并且底板3与顶板1可以互换，从而可以获得测量夹头6 两种不同的高度。
实施例4
对基于T形分流插入损耗原理的阻抗测量装置10，需要对其空载性能进行测试。利用矢 量网络分析仪Agilent E5061B对所制作的1800Ω(该阻值为隔离电阻8的电阻值，通过调 整该电阻值可以调整阻抗测量装置10的测量精度和范围)系统的阻抗测量装置10在5Hz～ 1GHz内进行空载性能测试，并与现有1800Ω系统的测量装置的空载性能曲线，以及所制作 的1800Ω系统的(射频搭接)阻抗测量装置10在未安装测量夹头6情况下的空载特性曲线 进行对比，如附图7所示。另外，附图中还给出了两种插入损耗法测量装置的短路特性曲线。 如附图7中A所示为本发明阻抗测量装置10未安装测量夹头6时的空载特性曲线，B所示为 1800Ω系统的理论空载特性曲线，C所示为本发明阻抗测量装置10安装测量夹头6时的空载 特性曲线，D所示为现有装置的空载特性曲线，E所示为现有装置的短路特性曲线，F所示为 本发明阻抗测量装置10的短路特性曲线。
从附图7中可以明显看出，本发明阻抗测量装置10在不安装测量夹头6时，其空载特性 曲线与理论曲线最接近，在600MHz以后空载插入损耗呈现上升趋势，这是由所采用的1800Ω 隔离电阻8在600MHz以上阻抗值逐渐减小所致。而本发明阻抗测量装置10在安装测量夹头 6后，其空载插入损耗呈现下降趋势，这是由测量夹头6的天线效应以及安装测量夹头6后 增加了两个测量端之间的电容所致，其中测量夹头6的天线效应对空载插入损耗的影响尤为 重要。在实际测试中，当测量夹头6连接至被测搭接系统50上之后，测量夹头6的天线效应 将被破坏，从而使得测量结果不再受此因素的影响，这时测量结果只受测量夹头6的电感、 测量夹头6与测量装置壳体2之间的电容、测量装置壳体2与被测搭接系统50之间电容的影 响，实际被测搭接阻抗的等效电路如附图8所示。在附图8中，Lm为测量夹头6的电感，Rs1、 Ls、Cs分别表示搭接条12交流电阻的有效值、搭接条12的电感、搭接条12与安装周围环 境的杂散电容，而LC表示被搭接物体(比如设备的机柜9或机架)的固有电感，Cc表示被搭 接物体之间的电容(比如参考地13与机柜9之间)。当测量夹头6非常短时，Lm可以忽略。在大多数情况下，Ls＞＞Lc，Cc＞＞Cs，而Rs1在频率高于100kHz后一般可以忽略不计。考虑到所用电阻的高频特性，本发明测量装置的测量频率最高可以达到600MHz。
一种基于实施例1所述射频搭接阻抗测量装置测量方法的具体实施例，包括以下步骤：
S21)接通测试设备40的电源，选择测量插入损耗参数S21，设置测试频率范围；
S22)将两根电缆连接至测试设备40的测试端口，校准测试设备40的插入损耗参数S21；
S23)校准完毕后，将两根电缆的另一端分别连接于阻抗测量装置10的两个测试接口5；
S24)测试设备40的屏幕上显示所测得的插入损耗曲线，如附图9所示，并保存所测得 的插入损耗数据；
S25)将所测得的插入损耗数据带入公式进行处理，得 到被测搭接系统50的射频搭接阻抗曲线，如附图10所示；
其中，Rs为隔离电阻8的阻值，|Zt|为被测搭接系统50射频搭接阻抗 的有效值，S21为测试设备40的插入损耗参数，V2为测试接口5连接至测试设备40其中一个 端口的电压值，V1为测试接口5连接至测试设备40另一个端口的电压值。需要注意的是，数 据存储的数据单位为dB，处理数据时需要将单位化为线性。
在实际测试中，需要阻抗测量装置10具有易操作性、易接近性和可靠性，所以测量夹头 6如何方便可靠地与被测搭接系统连接是十分重要的。对于本发明具体实施例描述的阻抗测 量装置10，延长测量夹头6只会增加Lm，而不会影响搭接系统(射频搭接阻抗测量系统)并 联谐振频率点的大小，因此在一般情况下只需要得到搭接系统的并联谐振频率点即可判断被 测搭接系统搭接在所考虑的频率范围内是否有效。
通过实施本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置及其制作和测量方法的技术方 案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置结构组成简单、成本低廉、制作方 法简单，能够实现射频搭接阻抗的扫频测量，特别适合于测量实际系统中的搭接射频阻抗， 同时对测量仪器的要求不高；
(2)本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置壳体呈长条形，在测量时与搭接条、 被搭接物体(如机柜和地平面)的正对面积较小，并且装置壳体侧面的盖板采用胶木制成， 从而降低了测量装置与其周围的分布电容，减小了测量装置本身对测量结果的影响，提高了 测量精度；
(3)本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置壳体采用锥形安装孔与阶梯型凹槽 结构设计，保证了测量装置结构的紧凑性，实现了两个测量接头之间良好的射频隔离，提升 了测量精度，扩展了可测量的频率范围；
(4)本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置测量夹头可以采用引线延长，能够 适应两个被测点位相距较远的情况，由于引线并不影响被测阻抗的并联谐振频率，所以可以 定性地判断射频搭接的失效频率；
(5)本发明具体实施例描述的射频搭接阻抗测量装置具有阻抗测量范围广并且可调、可 测频率范围宽、与被测点位连接方便、测量精度较高和制作成本低等特点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例 的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本 发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在 不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱 离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (15)
1.一种射频搭接阻抗测量装置，其特征在于，包括：
筒体(20)、位于所述筒体(20)上部的顶板(1)，以及位于所述筒体(20)下部的底板(3)，所述筒体(20)、顶板(1)和底板(3)之间形成内腔；所述筒体(20)进一步包括采用导电材料的壳体(2)，及采用非导电材料并与所述壳体(2)相配合的盖板(4)；
一端位于所述内腔中，另一端经所述壳体(2)穿出后与外部的测试设备(40)相连，并对称布置于所述壳体(2)相对侧部的两个测试接口(5)；
一端位于所述内腔中，另一端经所述盖板(4)穿出后与外部的被测搭接系统(50)相连的测量夹头(6)；
容置于所述内腔中的测量电路(30)，所述测量电路(30)进一步包括匹配电阻(7)和隔离电阻(8)；两个匹配电阻(7)的一端连接至所述壳体(2)，另一端分别与对称布置的两个测试接口(5)的内部导电端(51)相连；两个隔离电阻(8)的一端分别与对称布置的两个测试接口(5)的内部导电端(51)相连，另一端连接至所述测量夹头(6)的一端。
2.根据权利要求1所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述壳体(2)采用一侧开口的方框形结构，所述盖板(4)设置于所述壳体(2)的开口一侧；正对所述开口的壳体(2)内侧采用阶梯型凹槽结构，所述盖板(4)与所述阶梯型凹槽间形成内腔，所述测试接口(5)设置于另外两个相对的侧部；所述阶梯型凹槽结构包括沿所述壳体(2)高度方向开设的通槽一(21)，及形成于所述通槽一(21)的底部，并沿所述壳体(2)的高度方向开设，槽宽相对于所述通槽一(21)较小的通槽二(22)。
3.根据权利要求1或2所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述测试接口(5)采用N型接头。
4.根据权利要求3所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述测量夹头(6)采用螺杆结构。
5.根据权利要求1、2或4任一项所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：通过调节所述隔离电阻(8)的阻值调节所述阻抗测量装置(10)的阻抗测量范围。
6.根据权利要求5所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述隔离电阻(8)的阻值为1800Ω。
7.根据权利要求5所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述匹配电阻(7)的阻值与所述测试设备(40)的内阻相对应。
8.根据权利要求7所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述匹配电阻(7)的阻值为50Ω。
9.根据权利要求1、2、4、6、7或8任一项所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述壳体(2)采用黄铜材料，所述盖板(4)采用胶木材料。
10.根据权利要求9所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述底板(3)上开设有连接孔(14)，通过螺栓穿过所述连接孔(14)将所述底板(3)固定于参考地(13)。
11.根据权利要求1、2、4、6、7、8或10任一项所述的射频搭接阻抗测量装置，其特征在于：所述安装孔一(23)位于所述壳体(2)内部的一侧采用锥形孔(24)结构，所述安装孔一(23)与所述通槽一(21)连通。
12.一种如权利要求1至11任一项所述的射频搭接阻抗测量装置制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11)选取一根由导电材料制成的方料，在所述方料的两个相对侧面开设测试接口(5)的安装孔一(23)；
S12)在所述方料另外两个相对侧面的其中一个侧面中部沿高度方向开设通槽一(21)，并在所述通槽一(21)的中部沿高度方向开设槽宽相对于所述通槽一(21)较小的通槽二(22)，以制成壳体(2)；或先开设所述通槽二(22)，再开设所述通槽一(21)，以制成内部具有阶梯型凹槽结构的壳体(2)；
S13)安装所述测试接口(5)，将两个匹配电阻(7)的一端连接至所述壳体(2)，再将所述匹配电阻(7)的另一端分别与对称布置的两个测试接口(5)的内部导电端(51)相连；将两个隔离电阻(8)的一端分别与对称布置的两个测试接口(5)的内部导电端(51)相连；
S14)选取一根由非导电材料制成的板材，在所述板材沿厚度方向开设测量夹头(6)的安装孔二(41)，以制成盖板(4)；安装所述测量夹头(6)，将所述测量夹头(6)的一端穿过所述盖板(4)连接至两个隔离电阻(8)的中间连接部位，所述测量夹头(6)的另一端在测试时连接被测搭接系统(50)；
S15)将所述壳体(2)、盖板(4)与顶板(1)、底板(3)组装成具有内腔的阻抗测量装置(10)，所述匹配电阻(7)和隔离电阻(8)容置于所述内腔中。
13.根据权利要求12所述的射频搭接阻抗测量装置制作方法，其特征在于：所述安装孔一(23)位于所述壳体(2)内部的一侧采用锥形孔(24)结构。
14.根据权利要求13所述的射频搭接阻抗测量装置制作方法，其特征在于：在开设所述通槽一(21)时，使所述安装孔一(23)与所述通槽一(21)连通；在开设所述通槽二(22)时，确保所述锥形孔(24)的尖部不被铣穿。
15.一种基于权利要求1至11任一项所述射频搭接阻抗测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S21)接通测试设备(40)的电源，选择测量插入损耗参数S21，设置测试频率范围；
S22)将两根电缆连接至所述测试设备(40)的测试端口，校准所述测试设备(40)的插入损耗参数S21；
S23)校准完毕后，将两根电缆的另一端分别连接于阻抗测量装置(10)的两个测试接口(5)；
S24)所述测试设备(40)的屏幕上显示所测得的插入损耗曲线，并保存所测得的插入损耗数据；
S25)将所测得的插入损耗数据带入公式进行处理，得到被测搭接系统(50)的射频搭接阻抗曲线；
其中，Rs为隔离电阻(8)的阻值，|Zt|为被测搭接系统(50)射频搭接阻抗的有效值，S21为测试设备(40)的插入损耗参数，V2为所述测试接口(5)连接至所述测试设备(40)其中一个端口的电压值，V1为所述测试接口(5)连接至所述测试设备(40)另一个端口的电压值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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