CN111983539A - 在片s参数测量系统校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在片S参数测量系统校准方法,该方法包括:采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准、匹配负载、两个反射标准,得到直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值;根据直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系;基于比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到修正后的转移参数矩阵,并根据开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。本发明提供的在片S参数测量系统校准方法能够实现在片S参数的准确测量。
Description
技术领域
本发明属于在片S参数校准技术领域,更具体地说,是涉及一种在片S参数测量系统校准方法。
背景技术
在片S参数测量系统在使用前,需要使用在片校准件进行矢量校准。
目前商用在片校准标准主要包括SOLT(Short-Open-Load-Thru)、LRM(Line-Reflect-Match)、LRRM(Line-Reflect-Reflect-Match),每种校准标准都对应相应的校准方法。因此,影响在片S参数测量系统校准准确度的因素主要有校准方法和校准标准。现有技术中,相比于SOLT校准方法需要事先准确已知所有校准标准的定义,LRRM校准方法对校准标准的定义要求更少,对于两个反射标准无需知道其电感电容,只需计算其理论延迟即可实现在片S参数测量系统的校准。因此,如何提高LRRM校准方法的校准准确性成为了本领域人员的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在片S参数测量系统校准方法,该校准方法能够实现在片S参数的准确测量。
鉴于此,本发明实施例提供了一种在片S参数测量系统校准方法,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通原始转移参数矩阵;采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值;采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的两个反射标准,得到两个反射标准的阻抗测量值;
根据所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系;基于所述比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到修正后的转移参数矩阵,并根据开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。
可选地,所述采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通原始转移参数矩阵,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到所述直通标准对应的S参数;
根据所述直通标准对应的S参数确定直通原始转移参数矩阵。
可选地,所述根据所述直通标准对应的S参数确定直通原始转移参数矩阵的方法为:
其中,ET为直通原始转移参数矩阵,S11、S12、S21、S22为直通标准对应的S参数,Z0为特征阻抗。
可选地,在确定八项误差模型和误差网络的比例关系之前,还包括提取匹配负载的电感值和电容值的步骤;
所述根据所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系,包括:
将所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值以及所述匹配负载的电感值和电容值输入至预设的参量转换关系式,得到八项误差模型和误差网络的比例关系。
可选地,提取匹配负载的电感值和电容值的方法为:
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的开路标准,得到开路标准对应的S参数,基于开路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第一电感值和第一电容值;
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的短路标准,得到短路标准对应的S参数,基于短路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第二电感值和第二电容值;
基于所述第一电感值和所述第二电感值确定匹配负载的电感值,基于所述第一电容值和所述第二电容值确定匹配负载的电容值。
可选地,所述预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系为:
其中,反射标准的阻抗测量值Zm、反射标准对应的S参数S11、反射标准对应计算得到的电感值L、反射标准对应计算得到的电容值C满足:
其中,Z0为特征阻抗,ω为角频率,R为采用四线法测量得到的匹配负载的直流电阻。
可选地,所述基于所述第一电感值和所述第二电感值确定匹配负载的电感值,基于所述第一电容值和所述第二电容值确定匹配负载的电容值,包括:
其中,Lo为第一电感值,Ls为第二电感值,L1为匹配负载的电感值,Co为第一电容值,Cs为第二电容值,C1为匹配负载的电容值。
可选地,所述预设的参量转换关系式包括:
级联关系式:
ET=E1E2
第一关系式:
其中,Y1,A为1端口匹配负载的实际导纳值,Z1,M'为1端口匹配负载的测量阻抗值;
第二关系式:
其中,Y2,A为2端口匹配负载的实际导纳值,Z2,M'为2端口匹配负载的测量阻抗值;
第三关系式:
其中,ω为角频率,L1为匹配负载的电感值,C1为匹配负载的电容值;
第四关系式组:
其中,w1、w2满足:
其中,x1、y1、v1满足:
x1=ATZ2,M(1)+BT-CTZ1,M(1)Z2,M(1)-DTZ1,M(1)
y1=2DTZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ2,M(1)
v1=2AT-2CTZ1,M(1)
其中,Z1,M(1)为测量第一个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(1)为测量第一个反射标准得到的2端口阻抗测量值;
其中,x2、y2、v2满足:
x2=ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2=2DT-2CTZ2,M(2)
v2=2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
其中,Z1,M(2)为测量第二个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(2)为测量第二个反射标准得到的2端口阻抗测量值。
可选地,确定八项误差模型和误差网络的比例关系的方法为:
可选地,所述采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到所述匹配负载对应的S参数;
根据所述匹配负载对应的S参数确定匹配负载的阻抗测量值。
本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的有益效果在于:本发明实施例采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准、匹配负载、两个反射标准得到了原始数据,在原始数据的基础上通过预设的参量转换关系式确定了八项误差模型和误差网络的比例关系,从而基于比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到了修正后的转移参数矩阵,最后结合开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。相对于现有技术,本发明实施例通过比例关系对转移参数进行了修正,完善了LRRM校准方法,能够实现在片S参数的准确测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,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为本发明一实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的流程示意图;
图2为本发明一实施例提供的匹配负载的等效电路图;
图3为本发明一实施例提供的8项误差模型的级联网络示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参考图1,图1为本发明一实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的流程示意图,本发明实施例提供了一种在片S参数测量系统校准方法,包括:
S101:采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通原始转移参数矩阵。采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值。采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的两个反射标准,得到两个反射标准的阻抗测量值。
S102:根据直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系。基于比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到修正后的转移参数矩阵,并根据开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。
在本实施例中,采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通标准对应的S参数,再根据直通标准对应的S参数、以及S参数与转移矩阵的转换关系,确定直通原始转移参数矩阵。
在本实施例中,可采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载对应的S参数,再根据匹配负载对应的S参数、以及S参数与阻抗的转换关系,确定匹配负载的阻抗测量值。
在本实施例中,可采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的两个反射标准,得到两个反射标准的S参数,再根据两个反射标准的S参数、以及S参数与阻抗的转换关系,确定两个反射标准对应的阻抗测量值。
在确定直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值后,可结合预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系,基于比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到修正后的转移参数矩阵,并根据开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。其中,预设的参量转换关系式可在转移参数矩阵级联的基础上推导得到。
由上可以看出,本发明实施例采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准、匹配负载、两个反射标准得到了原始数据,在原始数据的基础上通过预设的参量转换关系式确定了八项误差模型和误差网络的比例关系,从而基于比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到了修正后的转移参数矩阵,最后结合开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。相对于现有技术,本发明实施例通过比例关系对转移参数进行了修正,完善了LRRM校准方法,能够实现在片S参数的准确测量。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,根据直通标准对应的S参数确定直通原始转移参数矩阵的方法为:
其中,ET为直通原始转移参数矩阵,S11、S12、S21、S22为直通标准对应的S参数,Z0为特征阻抗。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,在确定八项误差模型和误差网络的比例关系之前,还包括提取匹配负载的电感值和电容值的步骤。
根据直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系,可以详述为:
将直通原始转移参数矩阵、匹配负载的阻抗测量值、两个反射标准的阻抗测量值以及匹配负载的电感值和电容值输入至预设的参量转换关系式,得到八项误差模型和误差网络的比例关系。
已知,在LRRM校准时,需输入匹配负载的电感初始值L,初始值L可以通过用校准准确度高的多线TRL校准后测得的负载S参数计算得到。但LRRM实际校准过程中,负载标准实际电感值不同于初始值,且负载标准还存在电容。在本实施例中,为了进一步提高校准准确性,可对匹配负载的实际电感值和电容值进行提取,将提取后的电感值和电容值应用于上述实施例的校准方法中以提高校准准确性。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,提取匹配负载的电感值和电容值的方法为:
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的开路标准,得到开路标准对应的S参数,基于开路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第一电感值和第一电容值。
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的短路标准,得到短路标准对应的S参数,基于短路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第二电感值和第二电容值。
基于第一电感值和第二电感值确定匹配负载的电感值,基于第一电容值和第二电容值确定匹配负载的电容值。
在本实施例中,匹配负载的等效电路如图2所示,在进行匹配负载的电感值和电容值的提取时,可分别测量开路标准和短路标准,得到两组电感值和电容值,最后综合两组电感值和电容值来确定匹配负载的电感值和电容值。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系为:
其中,反射标准的阻抗测量值Zm、反射标准对应的S参数S11、反射标准对应计算得到的电感值L、反射标准对应计算得到的电容值C满足:
其中,Z0为特征阻抗,ω为角频率,用数字多用表R为采用四线法测量得到的匹配负载的直流电阻。
在本实施例中,若反射标准为开路标准,则根据本实施例提供的阻抗理想值与测量值之间的对应关系,可以得到:
在本实施例中,若反射标准为短路标准,则根据本实施例提供的阻抗理想值与测量值之间的对应关系,可以得到:
综合上述公式即可对第一电容值、第二电容值、第一电感值、第二电感值进行求解。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,基于第一电感值和第二电感值确定匹配负载的电感值,基于第一电容值和第二电容值确定匹配负载的电容值,可以详述为:
其中,Lo为第一电感值,Ls为第二电感值,L1为匹配负载的电感值,Co为第一电容值,Cs为第二电容值,C1为匹配负载的电容值。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,预设的参量转换关系式包括:
级联关系式:
ET=E1E2
在本实施例中,级联关系式可根据级联误差网络得到,其中,8项误差模型的误差网络可参考图3。
第一关系式:
其中,Y1,A为1端口匹配负载的实际导纳值,Z1,M'为1端口匹配负载的测量阻抗值。
第二关系式:
其中,Y2,A为2端口匹配负载的实际导纳值,Z2,M'为2端口匹配负载的测量阻抗值。
第三关系式:
其中,ω为角频率,L1为匹配负载的电感值,C1为匹配负载的电容值。
第四关系式组:
其中,w1、w2满足:
其中,x1、y1、v1满足:
x1=ATZ2,M(1)+BT-CTZ1,M(1)Z2,M(1)-DTZ1,M(1)
y1=2DTZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ2,M(1)
v1=2AT-2CTZ1,M(1)
其中,Z1,M(1)为测量第一个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(1)为测量第一个反射标准得到的2端口阻抗测量值。
其中,x2、y2、v2满足:
x2=ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2=2DT-2CTZ2,M(2)
v2=2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
其中,Z1,M(2)为测量第二个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(2)为测量第二个反射标准得到的2端口阻抗测量值。
在本实施例中,第一个反射标准为开路标准,第二个反射标准为短路标准。对于第四关系式组,当Z2,M(2)相位在-90°~90°范围时,式(1)、式(2)取正号,式(3)取负号,否则式(1)、式(2)取负号,式(3)取正号。当Z1,M(1)相位在-90°~90°范围时,式(4)、式(6)取正号,式(5)取负号,否则式(4)、式(6)取负号,式(5)取正号。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,确定八项误差模型和误差网络的比例关系的方法为:
在上述实施例的基础上,可将式(1)、式(2)、式(3)代入到第二关系式中,可以得到:
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载对应的S参数。
根据匹配负载对应的S参数确定匹配负载的阻抗测量值。
在本实施例中,S参数与阻抗的转换关系为(以一端口阻抗为例):
其中,Z1,M'为匹配负载的一端口阻抗测量值,S11为匹配负载对应的S参数,Z0为特征阻抗,通常为50Ω。
可选地,作为本发明实施例提供的在片S参数测量系统校准方法的一种具体实施方式,可对上述方法进行验证,选择商用校准标准104-783A的开路、短路、和直通作为被测件,分别用本发明方法和商用WINCAL软件中得LRRM校准方法在100MHz~110GHz频段对同一在片S参数测量系统进行校准,校准完后测量相同的被测件,得到参考面在探针端的S参数,将测量结果进行比较。
比较结果显示,本发明与商用WINCAL软件测量相同开路标准的反射系数幅值最大偏差0.02,反射系数相位最大偏差0.29°;测量相同短路标准的反射系数幅值最大偏差0.01,反射系数相位最大偏差0.26°;测量相同直通标准的传输幅度最大偏差0.01dB,传输相位最大偏差0.23°。从测量开路和短路结果看,本发明测得的反射系数幅值更符合物理本质(反射系数幅值更接近于1),测得的直通曲线更加平滑。也就是说,本发明的校准方法是合理的,满足在片S参数校准和测试需求。
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通原始转移参数矩阵;采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值;采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的两个反射标准,得到两个反射标准的阻抗测量值;
根据所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系;基于所述比例关系对直通原始转移参数矩阵进行修正,得到修正后的转移参数矩阵,并根据开关项修正方法以及修正后的转移参数矩阵对在片S参数测量系统进行校准。
2.如权利要求1所述的在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,所述采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到直通原始转移参数矩阵,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的直通标准,得到所述直通标准对应的S参数;
根据所述直通标准对应的S参数确定直通原始转移参数矩阵。
4.如权利要求1所述的在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,在确定八项误差模型和误差网络的比例关系之前,还包括提取匹配负载的电感值和电容值的步骤;
所述根据所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值、以及预设的参量转换关系式确定八项误差模型和误差网络的比例关系,包括:
将所述直通原始转移参数矩阵、所述匹配负载的阻抗测量值、所述两个反射标准的阻抗测量值以及所述匹配负载的电感值和电容值输入至预设的参量转换关系式,得到八项误差模型和误差网络的比例关系。
5.如权利要求4所述的在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,提取匹配负载的电感值和电容值的方法为:
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的开路标准,得到开路标准对应的S参数,基于开路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第一电感值和第一电容值;
采用经过校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的短路标准,得到短路标准对应的S参数,基于短路标准对应的S参数、预设的阻抗理想值与测量值之间的对应关系确定第二电感值和第二电容值;
基于所述第一电感值和所述第二电感值确定匹配负载的电感值,基于所述第一电容值和所述第二电容值确定匹配负载的电容值。
8.如权利要求1所述的在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,所述预设的参量转换关系式包括:
级联关系式:
ET=E1E2
第一关系式:
其中,Y1,A为1端口匹配负载的实际导纳值,Z1,M'为1端口匹配负载的测量阻抗值;
第二关系式:
其中,Y2,A为2端口匹配负载的实际导纳值,Z2,M'为2端口匹配负载的测量阻抗值;
第三关系式:
其中,ω为角频率,L1为匹配负载的电感值,C1为匹配负载的电容值;
第四关系式组:
其中,w1、w2满足:
其中,x1、y1、v1满足:
x1=ATZ2,M(1)+BT-CTZ1,M(1)Z2,M(1)-DTZ1,M(1)
y1=2DTZ1,M(1)Z2,M(1)-2BTZ2,M(1)
v1=2AT-2CTZ1,M(1)
其中,Z1,M(1)为测量第一个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(1)为测量第一个反射标准得到的2端口阻抗测量值;
其中,x2、y2、v2满足:
x2=ATZ2,M(2)-BT+CTZ1,M(2)Z2,M(2)-DTZ1,M(2)
y2=2DT-2CTZ2,M(2)
v2=2ATZ1,M(2)Z2,M(2)-2BTZ1,M(2)
其中,Z1,M(2)为测量第二个反射标准得到的1端口阻抗测量值,Z2,M(2)为测量第二个反射标准得到的2端口阻抗测量值。
10.如权利要求1所述的在片S参数测量系统校准方法,其特征在于,所述采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到匹配负载的阻抗测量值,包括:
采用未校准的在片S参数测量系统测量LRRM校准标准的匹配负载,得到所述匹配负载对应的S参数;
根据所述匹配负载对应的S参数确定匹配负载的阻抗测量值。
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