CN113311238B - 一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法 - Google Patents

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

Abstract

本发明涉及一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法。该方法在测量二端口S参数后，将线缆间的测试系统转换成π模型等效电路的方法来表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。本发明不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗，从而直观的评估辐射EMI特性。

Description

一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法
技术领域
本发明涉及一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法。
背景技术
随着功率变换器的高功率密度和高频化的发展，以及宽禁带半导体器件在功率变换器中的应用，电磁干扰正成为一个日益严重的问题。电源适配器在获准进入市场销售之前，必须符合国际EN55022和CISPR22等电磁干扰法规标准。
对于辐射电磁干扰的分析，辐射模型的准确测量是评估辐射EMI很重要的一部分，而市面上的PD电源适配器，有较长的输入输出引线，输入输出线缆在高频下会产生辐射，形成线缆间阻抗，与线路的阻抗测量不同，线缆间阻抗的准确提取，是比较困难的，但线缆间阻抗又是影响辐射噪声的重要部分，故有必要得出一种准确提取线缆间阻抗的方法，从而直观的评估辐射EMI特性。
双端口评估线缆间阻抗的相关资料中，目前线缆间阻抗获取方法是通过加镍锌铁氧体假设无误差的共模电流时，获得的线缆间阻抗计算公式，图1为二端口线缆间阻抗测试的等效电路图。
线缆间阻抗计算推倒过程如下：
Figure BDA0003156165830000011
根据S参数的定义：
Figure BDA0003156165830000012
Figure BDA0003156165830000013
由以上公式可得线缆间阻抗为：
Figure BDA0003156165830000014
上述方法通过在同轴电缆上套上一串铁氧体来消除CM电流，认为测量时产生的共模电流为0，从而计算二端口测量时的线缆间阻抗，事实上，通过加铁氧体磁环无法完全消除共模电流，在高频下误差变大，无法衡量真正的线缆间阻抗。
发明内容
本发明的目的在于针对二端口测试时，能更好的评估线缆间阻抗，从而更准确的分析其对辐射噪声的影响，提供一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法，提出通过测量二端口S参数后，转换成等效π模型电路的方法表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法，在测量二端口S参数后，将线缆间的测试系统转换成π模型等效电路的方法来表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。
在本发明一实施例中，该方法具体实现如下：
S1、基于线缆间的测试系统，通过二端口测量获取S参数；
S2、根据测得的S参数将线缆间的测试系统通过公式转化为π模型等效电路，即通过计算转化得到Zy1、Zy2、Zy3，其中Zy2表征输入引线的对地阻抗，Zy3表征输出引线的对地阻抗，Zy1表征线缆间阻抗，公式如下：
Figure BDA0003156165830000021
其中，S11为输入反射系数，S12为反向传输系数，S21为正向传输系数，S22为输出反射系数，Zo为网络分析仪内阻抗。
在本发明一实施例中，步骤S1实现方式为：
使用校准件对网络分析仪进行校准，设置频段为30M-1G；
将线缆1接同轴线缆1内导体，线缆2接同轴线缆2内导体，并且同轴线缆1外导体与同轴线缆2外导体在端口进行短接；
通过网络分析仪测量获得S参数。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出通过测量二端口S参数后，转换成等效π模型电路的方法表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。
附图说明
图1为双端口线缆间阻抗测试原理图。
图2为目前市场的电源适配器连接原理图。
图3为本发明测试连接图。
图4为本发明等效π模型。
图5为本发明对称结构天线测量中，potr2有负载和空载两种情况的Zy2幅值与相位曲线示意图。
图6为本发明对称结构天线仿真与实测两者情况的Zy1幅值与相位曲线示意图。
图7为本发明不对称结构天线测量中，potr1有负载和空载两种情况的Zy2幅值与相位曲线示意图。
图8为本发明不对称结构天线测量中，potr2有负载和空载两种情况的Zy3幅值与相位曲线示意图。
图9为本发明不对称结构天线仿真与实测两者情况的Zy1幅值与相位曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法，在测量二端口S参数后，将线缆间的测试系统转换成π模型等效电路的方法来表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。
以下为本发明的具体实现过程。
为了在二端口测试时，能更好的评估线缆间阻抗，从而更准确的分析其对辐射噪声的影响，提出通过测量二端口S参数后，转换成等效π模型电路的方法表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗。
如图2所示，对于目前市场的电源适配器，需要有较长的输入输出引线，随着开关器件频率的提高，在辐射频段(30M-1G)，输入输出引线产生天线效应，共模噪声电流通过辐射流经输入输出线缆形成回路，线缆间阻抗为路径的一部分，对其进行准确的测量评估，是对辐射EMI分析的重要环节。
如图3所示，线缆间的测试系统本质是一个三导体系统，包括：输入引线、输出引线、大地，因此可用π模型表征，如图4所示，于是可以通过二端口测量获取S参数后，通过计算转化得到Zy1、Zy2、Zy3，其中Zy2表征输入引线的对地阻抗，Zy3表征输出引线的对地阻抗，Zy1表征线缆间阻抗。
具体的测量的步骤为：
1、使用校准件对网络分析仪进行校准，设置频段为30M-1G；
2、接入天线，接线方式如图3所示，线缆1接同轴电缆1内导体,线缆2接同轴电缆2内导体，并且同轴电缆1外导体与同轴电缆2外导体在端口进行短接，通过网络分析仪测量获得S参数。
3、将测得的S参数，通过公式转化为π模型等效电路，所得的Zy1即为线缆间阻抗，公式如下：
Figure BDA0003156165830000041
其中，S11为输入反射系数，S12为反向传输系数，S21为正向传输系数，S22为输出反射系数，Zo为网络分析仪内阻抗。
本发明方法提取线缆间阻抗时，通过等效π模型中的Zy1表征线缆间阻抗，考虑了测量时共模电流的影响，并使用Zy2、Zy3来表征，从而提高了测量的准确度。
具体的测试验证的步骤为：
1、双端口测量S参数，转化得到Zy1，Zy2，Zy3；
2、PORT1接输入引线，PORT2空载测量Zy2；
3、PORT2接输出引线，PORT1空载测量Zy3；
4、对比双端口测量的Zy2、Zy3与2、3步骤测得的Zy2，Zy3是否一致。
基于简单线缆结构的实验验证正确性。
为了验证利用双端口S参数提取线缆间阻抗的方法，首先研究了两种由线缆组成的简单线缆结构。
在第一次实验中，两根线缆的长度是相同的对称结构(两导线线长40cm，线距5cm)，比较potr2有负载和空载两种情况的Zy2，如图5所示，数据表明两种情况Zy2基本一致。这说明，Zy1可表征线缆间阻抗。
如图6所示，仿真与实测Zy1基本一致，验证仿真与实测的正确性。
在第二次实验中，两根电缆的长度是不相同的结构(两导线线长分别为40cm和20.8cm，线距5cm)，先比较potr1有负载和空载两种情况的Zy2，如图7所示，数据表明除去240M左右，其他频段Zy2差异不大。
再比较potr2有负载和空载两种情况的Zy3，如图8所示，数据表明Zy3差异不大，Zy1可以表征线缆间阻抗。
如图9所示，仿真与实测Zy1基本一致，验证仿真与实测的正确性。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种使用二端口测量线缆间阻抗的方法，其特征在于，在测量二端口S参数后，将线缆间的测试系统转换成π模型等效电路的方法来表征线缆间阻抗，此时不需要考虑共模电流的误差影响，可得到更准确的线缆间阻抗；该方法具体实现如下：
S1、基于线缆间的测试系统，通过二端口测量获取S参数；
S2、根据测得的S参数将线缆间的测试系统通过公式转化为π模型等效电路，即通过计算转化得到Zy1、Zy2、Zy3，其中Zy2表征输入引线的对地阻抗，Zy3表征输出引线的对地阻抗，Zy1表征线缆间阻抗，公式如下：
Figure FDA0003585172120000011
其中，S11为输入反射系数，S12为反向传输系数，S21为正向传输系数，S22为输出反射系数，Zo为网络分析仪内阻抗；
步骤S1实现方式为：
使用校准件对网络分析仪进行校准，设置频段为30M-1G；
将线缆1接同轴线缆1内导体，线缆2接同轴线缆2内导体，并且同轴线缆1外导体与同轴线缆2外导体在端口进行短接；
通过网络分析仪测量获得S参数。
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