CN117554708A - 抑制纹波的s参数测试方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制纹波的S参数测试方法、电子设备及存储介质，包括：基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数；在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围；将缩小后的测试频率范围作为新的被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。本发明通过调整测试频率范围的方式抑制S参数因受限于测试频率范围而导致出现的纹波，整个校准测试过程中，无需改变被测件的长度，从而，在不增大测量成本和测试复杂度的前提下，有效提高了电磁测量领域中S参数的参数曲线测量的准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电磁测量技术领域，尤其涉及一种抑制纹波的S参数测试方法、电子设备及存储介质。
背景技术
电磁测量是确定材料电磁性能的重要手段，并且随着科学技术的发展，雷达导航、航空航天、导弹制导、电子技术和新型材料等不同领域对于材料电磁测量的准确性和稳定性的要求也更高。由于电磁测量过程中，S参数作为电磁测量的重要参数，经常会出现纹波现象，也即S参数的曲线出现谐振、波动和突变等情况，降低了测量结果的准确性和稳定性。因此，如何对电磁测量过程中出现的S参数纹波进行抑制，保证测量结果的准确性和稳定性就显得尤为重要。
发明内容
本发明提供一种抑制纹波的S参数测试方法、电子设备及存储介质，用以解决现有电磁测量过程中出现S参数纹波的缺陷，通过调整测试频率范围的方式抑制S参数因受限于测试频率范围而导致出现的纹波，整个校准测试过程中，无需改变被测件的长度，从而，在不增大测量成本和测试复杂度的前提下，有效提高了电磁测量领域中S参数的参数曲线测量的准确性和稳定性。
本发明提供一种抑制纹波的S参数测试方法，应用于参数测试系统，所述参数测试系统包括矢量网络分析仪、同轴线缆和被测件，所述同轴线缆的两端分别连接所述矢量网络分析仪和所述被测件；所述方法包括：
基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制所述矢量网络分析仪在所述被测件的测试频率范围内对所述被测件进行校准和扫频测试，确定所述被测件的S参数；
在所述S参数存在纹波的情况下，缩小所述测试频率范围；
将缩小后的测试频率范围作为新的所述被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为所述被测件抑制纹波后的目标S参数。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述方法还包括：
在所述被测件为首次进行S参数测试的情况下，以所述被测件的长度大于所述被测件在最高测试频率下的预设工作波长为目标，确定所述最高测试频率；
将所述矢量网络分析仪的最低扫描频率确定为最低测试频率；
基于所述最低测试频率和所述最高测试频率，确定所述被测件的测试频率范围。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述在所述S参数存在纹波的情况下，缩小所述测试频率范围，包括：
在确定所述S参数存在纹波的情况下，减小所述测试频率范围中的最高测试频率，和/或，增大所述测试频率范围中的最低测试频率；以缩小所述测试频率范围；并且，缩小后的测试频率范围属于缩小前的所述测试频率范围。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述减小所述测试频率范围中的最高测试频率，包括：
固定所述被测件的长度，减小所述测试频率范围中的最高测试频率，以使所述被测件在减小后的最高测试频率下的H倍工作波长大于所述被测件的长度；H≤0.5。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述增大所述测试频率范围中的最低测试频率，包括：
固定所述被测件的长度，增大所述测试频率范围中的最低测试频率，以使所述被测件在增大后的最低测试频率下的L倍工作波长小于所述被测件的长度；L≥0.005，H＞L。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述方法还包括：
在将所述S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线进行匹配，确定所述S参数的参数曲线与所述预设无纹波参数曲线不匹配的情况下，确定所述S参数存在纹波。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述方法还包括：
在垂直入射进所述被测件的入射波通过所述被测件进行多次反射与多次透射的情况下，确定所述被测件中所有反射波的功率与所述入射波的功率的第一比值，以及所述被测件中所有透射波的功率与所述入射波的功率的第二比值；
在所述第一比值的幅值与0之间的差值最小，和/或，所述第二比值的幅值与1之间的差值最小的情况下，确定所述S参数存在纹波。
根据本发明提供的一种抑制纹波的S参数测试方法，所述第一比值和所述第二比值的确定过程包括：
基于所述被测件的反射系数、所述被测件的长度、所述被测件的有效介电常数和所述被测件的有效磁导率，以及所述入射波在所述被测件中的传播常数，确定所述第一比值和所述第二比值；
其中，所述有效介电常数和所述有效磁导率均是与单一介质填充或者至少两种介质填充的所述被测件相同电磁性能的介质的介电常数和磁导率。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述抑制纹波的S参数测试方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述抑制纹波的S参数测试方法。
本发明提供的抑制纹波的S参数测试方法、电子设备及存储介质，其中抑制纹波的S参数测试方法，电子设备对于控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件校准和扫频测试后所得到的S参数，当确定S参数存在纹波时，通过固定被测件的长度而改变测试频率范围，基于调整后的测试频率范围重复校准和扫频测试，直至确定出被测件抑制纹波后的目标S参数。这样，可以通过调整测试频率范围的方式抑制S参数因受限于测试频率范围而导致出现的纹波，整个校准测试过程中，无需改变被测件的长度，从而，在不增大测量成本和测试复杂度的前提下，有效提高了电磁测量领域中S参数的参数曲线测量的准确性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的抑制纹波的S参数测试方法的流程示意图；
图2是本发明提供的S参数测试系统的结构示意图；
图3A是本发明提供的同轴线的截面示意图；
图3B是本发明提供的同轴线的立体示意图；
图4A是本发明提供的微带线的截面示意图；
图4B是本发明提供的微带线的立体示意图；
图5是本发明提供的被测件对于入射电磁波的传输过程示意图；
图6是本发明提供的被测件对于入射电磁波的前两次反射与透射响应示意图；
图7是本发明提供的电磁波通过三层结构媒质的传输示意图；
图8是本发明提供的同轴线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图之一；
图9是本发明提供的同轴线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图之二；
图10是本发明提供的微带线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图之一；
图11是本发明提供的微带线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图之二；
图12是本发明提供的抑制纹波的S参数测试装置的结构示意图；
图13是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1-图13描述本发明的抑制纹波的S参数测试方法、电子设备及存储介质，其中抑制纹波的S参数测试方法应用于参数测试系统，该参数测试系统包括矢量网络分析仪、同轴线缆和被测件，同轴线缆的两端分别连接矢量网络分析仪和被测件；此外，抑制纹波的S参数测试方法的执行主体为电子设备，该电子设备与该参数测试系统中的矢量网络分析仪连接，该电子设备至少具备频率范围确定功能、频率范围调整功能和校准测试控制功能；该电子设备可以为个人计算机(Personal Computer，PC)、笔记本电脑和平板电脑等其它设备；进一步的，抑制纹波的S参数测试方法还可以应用于设置在电子设备中的抑制纹波的S参数测试装置中，该抑制纹波的S参数测试装置可以通过软件、硬件或两者的结合来实现。下面以该抑制纹波的S参数测试方法的执行主体为电子设备内置的控制器为例，对该抑制纹波的S参数测试方法进行描述。
为了便于理解本发明实施例提供的抑制纹波的S参数测试方法，下面，将通过下述几个示例地实施例对本发明提供的抑制纹波的S参数测试方法进行详细地说明。可以理解的是，下面这几个示例地实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
参照图1，为本发明提供的抑制纹波的S参数测试方法的流程示意图，如图1所示，该抑制纹波的S参数测试方法包括如下步骤110～步骤130。
步骤110、基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数。
其中，被测件可以为同轴线或者微带线，并且可以将被测件等效为对称二端口网络；例如参照图2所示的参数测试系统的结构示意图，可以将矢量网络分析仪的两个不同端口与两根同轴线缆的一端连接，如图2所示，两根同轴线缆的另一端分别连接被测件的两个端口；以便于简化对于均质被测件的电磁响应的分析。本发明对于被测件的长度不作具体限定。此外，S参数(也即散射参数)可以用于评估被测器件(Device Under Test，DUT)反射信号和传输信号的性能。
具体的，在步骤110中，被测件的测试频率范围，可以为被测件的测试频率范围，也可以为被测件的非测试频率范围。
对于被测件的测试频率范围，可以从预先设置并存储的介质填充物-长度-测试频率范围之间的映射关系中，确定与当前介质填充物和当前被测件的长度均匹配的测试频率范围；此处介质填充物-长度-测试频率范围之间的映射关系中每个测试频率范围均为矢量网络分析仪首次使用即可得到含有纹波的S参数的测试频率范围。或者，也可以由用户人为确定被测件的初始测试频率后输入至电子设备中，其输入方式包括但不限定终端设备应用上输入、语音输入和拍照输入等方式；例如，可以通过用户人为在与电子设备连接的其它电子设备应用中输入被测件的测试频率范围的方式获取，也可以通过用户或其它电子设备语音输出被测件的测试频率范围的方式获取，还可以通过将拍摄的含有被测件的测试频率范围的图像上传至电子设备进行图像识别的方式获取。此处不作具体限定。
此外，对于被测件的非测试频率范围，则可以根据该非测试频率范围的前次测试频率范围确定，例如对该前次测试频率范围进行调整后所得到的测试频率范围。
基于此，电子设备在确定出被测件的测试频率范围的情况下，可以基于预先设置的扫描功率(例如1W)和预先设置的扫描点数(例如201)，控制矢量网络分析仪在该测试频率范围内对该被测件开始进行校准和扫频测试，也即可以向矢量网络分析仪下发控制指令，该控制指令用于指示矢量网络分析仪开始启动校准和扫频测试；从而得到被测件的S参数。
需要说明的是，为了方便设计被测件的特征阻抗，本发明采用有效介电常数和有效磁导率来表示被测件在测试环境中呈现出的电磁性能，将同轴线作为被测件时，由均一介质填充，其截面图如图3A所示，包括内导体301、介质层302、外导体303、屏蔽层304，此介质的介电常数和磁导率就是同轴线的有效介电常数和有效磁导率；同轴线的立体示意图如图3B所示，包括外导体、屏蔽层、内导体和介质层，如图3B所示，内外导体材料均为铜，中间介质材料为聚四氟乙烯，同轴线的有效介电常数和有效磁导率分别为2.1ε0和μ0，同轴线外径为7mm，同轴线内径为3mm，同轴线长度为15mm；其中，ε0表示真空中的介电常数，μ0表示真空中的磁导率。
将微带线作为被测件时，由两种或多种介质填充，其截面如图4A所示，包括导体带401、接地板402、介质层403；微带线的立体示意图如图4B所示，包括导体带、介质层和接地板；在图4B中，导体带和接地板的材料均为铜，介质基板的材料为Rogers5880，微带线的有效介电常数和有效磁导率分别为1.8ε0和μ0，导体带厚度为35μm，导体带的宽度为0.6mm，介质基板的厚度为0.508mm，接地板的厚度为35μm，微带线的宽度为20mm，微带线的长度为50mm；此时运用共形映射的方法可以求得微带线的有效介电常数和有效磁导率，求解过程如式(1)和(2)。
式(1)和(2)中，εeff表示有效介电常数，μeff表示有效磁导率，ε0表示真空中的介电常数，μ0表示真空中的磁导率，q0表示空气层的填充因子；qi(i＝1,2,…,n+m)表示第i层介质的填充因子，满足：εr(i)(i＝1,2,…,n+m)表示第i层介质的相对介电常数，μr(i)(i＝1,2,…,n+m)表示第i层介质的相对磁导率，n表示微带线中导体带下面的介质层数，即介质层1,2,…,n在微带线中导体带的下方，m表示微带线中导体带上面的介质层数，即n+1,n+2,…,n+m在微带线中导体带的上方。
基于此，本发明中提供的参数测试系统具体为非匹配测试系统，被测件的特征阻抗与信号源的特征阻抗不匹配，旨在增大被测件对于电磁波的反射和传输响应；并且，被测件的特征阻抗与信号源的特征阻抗不匹配相较于匹配而言，被测件对于矢量网络分析仪输出的电磁波的反射特性和传输特性均增大，测试所得的S参数的曲线幅值波动程度也随之增大；此外，被测件的特征阻抗与信号源的特征阻抗的不匹配程度由被测件两端的反射系数R决定；R＝0表示被测件的特征阻抗与信号源的特征阻抗相匹配，R的绝对值与0差别越大，表明被测件特征阻抗与信号源特征阻抗的不匹配程度越大；若R的绝对值取值过大，会导致被测件对于入射电磁波的传输特性极小，若R的绝对值取值过小，会导致被测件对于入射电磁波的反射特性极小；基于此，本发明中预先设定R值，且不宜过大和过小，一般取值范围为|R|＝0.1-0.8；信号源的特征阻抗为已知，R值和信号源的特征阻抗用于确定被测件的特征阻抗，被测件的特征阻抗可由式(3)计算得到。
式(3)中，R表示被测件两端的反射系数，ZL表示被测件的特征阻抗，ZC表示信号源的特征阻抗。
随后，根据已经求得的被测件的特征阻抗、被测件的有效介电常数和有效磁导率，以及式(4)～(7)所示被测件的特征阻抗设计公式，进一步可以求得被测件的截面尺寸，实现非匹配被测件的截面尺寸的设计。
当将同轴线作为被测件时，其截面尺寸(同轴线的内径a和外径b)可以由式(4)确定。
式(4)中，表示同轴线的特征阻抗，εeff表示同轴线的有效介电常数，μeff表示同轴线的有效磁导率，b表示同轴线的外径，a表示同轴线的内径。
当将微带线作为被测件时，其截面尺寸(介质基板厚度h和导体带的宽度w)可以由式(5)～(7)确定。
式(5)～(7)中，表示微带线的特征阻抗，εeff表示微带线的有效介电常数，μeff表示微带线的有效磁导率，h表示微带线的介质基板厚度，t'表示微带线的导体带的厚度。
步骤120、在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围。
其中，S参数存在纹波可以为S参数的参数曲线出现谐振、波动和突变等情况中的至少一种。
步骤130、将缩小后的测试频率范围作为新的测试频率范围，重复执行步骤110和步骤120；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
具体的，对于通过控制矢量网络分析仪首次确定的S参数，可以将其记为第一S参数，并确定该第一S参数一定存在纹波，当电子设备通过控制矢量网络分析仪得到被测件的第一S参数时，则可以确定其存在纹波并对首次确定的测试频率范围进行调整，也即缩小测试频率范围，并将缩小后的测试频率范围作为新的测试频率范围，返回执行步骤110和步骤120。
反之，若确定其为非首次确定的S参数，则可以将其记为第二S参数，可以进一步对该第二S参数的参数曲线进行分析，以确定该第二S参数的参数曲线是否存在谐振、波动和突变等情况中的至少一种，若确定该第二S参数的参数曲线不存在谐振、波动和突变等情况，可以确定其不存在纹波，并将不存在纹波的第二S参数确定为被测件抑制纹波后的目标S参数；反之，若确定该第二S参数的参数曲线存在谐振、波动和突变等情况中的至少一种，则可以确定该第二S参数存在纹波，并对存在纹波的第二S参数对应的测试频率范围进行调整，也即缩小测试频率范围，并将缩小后的测试频率范围作为新的测试频率范围，返回执行步骤110和步骤120；直至确定出被测件抑制纹波后的目标S参数。
需要说明的是，由于被测件的特征阻抗与信号源的特征阻抗不匹配，因此可以利用此不匹配特性，在不改变纹波存在与否的情况下放大纹波的呈现与抑制现象，并通过调整被测件的测试频率范围，可以得到抑制S参数纹波的方法，也即，在测试频率范围内保持被测件的长度与被测件的工作波长的比值介于L和H之间，L表示被测件的长度与被测件的工作波长的比值最小值，H表示被测件的长度与被测件的工作波长的比值最大值。
本发明实施例提供的抑制纹波的S参数测试方法，电子设备对于控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件校准和扫频测试后所得到的S参数，当确定S参数存在纹波时，通过固定被测件的长度而改变测试频率范围，基于调整后的测试频率范围重复校准和扫频测试，直至确定出被测件抑制纹波后的目标S参数。这样，可以通过调整测试频率范围的方式抑制S参数因受限于测试频率范围而导致出现的纹波，整个校准测试过程中，无需改变被测件的长度，从而，在不增大测量成本和测试复杂度的前提下，有效提高了电磁测量领域中S参数的参数曲线测量的准确性和稳定性。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，对于被测件的首次S参数测试，可以根据被测件在不同测试频率下的工作波长与被测件的长度之间的关系，以及矢量网络分析仪的扫描频率确定被测件的测试频率范围。基于此，本发明实施例提供的抑制纹波的S参数测试方法，还可以包括：
首先，在被测件为首次进行S参数测试的情况下，以被测件的长度大于被测件在最高测试频率下的预设工作波长为目标，确定该最高测试频率；以及将矢量网络分析仪的最低扫描频率确定为最低测试频率；然后，基于该最低测试频率和该最高测试频率，确定被测件的测试频率范围。
具体的，电子设备在确定被测件为首次进行S参数测试的情况下，可以以被测件在测试频率范围内最高测试频率下的二分之一工作波长小于被测件的长度为目标，确定该最高测试频率；以及确定测试频率范围的最低测试频率为矢量网络分析仪的最低扫描频率；其中，该最高测试频率大于该最低测试频率；以此方式得到的含有该最低测试频率和该最高测试频率的测试频率范围可以为被测件的测试频率范围。
需要说明的是，本发明之所以如此设置该测试频率范围，是为了确保矢量网络分析仪使用该测试频率范围首次测试所得到的S参数一定存在纹波，以便于后续通过调整该测试频率范围的方式快速且准确确定无纹波的目标S参数。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，对于存在纹波的S参数对应的测试频率范围，可以通过调整该测试频率范围中两个最值中的至少一个的方式调整该测试频率范围。基于此，在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围，其具体实现过程可以包括：
在确定S参数存在纹波的情况下，减小测试频率范围中的最高测试频率，和/或，增大测试频率范围中的最低测试频率；以缩小测试频率范围；并且，缩小后的测试频率范围属于缩小前的测试频率范围。
具体的，当S参数存在纹波时，可以按照预设调整幅度范围缩小S参数存在纹波时对应的测试频率范围，此处调整可以为增大和/或减小。示例性的，在确定测试频率范围为被测件的长度与工作波长的比值的情况下，若S参数存在纹波时，则可以从预设调整幅度范围[0.01,0.02]中确定本次调整幅度为0.01，并可以将[0.1,0.5]缩小为[0.11,0.5]，也可以缩小为[0.1,0.49]，还可以缩小为[0.11,0.49]；以此实现对S参数存在纹波时对应的测试频率范围进行逐步缩小的目的。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，减小S参数存在纹波时对应的测试频率范围中的最高测试频率，其具体确定过程可以包括：
固定被测件的长度，减小S参数存在纹波时对应的测试频率范围中的最高测试频率，以使被测件在减小后的最高测试频率下的H倍工作波长大于被测件的长度；H≤0.5。此外，当S参数存在纹波时对应的测试频率范围中的最高测试频率为fmax、最低测试频率为fmin时，fmax>fmin，fmax<100fmin，
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，增大S参数存在纹波时对应的测试频率范围中的最低测试频率，其具体确定过程可以包括：
固定所述被测件的长度，增大S参数存在纹波时对应的测试频率范围中的最低测试频率，以使被测件在增大后的最低测试频率下的L倍工作波长小于所述被测件的长度；L≥0.005，H＞L。
需要说明的是，之所以如此调整S参数存在纹波时对应的测试频率范围，是为了避免在测试频率范围内被测件的长度等于或接近二分之一波长的整数倍；若被测件的长度在测试频率范围内的某一频率下等于或接近二分之一工作波长的整数倍，S参数的参数曲线便会出现谐振、波动和突变等现象，也即S参数的参数曲线会出现纹波；导致这一现象的原因，也是调整测试频率范围以避免S参数的参数曲线出现纹波现象的原因，此原因可以从相位叠加与抵消、多层媒质传播和传输反射法理论等三个方面依次进行分析。
对于S参数相位叠加与抵消，考虑电磁波垂直入射被测件，且电磁波通过被测件进行多次的反射与透射，电磁波传输过程如图5所示，随着传输次数的增加，电磁波的相位逐渐增大，但强度逐渐减弱，由此相位叠加与抵消仅确定二次反射波与一次反射波的相位差、二次透射波与一次透射波的相位差，得到反射波幅值和透射波幅值的叠加与抵消情况，图6为被测件对于入射电磁波的前两次反射与透射响应示意图。
根据电磁波传输原理和特征，多次反射波与一次反射波的相位差、多次透射波与一次透射波的相位差可通过式(8)和(9)表示。
式(8)和(9)中，表示反射波相位差，/>表示透射波相位差，ω表示角频率，t表示电磁波通过被测件的时间，l表示被测件的长度，λ表示工作波长。
根据二次反射波与一次反射波的相位差、二次透射波与一次透射波的相位差，得到被测件的长度为二分之一波长及其整数倍时，反射波最大程度反相位抵消，幅值最小，透射波最大程度同相位叠加，幅值最大。
对于多层媒质传播，考虑电磁波垂直入射被测件，且对于媒质结构的层数并无限定，此处以三层结构媒质为例，其结论可应用于多层结构媒质。电磁波在三层结构媒质中的传输过程如图7所示，由左至右依次为媒质1、媒质2和媒质3，媒质1和媒质3为半无限长媒质，接近于电磁测量条件，电磁波为垂直入射。
如图7所示，三层结构媒质存在界面1和界面2这两个媒质交界面，对电磁波传输产生影响，各界面的反射系数和传输系数如式(10)～(14)所示。
式(10)～(14)中，R2表示界面2处的反射系数，τ2表示界面2处透射系数，R1表示界面1处的反射系数，τ1表示界面1处的透射系数，η1表示媒质1的波阻抗，η2表示媒质2的波阻抗，η3表示媒质3的波阻抗，γ2表示电磁波在媒质2中的传播常数，l2表示媒质2的长度；ηef表示媒质2和媒质3在界面1处的等效波阻抗，可表示为：
当三层媒质结构内中间媒质的长度为二分之一工作波长及其整数倍时，且其余两媒质的波阻抗η1和η3相同，得到电磁波可以无损耗地通过三层媒质结构，此时入射电磁波全部通过被测件，无反射波；根据三层媒质结构的电磁波传输分析，可以扩展到三层以上媒质结构的电磁波传输分析。
对于传输反射法，考虑电磁波垂直入射被测件，被测件对于入射电磁波多次的反射和传输响应如图5所示，所有反射波功率与入射波功率的比值S11、所有透射波功率与入射波功率的比值S21，可以表示为式(15)～(17)。
式(15)～(17)中，R表示被测件两端的反射系数，γ表示入射波在被测件中的传播常数，l表示被测件的长度，ω表示角频率，μeff表示被测件的有效磁导率，εeff表示被测件的有效介电常数。
根据传输反射法的理论和公式，若被测件的长度为二分之一工作波长及其整数倍，得到传输系数幅值为1，此时S11的幅值最小为0，S21的幅值最大为1。
在电磁测量领域，为了更好的对S参数进行表述和计算，S参数的表示单位采用dB，其中S11的幅值接近于0时，若采用dB表示，S11的幅值接近于负无穷(-∞)；S21的幅值接近于1时，若采用dB表示，S21的幅值接近于0。基于此可知，当被测件的长度在测试频率范围内等于或接近二分之一工作波长及其整数倍时，所有反射电磁波的幅值最小，S11采用dB表示形式，接近于-∞，这将导致S参数的参数曲线出现谐振、波动和突变等偏离正常值的情况，也即S参数出现纹波现象。
由于当被测件的长度等于或接近二分之一工作波长的整数倍时，S参数的参数曲线便会出现纹波现象，那么H和L的取值应为H<0.5和L>0，且H＞L，其中0.5和0为极限情况，并不能有效的抑制S参数存在的纹波。基于此，根据大量的仿真和实际测试，确定当H≤0.45，L≥0.005，且H＞L时，能够有效的抑制S参数的参数曲线的纹波。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，当电子设备中预先存储S参数的无纹波标准参数的参数曲线时，通过将当前确定的S参数的参数曲线与该无纹波标准参数的参数曲线进行匹配的方式确定S参数是否存在纹波。基于此，本发明提供的抑制纹波的S参数测试方法还可以包括：
在将S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线进行匹配，确定所述S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线不匹配的情况下，确定S参数存在纹波。
其中，预设无纹波参数曲线具体可以为S参数不存在谐振、波动和突变等情况的标准参数曲线。
具体的，为了提高确定S曲线是否存在纹波的效率，可以预先设置并存储表征S参数无纹波的预设无纹波参数曲线，并将其与当前测试所得到的S参数进行匹配，若经匹配确定当前测试所得的S参数的参数曲线与该预设无纹波参数曲线不匹配，则确定当前测试所得的S参数存在纹波。
需要说明的是，若经匹配确定当前测试所得的S参数与该预设无纹波参数曲线匹配，则当前测试所得的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
示例性的，将图3B所示的同轴线作为被测件，也即内外导体材料均为铜，中间介质材料为聚四氟乙烯，同轴线的有效介电常数和有效磁导率分别为2.1ε0和μ0，同轴线外径为7mm，同轴线内径为3mm，同轴线长度为15mm；此时，在测试频率范围为50MHz–40GHz，预设扫描功率为1W，预设扫描点数为201的情况下，可以得到如图8所示的同轴线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图，单位为dB。
保持同轴线长度为15mm，调整测试频率范围为200MHz–5GHz，预设扫描功率为1W，预设扫描点数为201，可以得到如图9所示的同轴线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图，单位为dB。
将图4B所示的微带线作为被测件，如图4B所示，微带线由两种介质填充，导体带和接地板材料均为铜，也即介质基板材料为Rogers5880，微带线的有效介电常数和有效磁导率分别为1.8ε0和μ0，导体带的厚度为35μm，导体带的宽度为0.6mm，介质基板的厚度为0.508mm，接地板的厚度为35μm，微带线的宽度为20mm，微带线的长度为50mm；此时，在测试频率范围为50MHz–10GHz，预设扫描功率为1W，预设扫描点数为201的情况下，可以得到如图10所示的微带线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图，单位为dB。
保持微带线长度为50mm，调整测试频率范围为50MHz-1.8GHz，预设扫描功率为1W，预设扫描点数为201，可以得到如图11所示的微带线作为被测件的S参数的幅值曲线示意图，单位为dB。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，在电磁波垂直入射被测件且垂直入射的电磁波在被测件中通过多次反射和多次透射的方式传输多次的情况下，可以根据反射波、透射波和入射波之间的关系确定本次测试所得的S参数是否存在纹波。基于此，本发明实施例提供的抑制纹波的S参数测试方法还可以包括：
首先，在垂直入射进被测件的入射波通过该被测件进行多次反射与多次透射的情况下，确定该被测件中所有反射波的功率与该入射波的功率的第一比值，以及被测件中所有透射波的功率与该入射波的功率的第二比值；然后，在该第一比值的幅值与0之间的差值最小，和/或，该第二比值的幅值与1之间的差值最小的情况下，确定被测件的S参数存在纹波。
具体的，该第一比值的幅值与0之间的差值最小，具体可以为该第一比值接近于0，若用dB表示，可以确定该第一比值的幅值接近于负无穷(-∞)；该第二比值的幅值与1之间的差值最小，具体可以为该第二比值接近于1，若用dB表示，可以确定该第二比值的幅值接近于0。上述两种情况中的至少一种情况，均会导致S参数的参数曲线出现谐振、波动和突变等偏离正常值的情况，也即S参数出现纹波现象。因此，可以在垂直入射进被测件的入射波通过该被测件进行多次反射与多次透射的情况下，通过确定该被测件中所有反射波的功率与该入射波的功率的第一比值的幅值与0之间的差值是否最小，和/或，该被测件中所有透射波的功率与该入射波的功率的第二比值的幅值与1之间的差值是否最小的方式，确定被测件的S参数是否存在纹波。以此提高了确定S参数是否存在纹波的灵活性和准确性。
基于上述图1所示的抑制纹波的S参数测试方法，在一种示例实施例中，在被测件为单一介质填充(如此时的被测件为同轴线)或者至少两种介质填充(如此时的被测件为微带线)的情况下，通过确定与对应被测件相同电磁性能的介质的介电常数和磁导率的方式确定对应被测件的有效介电常数和有效磁导率，并据此确定该第一比值和该第二比值，其具体确定过程可以包括：
基于被测件的反射系数、该被测件的长度、该被测件的有效介电常数和该被测件的有效磁导率，以及入射波在该被测件中的传播常数，确定该第一比值和该第二比值。
其中，有效介电常数和有效磁导率均是与单一介质填充或者至少两种介质填充的被测件相同电磁性能的介质的介电常数和磁导率。
具体的，在该第一比值具体为所有反射波功率与入射波功率的比值S11、该第二比值具体为所有透射波功率与入射波功率的比值S21的情况下，通过前述实施例中的式(15)～(17)可以确定该第一比值和第二比值。其中涉及的具体确定过程和相关图说明可以参照前述实施例。此处不再赘述。
下面对本发明提供的抑制纹波的S参数测试装置进行描述，下文描述的抑制纹波的S参数测试装置与上文描述的抑制纹波的S参数测试方法可相互对应参照。
本发明提供的抑制纹波的S参数测试装置应用于参数测试系统，该参数测试系统包括矢量网络分析仪、同轴线缆和被测件，同轴线缆的两端分别连接矢量网络分析仪和被测件。
参照图12，为本发明提供的抑制纹波的S参数测试装置的结构示意图，如图12所示，该抑制纹波的S参数测试装置1200，包括：控制测试模块1210和频率范围调整模块1220。
控制测试模块1210，用于基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数。
频率范围调整模块1220，用于在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围；并将缩小后的测试频率范围作为新的被测件的测试频率范围，重复执行基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数的步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
可选的，控制测试模块1210，具体用于在被测件为首次进行S参数测试的情况下，以被测件的长度大于被测件在最高测试频率下的预设工作波长为目标，确定最高测试频率；将矢量网络分析仪的最低扫描频率确定为最低测试频率；基于该最低测试频率和该最高测试频率，确定被测件的测试频率范围。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于在确定S参数存在纹波的情况下，减小测试频率范围中的最高测试频率，和/或，增大测试频率范围中的最低测试频率；以缩小测试频率范围；并且，缩小后的测试频率范围属于缩小前的测试频率范围。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于固定被测件的长度，减小测试频率范围中的最高测试频率，以使被测件在减小后的最高测试频率下的H倍工作波长大于被测件的长度；H≤0.5。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于固定被测件的长度，增大测试频率范围中的最低测试频率，以使被测件在增大后的最低测试频率下的L倍工作波长小于被测件的长度；L≥0.005，H＞L。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于在将S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线进行匹配，确定S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线不匹配的情况下，确定S参数存在纹波。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于在垂直入射进被测件的入射波通过被测件进行多次反射与多次透射的情况下，确定被测件中所有反射波的功率与入射波的功率的第一比值，以及被测件中所有透射波的功率与入射波的功率的第二比值；在第一比值的幅值与0之间的差值最小，和/或，第二比值的幅值与1之间的差值最小的情况下，确定S参数存在纹波。
可选的，频率范围调整模块1220，具体用于基于被测件的反射系数、被测件的长度、被测件的有效介电常数和被测件的有效磁导率，以及入射波在被测件中的传播常数，确定该第一比值和该第二比值；其中，有效介电常数和有效磁导率均是与单一介质填充或者至少两种介质填充的被测件相同电磁性能的介质的介电常数和磁导率。
本发明实施例提供的抑制纹波的S参数测试装置1200，可以执行上述抑制纹波的S参数测试方法的任一实施例中的技术方案，其实现原理以及具体实现过程与抑制纹波的S参数测试方法的实现原理以及具体实现过程类似，可参见抑制纹波的S参数测试方法的实现原理以及具体实现过程，此处不再进行赘述。
图13示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图13所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1310、通信接口(CommunicationsInterface)1320、存储器(memory)1330和通信总线1340，其中，处理器1310，通信接口1320，存储器1330通过通信总线1340完成相互间的通信。处理器1310可以调用存储器1330中的逻辑指令，以执行抑制纹波的S参数测试方法，该方法包括：
基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数；在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围；将缩小后的测试频率范围作为新的被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
此外，上述的存储器1330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的抑制纹波的S参数测试方法，该方法包括：
基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数；在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围；将缩小后的测试频率范围作为新的被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的抑制纹波的S参数测试方法，该方法包括：
基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制矢量网络分析仪在被测件的测试频率范围内对被测件进行校准和扫频测试，确定被测件的S参数；在S参数存在纹波的情况下，缩小测试频率范围；将缩小后的测试频率范围作为新的被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为被测件抑制纹波后的目标S参数。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，应用于参数测试系统，所述参数测试系统包括矢量网络分析仪、同轴线缆和被测件，所述同轴线缆的两端分别连接所述矢量网络分析仪和所述被测件；所述方法包括：
基于预设扫描功率和预设扫描点数，控制所述矢量网络分析仪在所述被测件的测试频率范围内对所述被测件进行校准和扫频测试，确定所述被测件的S参数；
在所述S参数存在纹波的情况下，缩小所述测试频率范围；
将缩小后的测试频率范围作为新的所述被测件的测试频率范围，重复执行上述步骤；直至确定出不存在纹波的S参数为所述被测件抑制纹波后的目标S参数。
2.根据权利要求1所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述被测件为首次进行S参数测试的情况下，以所述被测件的长度大于所述被测件在最高测试频率下的预设工作波长为目标，确定所述最高测试频率；
将所述矢量网络分析仪的最低扫描频率确定为最低测试频率；
基于所述最低测试频率和所述最高测试频率，确定所述被测件的测试频率范围。
3.根据权利要求1所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述在所述S参数存在纹波的情况下，缩小所述测试频率范围，包括：
在确定所述S参数存在纹波的情况下，减小所述测试频率范围中的最高测试频率，和/或，增大所述测试频率范围中的最低测试频率；以缩小所述测试频率范围；并且，缩小后的测试频率范围属于缩小前的所述测试频率范围。
4.根据权利要求3所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述减小所述测试频率范围中的最高测试频率，包括：
固定所述被测件的长度，减小所述测试频率范围中的最高测试频率，以使所述被测件在减小后的最高测试频率下的H倍工作波长大于所述被测件的长度；H≤0.5。
5.根据权利要求4所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述增大所述测试频率范围中的最低测试频率，包括：
固定所述被测件的长度，增大所述测试频率范围中的最低测试频率，以使所述被测件在增大后的最低测试频率下的L倍工作波长小于所述被测件的长度；L≥0.005，H＞L。
6.根据权利要求1至5任一项所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述S参数的参数曲线与预设无纹波参数曲线进行匹配，确定所述S参数的参数曲线与所述预设无纹波参数曲线不匹配的情况下，确定所述S参数存在纹波。
7.根据权利要求1至5任一项所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
在垂直入射进所述被测件的入射波通过所述被测件进行多次反射与多次透射的情况下，确定所述被测件中所有反射波的功率与所述入射波的功率的第一比值，以及所述被测件中所有透射波的功率与所述入射波的功率的第二比值；
在所述第一比值的幅值与0之间的差值最小，和/或，所述第二比值的幅值与1之间的差值最小的情况下，确定所述S参数存在纹波。
8.根据权利要求7所述的抑制纹波的S参数测试方法，其特征在于，所述第一比值和所述第二比值的确定过程包括：
基于所述被测件的反射系数、所述被测件的长度、所述被测件的有效介电常数和所述被测件的有效磁导率，以及所述入射波在所述被测件中的传播常数，确定所述第一比值和所述第二比值；
其中，所述有效介电常数和所述有效磁导率均是与单一介质填充或者至少两种介质填充的所述被测件相同电磁性能的介质的介电常数和磁导率。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述抑制纹波的S参数测试方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述抑制纹波的S参数测试方法。
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