CN203643514U - 用于测量散射参数的耦合组件和数据测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测量散射参数的数据测定装置，包括耦合组件和矢量网络分析仪，耦合组件包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口；第一探头、第二探头分别用于耦合被测件的射频信号；矢量网络分析仪输出端口用于与被测件的公共输入端口连接，输入端口与耦合组件的第一端口或第二端口连接，用于测量被测件公共输入端口至第一探头或第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，传输系数和延迟系数用于散射参数的测量。通过上述方式，本实用新型能够在不改变被测件工作状态的情况下，对测量被测件散射参数所需的数据进行测定，利用此数据可进一步获得被测件的散射参数。

Description

用于测量散射参数的耦合组件和数据测定装置

技术领域

本实用新型涉及微波测量领域，特别是涉及一种用于测量散射参数的耦合组件和数据测定装置。

背景技术

散射参数测量是射频微波领域常见的测量手段，对于多端口微波网络而言，散射参数包括端口的反射系数和端口间的隔离度。通过测量端口的散射参数，可以评估端口处的匹配状态以及端口与端口之间的相互耦合。矢量网络分析仪是散射参数的主要测量仪表，因仪表测试端口通常是同轴类型的，因此在测量被测件散射参数时，需要在被测件上安装射频接头，通过射频电缆将射频接头与矢量网络分析仪连接。

图1是现有测量散射参数一实施例的电路连接图，如图1所示，被测件11包括一段微带线111，为测试微带线111的散射参数，需使用包括微带线211、212和射频接头213、214的过渡件将被测件11通过电缆与矢量网络分析仪器31连接。若需获得微带线111参考面a处的散射参数，需采用“去嵌入”或“TRL校准”等技术，以消除射频接头等过渡件带来的影响。当被测件11是某个完整的微带功分网络的一部分，按上述常规的测量方式，需破坏微带功分网络的完整性，在测量位置插入用于测量的接头，此方式会影响测试结果，产生不利因素。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种用于测量散射参数的耦合组件和数据测定装置，以便在不改变被测件工作状态的情况下，对测量被测件散射参数所需的数据进行测定，利用此数据可进一步获得被测件的散射参数。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种用于测量散射参数的耦合组件，包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口；第一探头、第二探头用于耦合被测件的射频信号以使射频信号用于散射参数的测量。

其中，耦合组件包括用于设置第一探头、第二探头、第一端口及第二端口的基板。

其中，基板上可以设有被测件，即被测件与第一探头、第二探头、第一端口及第二端口设于同一基板上。

其中，第一探头和第二探头分别垂直于被测件的轴线之间的距离不等于1/2被测件内部电磁波工作波长的整数倍，且大于0小于被测件的总长度；第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号，且第一探头和第二探头与被测件的耦合强度相同。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种用于测量散射参数的数据测定装置，包括耦合组件和矢量网络分析仪；耦合组件包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口；第一探头、第二探头分别用于耦合被测件的射频信号；矢量网络分析仪输出端口用于与被测件的公共输入端口连接，输入端口与耦合组件的第一端口或第二端口连接，用于测量被测件公共输入端口至第一探头或第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，所述传输系数和延迟系数用于所述散射参数的测量。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型在被测件附近设置第一探头和第二探头以形成4端口微波网络，其中，第一探头、第二探头用于耦合被测件的射频信号，通过测量4端口微波网络中被测件的公共输入端口到第一探头、第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，利用传输系数和延迟系数计算被测件的散射参数。通过上述方式，本实用新型能够在不改变被测件工作状态的情况下，获取被测件的散射参数。

附图说明

图1是现有测量散射参数一实施例的电路连接图；

图2是本实用新型散射参数测量方法一实施例的流程示意图；

图3是本实用新型数据测定装置测量散射参数时一实施例的电路连接图；

图4是图3所示实施例的原理图；

图5是本实用新型测量端口间隔离度一实施例的原理图；

图6是本实用新型耦合组件进行测量的原理图；

图7是本实用新型耦合组件测量微带线一实施例的结构示意图；

图8是本实用新型耦合组件测量微带线另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一较佳实施例中，用于测量散射参数的数据测定装置包括耦合组件和矢量网络分析仪。

其中，用于测量散射参数的耦合组件包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口。

其中，第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号。且第一探头和第二探头设置时，第一探头和第二探头分别垂直于被测件的轴线之间的距离不等于1/2被测件内部电磁波工作波长的整数倍，且大于0小于被测件的总长度；同时，第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号，且第一探头和第二探头与被测件的耦合强度相同。

在具体应用过程中，第一探头和第二探头可设置于被测件径向的两侧或同侧。被测件内部电磁波的工作波长可根据被测件已知的相关参数推算得出。

第一探头、第二探头及被测件的公共输入端口、输出端口形成4端口微波网络。

矢量网络分析仪的输入端口与第一端口或第二端口连接，输出端与被测件的公共输入端口连接，用于测量4端口微波网络中被测件公共输入端口到第一探头或第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数。根据测得的传输系数和延迟系数计算被测件的散射参数。

在其他实施例中，若矢量网络分析仪为多端口矢量网络分析仪，则包括多个输入端口，各输入端口分别与第一端口和第二端口同时连接。

请参阅图2，图2是本实用新型散射参数测量方法一实施例的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201，测定第一探头、第二探头及被测件的公共输入端口、输出端口形成的4端口微波网络中被测件公共输入端口到第一探头、第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，其中，第一探头和第二探头用于耦合被测件的射频信号。

其中，延迟系数的获得方式包括电磁场仿真软件仿真及校准的矢量网络分析仪的测量。传输系数的获得方式为校准的矢量网络分析仪的测量，采用校准的矢量网络分析仪测量得到的传输系数包括幅度和相位。

步骤202，根据传输系数和延迟系数计算被测件的散射参数。

在本实施例中，被测件为一均匀传输线，在均匀传输线中设置两个测试点，测试点附近设置第一探头和第二探头，第一探头、第二探头与均匀传输线之间可以通过电容或电感进行弱耦合，通常将耦合量级设计为小于-20dB，以减弱对均匀传输线特性的影响。

其中，第一探头和第二探头分别垂直于被测件的轴线之间的距离不等于1/2被测件内部电磁波工作波长的整数倍，且大于0小于被测件的总长度；同时，第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号，且第一探头和第二探头与被测件的耦合强度相同。在具体应用过程中，第一探头和第二探头可设置于被测件径向的两侧或同侧。

通过校准的矢量网络分析仪测量被测件公共输入端口到第一探头和第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，然后根据经理论推导得出的计算公式计算被测件的散射参数。

请参阅图3，图3是本实用新型数据测定装置测量散射参数时一实施例的电路连接图，包括：被测件31、第一射频接头32、第二射频接头33、第一探头34、第二探头35、矢量网络分析仪36及负载37。

其中，被测件31包括传输线311，本实施例中的传输线311为均匀传输线。

本实施例的设置原理为，在均匀传输线311中设置两个测试点，利用经过校准的矢量网络分析仪36测量被测件公共输入端口到两个测试点的传输系数及测试点间的延迟系数，再利用相应的计算公式，获得测试点位置的散射参数。

具体为，传输线311两个测试点（参考面b、参考面c）附近设置第一探头34、第二探头35，第一探头34和第二探头35之间的距离为d。

传输线311输入端、输出端分别设有第一射频接头32、第二射频接头33。矢量网络分析仪36的输出端口通过电缆与第一射频接头32连接，其输入端口通过电缆连接一端口38，该端口38可分别与第一探头34或第二探头35连接以测试参考面b、参考面c处的传输系数及参考面b和参考面c间的延迟系数，即被测件公共输入端口到第一探头、第二探头的传输系数及第一探头，第二探头间的延迟系数。再根据本实用新型推导出的计算公式，得到参考面b、参考面c处的散射参数。

其中，第二射频接头33连接负载37。

为更详细的阐述散射参数的测量过程，下面结合图3、图4进行说明。

图4是图3所示实施例的原理图，如图4所示，均匀传输线311附近设置两个相距为d的第一探头34和第二探头35，其中，d不等于1/2传输线311内部电磁波工作波长的整数倍，第一探头34和第二探头35分别与传输线311通过电容或电感的方式耦合。此结构形成4端口微波网络，其中，端口1（Port1）、Port2分别位于传输线311的输入端、输出端，即第一射频接头32、第二射频接头33。Port3、Port4分别与第一探头34、第二探头35连接。

其中，Port1为公共输入端口。

利用图3所示矢量网络分析仪36可测量得到Port1到Port3、Port4的传输系数S31、S41，及Port2到Port1的延迟系数G12、Port1到Port2的延迟系数G21。

如图4所示，V1、V2为第一探头34、第二探头35对应传输线311位置的矢量电压，可由图3所示矢量网络分析仪36测得，其中，V1⁺、V1^-是V1对应的入射波电压与反射波电压，V2⁺、V2^-是V2对应的入射波电压与反射波电压。

现有传输线理论包括如下：

V1=V1⁺+V1^-     （1）

V2=V2⁺+V2^-     （2）

V1⁺=V2⁺×G12     （3）

V1^-=V2^-×G21     （4）

G12=exp(j×A×d）为Port2到Port1的延迟系数，G21=exp(-j×A×d)为Port1到Port2的延迟系数，A为均匀传输线的传播常数，±j为-1开根号的数值，G12=1/G21。

联合方程（1）～（4），可以得到：

V1^-=（V2-V1×G21）/（G12-G21）

V1⁺=（V2-V1×G12）/（G21-G12）

V2^-=（V1-V2×G12）/（G21-G12）

V2⁺=（V2-V1×G21）/（G12-G21）

其中，因第一探头34、第二探头35与传输线311之间是相互耦合的，因此，S31=K×V1，S41=K×V2，其中，K为耦合系数。

根据散射参数的定义及上述现有理论，可求得V2所在位置向负载37方向的反射系数为：S11_m=V2^-/V2⁺=-(S31-S41×G12)/(S41-S31×G21），V2所在位置对应的阻抗为：Z0×（1+S11_m)/(1-S11_m)。同理，可求得可求得V1所在位置向负载37方向的反射系数为：S=V1^-/V1⁺=-(S41-S31×G21)/(S41-S31×G12）。

请参阅图5，图5是本实用新型测量端口间隔离度一实施例的原理图，如图5所示，包括第一传输线51、第二传输线52、第一探头53、第二探头54、第三探头55、第四探头56及2端口网络。

其中，第一传输线51的输入端、输出端分别连接Port1、Port2，第一探头53、第二探头54分别连接Port3、Port4。

第二传输线52的输入端、输出端分别连接Port5、Port6，第三探头55、第四探头56分别连接Port7、Port8。

其中，第一探头53和第二探头54之间的距离，第三探头55和第四探头56之间的距离均为d，d不等于1/2第一传输线51或第二传输线52工作波长的整数倍

其中，V1、V2分别为第一探头53、第二探头54对应第一传输线51位置的矢量电压，其中，V1⁺、V1^-是V1对应的入射波电压与反射波电压，V2⁺、V2^-是V2对应的入射波电压与反射波电压。

V5、V6分别为第三探头55、第四探头56对应第二传输线52位置的矢量电压，其中，V5⁺、V5^-是V5对应的入射波电压与反射波电压，V6⁺、V6^-是V6对应的入射波电压与反射波电压。

图5所示的原理图可测量Port1和Port5之间的隔离度。测量原理与图4所示相同，经过类似的推导，可以得到：

V6^-=（V6-V5×G21）/（G12-G21）

V6⁺=（V5-V6×G12）/（G21-G12）

V5^-=（V6-V5×G12）/（G21-G12）

V5⁺=（V5-V6×G21）/（G12-G21）

分别测量公共输入端口Port1到Port3和Port4的传输系数S31和S41，根据上述推导及图4所示实施例的推导，计算出V1⁺=（S41-S31×G12）/（G21-G12）；再测量公共输入端口Port1到Port7和Port8的传输系数S71和S81，根据推导，计算出V5^-=（S81-S71×G12）/（G21-G12）。根据S参数的定义，Prot1和Port5之间的隔离度ISO_1-5=V5^-/V1⁺=（S81-S71×G12）/（S41-S31×G12）。

请参阅图6，图6是本实用新型耦合组件进行测量的原理图，包括微带线61、第一探头62、第二探头63及Port1、Port2、Port3、Port4。其中，第一探头62和第二探头63之间的距离为d。

图6中探头的测量原理为，在均匀微带线61附近成对设置测量探头62、63，第一探头62、第二探头63可以使用蚀刻的方式印制在PCB上。通过测试公共输入端口Port1到第一探头62、第二探头63的传输系数及第一探头62、第二探头63间的延迟系数，可计算得到均匀微带线61上第一探头62、第二探头63对应位置的散射参数。

请参阅图7，图7是本实用新型耦合组件测量微带线一实施例的结构示意图，包括被测件和测量装置。

其中，被测件包括基片711、微带线712，测量装置包括第一探头721、第二探头722。

其中，微带线712的输入端、输出端分别连有Port1、Port2，第一探头721、第二探头722分别连有Port3、Port4。

在本实施例中，具有特征阻抗Z0的均匀微带线712、第一探头721及第二探头722通过PCB蚀刻工艺制作在基片711上，探头之间的距离不等于1/2微带线712工作波长的整数倍，第一探头721及第二探头722通过与微带线712间的缝隙形成的等效电容与微带线712进行耦合，形成具有Port1～Port4的4端口微波网络。

请参阅图8，图8是本实用新型耦合组件测量微带线另一实施例的结构示意图，包括被测件和测量装置。

其中，被测件包括第一基片811和刻蚀在第一基片811上的微带线812。

测量装置包括第二基片821及刻蚀在第二基片821上的第一探头822和第二探头823。

其中，微带线812的输入端、输出端分别连有Port1、Port2，第一探头822、第二探头823分别连有Port3、Port4。

在本实施例中，具有特征阻抗Z0的均匀微带线812通过PCB蚀刻工艺制作在第一基片811上，第一探头822和第二探头823通过PCB蚀刻工艺制作在第二基片821上，探头之间的距离不等于1/2微带线812工作波长的整数倍，第二基片821在第一探头822和第二探头823之外的区域尽可能去除以减小对微带线812的影响，第一探头822和第二探头823通过与微带线812之间的间隙所形成的等效电容与微带线812进行耦合，形成具有Port1～Port4的4端口微波网络。

综上所述，本实用新型通过在被测件附近放置测量探头，避免将用于连接测试电缆的射频接头安装在被测件中，可在不改变被测件工作状态的情况下进行散射参数的测量。具体如下优点：

A.耦合组件制作成本低，适合应用于采用微带的各种微波电路散射参数的测量。

B.测量方法简单，不需要采用特殊的校准措施，只需获取耦合探头与微带线形成的4端口微波网络的传输系数即可。

C.可测频带宽，只要探头垂直于微带线的轴线之间的距离不等于1/2微带线工作波长的整数倍即可进行测量。

D.耦合探头使用PCB蚀刻工艺，尺寸精度高，一致性好。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于测量散射参数的耦合组件，其特征在于，包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口；

所述第一探头、第二探头分别用于耦合被测件的射频信号以使所述射频信号用于散射参数的测量。

2.根据权利要求1所述的耦合组件，其特征在于，所述耦合组件包括用于设置所述第一探头、第二探头、第一端口及第二端口的基板。

3.根据权利要求2所述的耦合组件，其特征在于，所述基板上设置有被测件。

4.根据权利要求2或3所述的耦合组件，其特征在于，所述第一探头和第二探头分别垂直于被测件的轴线之间的距离不等于1/2被测件内部电磁波工作波长的整数倍，且大于0小于被测件的总长度；

其中，所述第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号，且第一探头和第二探头与被测件的耦合强度相同。

5.一种用于测量散射参数的数据测定装置，其特征在于，包括耦合组件和矢量网络分析仪；

所述耦合组件包括第一探头、第二探头、与第一探头连接的第一端口及与第二探头连接的第二端口；所述第一探头、第二探头分别用于耦合被测件的射频信号；

所述矢量网络分析仪输出端口用于与被测件的公共输入端口连接，输入端口与所述耦合组件的第一端口或第二端口连接，用于测量所述被测件公共输入端口至第一探头或第二探头的传输系数及第一探头和第二探头间的延迟系数，所述传输系数和延迟系数用于所述散射参数的测量。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一探头和第二探头分别垂直于被测件的轴线之间的距离不等于1/2被测件内部电磁波工作波长的整数倍，且大于0小于被测件的总长度；

其中，所述第一探头和第二探头分别用于耦合被测件的射频信号，且第一探头和第二探头与被测件的耦合强度相同。

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