WO2023092921A1 - 基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置及方法 - Google Patents

基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置及方法 Download PDF

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WO2023092921A1 PCT/CN2022/084561 CN2022084561W WO2023092921A1 WO 2023092921 A1 WO2023092921 A1 WO 2023092921A1 CN 2022084561 W CN2022084561 W CN 2022084561W WO 2023092921 A1 WO2023092921 A1 WO 2023092921A1
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李瑞蒲
石旭东
张浩天
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Abstract

一种基于去嵌入技术的飞机线束（6）成品件性能测量装置及方法，测量装置包括左夹具（1）、右夹具（2），左夹具（1）、右夹具（2）均为金属盒体（7）且两夹具对称放置，金属盒体（7）的对应两侧分别设有连接矢量网络分析仪（8）测试电缆的同轴连接器（5）和飞机EWIS线束连接器（9）的安装孔，一对对应的飞机EWIS线束连接器（9）连接待测飞机线束（6）或直通线（3）或延时线（4）。该方法使用TL校准方法，结合虚拟构造延时校准件技术，通过转接夹具分别与直通线（3）、延时线（4）、待测飞机线束（6）连接，获得待测飞机线束（6）本身的散射参数，解决了飞机线束（6）在装配之前无法准确测量其屏蔽效能、插入损耗以及驻波比等关键性能参数的问题，提高了装配效率。

Description

基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置及方法 技术领域
本发明涉及飞机线束去嵌入领域，具体涉及一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置及方法。
背景技术
飞机EWIS(Electrical Wiring Interconnection Systems)线束在飞机中具有重要作用，能够为飞机各系统输送电能及传递信号，其性能决定了飞机各个系统之间能否正常配合以保证飞机安全飞行。制造好的飞机EWIS线束难免存在问题，且在飞机运行过程中，线束受环境影响可能存在磨损、腐蚀等影响其性能的问题。如果飞机EWIS线束不满足适航要求，将会给飞机的运行带来安全隐患。因此，需要对飞机EWIS线束的性能进行测量。
散射S参数常用来表征微波器件的性能，此外，通过测量得到的S参数还可以获得线缆与连接器端接后的屏蔽效能、插入损耗以及驻波比等信息。因此，对于线束S参数的测量具有重要意义，其可使用网络分析仪来测量，但因连接器不同，飞机EWIS线束无法直接与网 络分析仪连接到一起进行测量，所以目前的测量方式是将线束都装配到飞机上，最后进行整体测试。但使用这种方法，如果测量结果不好就不能知道是哪些线束导致的,可见这种测量方法存在很大的问题。
为了解决待测件无法与网络分析仪连接的问题，可以使用一端可以连接同轴电缆，另一端可以连接待测件的夹具将二者连接。但是夹具的引入也带来了误差。为了消除夹具的误差，提出了去嵌入方法。但是目前的去嵌入方法多是针对集成电路和微波元件，而飞机EWIS线束的连接器种类多且较为复杂，所以没有针对飞机EWIS线束的合适的去嵌入方法。
目前使用比较普遍的去嵌入方法是TRL校准，但如果使用这种方法对飞机EWIS线束去嵌入，其中的反射校准件会引起较大的误差且不方便测量；此外，由于飞机EWIS线束的工作频率有时较低，需使用较长的延时线，这会使测量成本加大且不方便测量；并且，飞机EWIS线束一般具有多个线芯，无法同时测量。为了保证飞机EWIS线束满足适航要求,需要一种针对飞机EWIS线束的去嵌入方法准确地测量出其性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够测量飞机线束成品件性能的测量装置和方法，测量装置是根据需要对多芯线束中的线缆依次进行测量的转接夹具；基于TL校准方法与虚拟插入技术的去嵌入方法，解决了普通夹具与传统TRL去嵌入方法无法对多芯飞机EWIS线束去嵌入的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置，包括左夹具、右夹具、直通线、延时线和矢量网络分析仪，所述左夹具、右夹具均为金属盒体且两夹具对称放置，金属盒的对应两侧分别设有连接矢量网络分析仪测试电缆的同轴连接器和飞机EWIS线束连接器的安装孔，一对对应的飞机EWIS线束连接器连接待测线束或直通线或延时线。
所述金属盒与连接器外壳的接触电阻应小于0.5毫欧姆。所述直通线的线束比延时线的线束短。直通线和延时线都是校准装置，所发明的测量方法测量时必须有两个长度不同的校准装置，直通线应使用长度合适且尽可能短的一根线束，而延时线应比直通线长一些。这样才可以通过测得的数据进行后续的计算处理。
一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量方法，该方法基于对称夹具、直通线和延时线对飞机EWIS线束进行去嵌入，包括以下步骤：
步骤1：准备待测线束、直通线和延时线；
步骤2：将网络分析仪的测试端面延伸到测试电缆的同轴接头位置，采用校准件对网络分析仪进行校准；
步骤3：安装测量装置：左夹具、右夹具，将左夹具、右夹具的两外侧的同轴连接器通过测试电缆分别连接网络分析仪，两内侧对应的飞机EWIS线束连接器为测量端口；
步骤4：步骤3所述的测量端口之间连接待测线束：通过校准后的网络分析仪获得对称夹具与待测线束级联在一起的S参数矩阵S M；
步骤5：建立直通校准件：取下步骤4连接的待测线束，换直通线进行连接，测得直通校准件的S参数矩阵S T；
步骤6：建立延时校准件：取下步骤5连接的直通线，换延时线进行连接，测得延时线与夹具级联在一起的S参数矩阵S′ L，由于该延时线的长度比所需的短，故通过虚拟构造延时校准件获得延时校准件的S参数矩阵S L；
步骤7：将所获得的S参数矩阵S M、S T、S L分别转换成T参数矩阵：T M、M1、M2，通过TL校准方法获得左端夹具的T参数矩阵A及右端夹具的T参数矩阵B，则
T M＝AT DUTB      (1)；
其中T DUT为待测件的T参数矩阵，根据公式(1)经过矩阵运算得到，并将其转换为S参数矩阵S DUT；
步骤8：将获得的待测线束的S参数矩阵按照夹具的特征阻抗进行归一化，得到归一化后的S参数矩阵S′ DUT,去嵌入完成。
步骤7所述TL校准方法是:
令传输矩阵A、B分别为：
Figure PCTCN2022084561-appb-000001
对于理想的转接夹具，B传输矩阵和A传输矩阵是对称的，故B矩阵为：
Figure PCTCN2022084561-appb-000002
设直通校准件的长度为l 1，延时校准件的长度为l 2，M1和M2分 别是从直通校准件和延时校准件的外部测量面测量得到的T参数,故M1和M2如式(4)、(5)所示，
Figure PCTCN2022084561-appb-000003
Figure PCTCN2022084561-appb-000004
其中A',B'为夹具中去除直通校准件长度的部分。通过式(4)、(5)的运算可得：
Figure PCTCN2022084561-appb-000005
式(6)中M2(M1) -1可由测量得到，l 2-l 1的差值记为l，则：
Figure PCTCN2022084561-appb-000006
经过计算可得：
Figure PCTCN2022084561-appb-000007
令:
Figure PCTCN2022084561-appb-000008
Figure PCTCN2022084561-appb-000009
利用式(10)求取r 22ρ 22、γ
Figure PCTCN2022084561-appb-000010
Figure PCTCN2022084561-appb-000011
根据式(3)传输矩阵A、B的关系可得：
Figure PCTCN2022084561-appb-000012
由式(13)可知
Figure PCTCN2022084561-appb-000013
结合式(7)a、b、c参数均可求出，另根据式(13)可求出α、β，如式(15)所示，随后将T参数转化为S参数，至此TL去嵌入完成
Figure PCTCN2022084561-appb-000014
Figure PCTCN2022084561-appb-000015
本发明的有益技术效果：
本发明通过可更换连接器的转接夹具分别连接直通线、延时线、待测线束，通过网络分析仪分别获得转接夹具与它们连接在一起的S参数，通过TL去嵌入方法计算得到待测线束的S参数，获得待测线束的真实特性；
本发明大大增强了转接夹具的普适性，节省了制作特定转接夹具 的成本，使通过网络分析仪测量飞机线束成品件的性能成为了可能。
本发明使用TL去嵌入方法，省去了传统TRL去嵌入方法中的反射校准件，减少了由反射校准件引入的测量误差，提高了待测线束S参数的测试精度。
本发明使用虚拟构造延时校准件技术，通过测量较短的延时线和夹具的S参数，运用算法计算出满足要求的延时校准件的S参数，节省了测量成本且方便测量。
本发明使用阻抗归一化，对去嵌入结果以两端夹具的阻抗为参考进行归一化计算，得到的是相对两端夹具的去嵌入结果。
附图说明
图1为本发明的夹具示意图；
图2为本发明的一对夹具与待测线束连接示意图；
图3为本发明的一对夹具与待测线束级联的S参数信号流示意图；
图4为本发明的一对夹具与直通线连接示意图；
图5为本发明的一对夹具与延时线连接示意图；
图6为本发明的一对夹具与待测线束级联的T参数结构示意图；
图7为本发明的飞机EWIS线束去嵌入流程图。
图中：
1、左端夹具   2、右端夹具         3、直通线
4、延时线     5、同轴连接器       6、待测线缆
7、金属盒     8、矢量网络分析仪   9、飞机EWIS线束连接器
具体实施方案
下面结合附图以及具体实施方式对本发明一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置及方法作进一步详细说明：
如图1至图7所示，本发明包括对称夹具、飞机EWIS线束连接器、同轴连接器以及直通校准件和延时校准件。并且提供一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量的方法。
如图1所示，本发明的夹具是在两边带有安装孔的金属盒的基础上将同轴连接器及飞机EWIS线束连接器固定于其中，并在金属盒内用线缆连接好两端的连接器。设计对称的两个夹具用于接下来分别与待测线束、直通线以及延时线连接到一起进行测量，去嵌入要去除的便是这两个夹具的影响。
如图2所示，依次将待测线束、直通线、延时线接入到两个夹具中间，并用网络分析仪分别进行S参数的测量，对测量的结果进行后续的去嵌入处理，最终得到待测线束的真实参数。
如图3所示，将对称夹具与直通线连接在一起。
如图4所示，将对称夹具与延时线连接在一起。
如图5所示，网络分析仪测量得到的是两端夹具与待测线束级联的S参数，需经过去嵌入过程获得待测线束本身的S参数。
如图6所示，通过测量与计算得出两端夹具的T参数矩阵A和B，进而获得待测线束的T参数矩阵T DUT，最后将其转换为S参数。
如图7所示，去嵌入的流程为：首先，准备对称夹具；其次，分别测量出夹具与待测线束、直通校准件以及延时线级联的参数；然后，虚拟构造延时校准件并做TL去嵌入处理；最后，进行阻抗归一化。
一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量方法，其流程如图7所示，以下为本发明的实施过程：
步骤1：准备金属盒、直通线和延时线；
步骤2：将飞机EWIS线束连接器和同轴连接器放入金属盒安装孔并固定，用线缆在金属盒内将飞机EWIS线束连接器待测的两个孔位与同轴连接器和金属盒连接起来，构成去嵌入夹具，如图1所示；
步骤3：将测试线缆与网络分析仪连接在一起，采用校准件完成网络分析仪的校准，将网络分析仪的测试端面延伸到测试线缆的同轴接头位置；
步骤4：将图2所示的对称夹具上两个外侧连接器与测试线缆的同轴端口连接，并将对称夹具的两个内侧端口与待测线束连接，通过校准后的网络分析仪获得对称夹具与待测线束级联在一起的S参数矩阵S M，如图3所示；
步骤5：将直通线接入到两个夹具中，如图4所示，构成直通校准件，并测得直通校准件的S参数矩阵S T；
步骤6：将延时线接入到两个夹具中，如图5所示，测得延时线与夹具级联在一起的S参数矩阵S′ L。该延时线的长度比所需的短，故获得的不是真正的延时校准件的S参数。通过虚拟构造延时校准件技术，获得满足要求的延时校准件的S参数矩阵S L；
步骤7：将所获得的S参数矩阵：S M、S T、S L分别转换成T参数矩阵：T M、M1、M2。通过TL校准方法获得左端夹具的T参数矩阵A以及右端夹具的T参数矩阵B，如图6所示，则
T M＝AT DUTB      (1)；
其中T DUT为待测件的T参数矩阵，可根据公式(1)经过矩阵运算得到，并将其转换为S参数矩阵S DUT。
步骤8：将获得的待测线束的S参数矩阵按照夹具的特征阻抗进行归一化，得到归一化后的S参数矩阵S′ DUT,去嵌入完成。
至此，由上述步骤可以去除两端夹具的影响，得到被测飞机EWIS线束的真实参数。
相比于TRL校准，本发明便于测量、节省了校准件的制作成本。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

  1. 一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置，包括左夹具(1)、右夹具(2)、直通线(3)、延时线(4)和矢量网络分析仪(8)，其特征在于：所述左夹具(1)、右夹具(2)均为金属盒体且两夹具对称放置，金属盒的对应两侧分别设有连接矢量网络分析仪测试电缆的同轴连接器(5)和飞机EWIS线束连接器(9)的安装孔，一对对应的飞机EWIS线束连接器连接待测线束或直通线或延时线。
  2. 根据权利要求1所述的一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置，其特征在于：所述金属盒与连接器外壳的接触电阻应小于0.5毫欧姆。
  3. 根据权利要求1所述的一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量装置，其特征在于：所述直通线的线束比延时线的线束短。
  4. 一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量方法，包括以下步骤：
    步骤1：准备待测线束、直通线和延时线；
    步骤2：将网络分析仪的测试端面延伸到测试电缆的同轴接头位置，采用校准件对网络分析仪进行校准；
    步骤3：安装测量装置：左夹具、右夹具，将左夹具、右夹具的两外侧的同轴连接器通过测试电缆分别连接网络分析仪，两内侧对应的飞机EWIS线束连接器为测量端口；
    步骤4：步骤3所述的测量端口之间连接待测线束：通过校准后 的网络分析仪获得对称夹具与待测线束级联在一起的S参数矩阵S M；
    步骤5：建立直通校准件：取下步骤4连接的待测线束，换直通线进行连接，测得直通校准件的S参数矩阵S T；
    步骤6：建立延时校准件：取下步骤5连接的直通线，换延时线进行连接，测得延时线与夹具级联在一起的S参数矩阵S′ L，由于该延时线的长度比所需的短，故通过虚拟构造延时校准件获得延时校准件的S参数矩阵S L；
    步骤7：将所获得的S参数矩阵S M、S T、S L分别转换成T参数矩阵：T M、M1、M2，通过TL校准方法获得左端夹具的T参数矩阵A及右端夹具的T参数矩阵B，则
    T M＝AT DUTB  (1)；
    其中，T DUT为待测件的T参数矩阵，根据公式(1)经过矩阵运算得到，并将其转换为S参数矩阵S DUT；
    步骤8：将获得的待测线束的S参数矩阵按照夹具的特征阻抗进行归一化，得到归一化后的S参数矩阵S′ DUT,去嵌入完成。
  5. 根据权利要求4所述的一种基于去嵌入技术的飞机线束成品件性能测量方法，其特征在于：步骤7所述TL校准方法是:
    令传输矩阵A、B分别为：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100001
    对于理想的转接夹具，B传输矩阵和A传输矩阵是对称的，故B矩阵为：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100002
    设直通校准件的长度为l 1，延时校准件的长度为l 2，M1和M2分别是从直通校准件和延时校准件的外部测量面测量得到的T参数,故M1和M2如式(4)、(5)所示，
    Figure PCTCN2022084561-appb-100003
    Figure PCTCN2022084561-appb-100004
    其中A',B'为夹具中去除直通校准件长度的部分。通过式(4)、(5)的运算可得：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100005
    式(6)中M2(M1) -1可由测量得到，l 2-l 1的差值记为l，则：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100006
    经过计算可得：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100007
    令:
    Figure PCTCN2022084561-appb-100008
    Figure PCTCN2022084561-appb-100009
    利用式(10)求取r 22ρ 22、γ
    Figure PCTCN2022084561-appb-100010
    Figure PCTCN2022084561-appb-100011
    根据式(3)传输矩阵A、B的关系可得：
    Figure PCTCN2022084561-appb-100012
    由式(13)可知
    Figure PCTCN2022084561-appb-100013
    结合式(7)a、b、c参数均可求出，另根据式(13)可求出α、β，如式(15)所示，随后将T参数转化为S参数，至此TL去嵌入完成
    Figure PCTCN2022084561-appb-100014
    Figure PCTCN2022084561-appb-100015
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