CN104297597B - 一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法。该方法通过利用矢量网络分析仪对整个夹具***进行测量，然后通过把S参数转换为链形散射参数，利用网络级联及矩阵运算，得到被测件的链形散射参数，转换链形散射参数为S参数，即可得到被测件的真实值，有效的简化了非标准接头器件的测量过程，能实时快速地获取去嵌入后的被测件S参数，从而避免了传统方法中的实现困难及繁琐步骤。另外，采用本发明方法，无需制作非标准接头的校准件、以及进行复杂耗时的建模仿真，而且本发明方法可以编程嵌入到矢量网络分析仪上，从而实现实时、快速地显示测量结果，利于大规模的生产和测试。

Description

一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法

技术领域

本发明涉及一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法。

背景技术

在射频电路设计及测量过程中，进行非标准连接头器件测量时，通常需要在矢量网络分析仪和被测件之间连接夹具，这样会导致校准端面(夹具与矢量网络分析仪连接处)与测量端面(夹具与被测件连接处)不是同一个端面，要得到被测件的真实值，必须要去除夹具的效应。去除夹具效应的方法通常有两种：一种是自定义非标准接头的校准件，通常有开路-短路-负载-直通(SOLT校准)和直通-反射-传输线(TRL校准)，直接在测量端面上进行校准；另一种是对夹具进行仿真，再利用仿真得到的S参数与矢量网络分析仪测量得到的S参数进行计算，从而进行被测件的S参数。然而上述两种方法在实际应用中具有如下不足：一是校准件的制作及定标非常困难，指标精度很难达到测量要求；二是夹具多样、建模仿真困难，夹具的实际参数与仿真的理论值会有相当的偏差，且不能实时得到测量结果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法，该方法利用参数转换和网络级联运算，能够有效简化非标准接头被测件的测量过程，便于实时快速的获取去嵌入后的被测件的S参数。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法，在矢量网络分析仪与被测件的第一端口之间设置第一夹具，在矢量网络分析仪与被测件的第二端口之间设置第二夹具；

包括如下步骤：

a、定义第一夹具的S参数为S₁、第二夹具的S参数为S₂、以及第一夹具、被测件和第二夹具的总体的S参数为S_all，并通过矢量网络分析仪直接测量获得S_all值；

其中，S参数的通用矩阵表达式为：

b、定义T参数为链形散射参数，且T参数的通用矩阵表达式为：则S参数与T参数存在如下转换关系，即：

其中，ΔS＝S₁₁S₂₂-S₁₂S₂₁； (1)

其中，ΔT＝T₁₁T₂₂-T₁₂T₂₁； (2)

利用公式(1)，将步骤a中的S₁、S₂、S_all值分别转换为T₁、T₂和T_all值；

其中，T₁为第一夹具的T参数矩阵，T₂为第二夹具的T参数矩阵，T_all为第一夹具、被测件和第二夹具的总体的T参数矩阵；

c、定义T_DUT为被测件的T参数矩阵，则T_DUT与T₁、T₂、T_all存在如下关系，即：

T_all＝T₁.T_DUT.T₂， (3)

上述公式(3)通过矩阵的求逆运算，得到：

T_DUT＝T₁ ^-1.T_all.T₂ ^-1； (4)

将步骤b中得到的T₁、T₂和T_all值代入上述公式(4)中，得到T_DUT值；

d、将步骤c中得到的T_DUT值代入上述公式(2)，得到被测件的S参数S_DUT。

本发明具有如下优点：

本发明提供一种实时、快速的夹具去嵌入方法，以实现校准面延伸至测量端面。相比传统的方法，本发明方法通过利用参数转换和网络级联运算，可以很容易地求出被测件的S参数，有效的简化了非标准接头器件的测量过程，能实时快速地获取去嵌入后的被测件S参数，从而避免了传统方法中的实现困难及繁琐步骤。另外，采用本发明方法，无需制作非标准接头的校准件、以及进行复杂耗时的建模仿真，而且本发明方法可以编程嵌入到矢量网络分析仪上，从而实现实时、快速地显示测量结果，利于大规模的生产和测试。

附图说明

图1为本发明中去嵌入网络的模型示意图；

图2为本发明中双端口去嵌入计算流程示意图；

图3为A、B两个网络的级联示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的基本思想是：通过利用矢量网络分析仪对整个夹具***(包括被测件和夹具)进行测量，然后通过把S参数转换为链形散射参数T，利用网络级联及矩阵运算，得到被测件的链形散射参数T，转换链形散射参数T为S参数，即可得到被测件的真实值。

结合图1所示，在进行非标准连接头器件测量时，通常需要在矢量网络分析仪与被测件之间连接夹具。对于具有双端口的被测件而言，在矢量网络分析仪与被测件1的第一端口之间设置第一夹具2，在矢量网络分析仪与被测件1的第二端口之间设置第二夹具3。

从图2的计算流程中可以看出，首先获取第一夹具2的S参数和第二夹具3的S参数，并通过矢量网络分析仪直接测量得到第一夹具2、被测件1和第二夹具3的S参数，结合参数转换和网络级联运算，最终得到被测件1的S参数。

此处，第一夹具2的S参数和第二夹具3的S参数均为已知值，可以通过测量得到或由夹具厂商提供。

本发明的关键是S参数与T参数的相互转换、网络级联运算。因此，可以将本发明分成两部分：1、S参数与T参数之间的相互转换；2、网络级联运算。

1、S参数与T参数之间的相互转换

为了将S参数的概念推广到级联网络的情况，最有效的方法是按照输入、输出端口分类重写功率波关系，其结果就是所谓的链形散射矩阵：

$\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ b_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b}_2\\ a_2\end{array}\right]---\left(1.1\right)$

显然，两个二端口网络的级联即成为简单的相乘。如图3所示，其中网络A(由矩阵[T]_A表示)与网络B(由矩阵[T]_B)表示)相连。

如果网络A、B由如下关系描述：

$\left[\begin{array}{c}{a_1}^A\\ {b_1}^A\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{T_{11}}^A& {T_{12}}^A\\ {T_{21}}^A& {T_{22}}^A\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b_2}^A\\ {a_2}^A\end{array}\right]---\left(1.2\right)$

根据图3中关于各参数的规定，则：

$\left[\begin{array}{c}{a_1}^B\\ {b_1}^B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{T_{11}}^B& {T_{12}}^B\\ {T_{21}}^B& {T_{22}}^B\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b_2}^B\\ {a_2}^B\end{array}\right]---\left(1.3\right)$

所以，就整个***而言，可得：

$\left[\begin{array}{c}{b_2}^A\\ {a_2}^A\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a_1}^B\\ {b_1}^B\end{array}\right]---\left(1.4\right)$

$\left[\begin{array}{c}{a_1}^A\\ {b_1}^A\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{T_{11}}^A& {T_{12}}^A\\ {T_{21}}^A& {T_{22}}^A\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{T_{11}}^B& {T_{12}}^B\\ {T_{21}}^B& {T_{22}}^B\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b_2}^B\\ {a_2}^B\end{array}\right]---\left(1.5\right)$

此式，即待求矩阵的乘法表达，由此可将S参数矩阵和T参数矩阵做相互转换，以计算T₁₁为例：

$T_{11}=\frac{a_1}{b_2}{|}_{a_2=0}=\frac{a_1}{S_{21}{a}_1}=\frac{1}{S_{21}}---\left(1.6\right)$

同理：

$T_{12}=-\frac{S_{22}}{S_{21}},T_{21}=\frac{S_{11}}{S_{21}},T_{22}=\frac{-(S_{11}{S}_{22}-S_{12}{S}_{21})}{S_{21}}---\left(1.7\right)$

反之，当已知T参数并需要转换为S参数时，可得如下关系：

$S_{11}=\frac{T_{21}}{T_{11}},S_{21}=\frac{1}{T_{11}},S_{12}=\frac{T_{11}{T}_{22}-T_{21}{T}_{12}}{T_{11}},S_{22}=-\frac{T_{12}}{T_{11}}---\left(1.8\right)$

综上，S参数与T参数之间的转换关系表示如下：

$T=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{S_{21}}\left[\begin{array}{cc}1& -S_{22}\\ S_{11}& -\mathrm{\Δ}S\end{array}\right]---\left(1.9\right)$

其中，ΔS＝S₁₁S₂₂-S₁₂S₂₁。

$S=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11}& S_{12}\\ S_{21}& S_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{T_{11}}\left[\begin{array}{cc}{T}_{21}& \mathrm{\Δ}T\\ 1& -T_{12}\end{array}\right]---\left(1.10\right)$

其中，ΔT＝T₁₁T₂₂-T₁₂T₂₁。

2、网络级联运算

由于S参数不能进行级联，而T参数可以，因此将S参数转换为T参数后，就可以很方便地利用矩阵运算求出被测件1的T参数。

由图1可以得到对应的T参数矩阵关系式：

T_all＝T₁.T_DUT.T₂ (2.1)

其中，T₁为第一夹具2的T参数矩阵，T₂为第二夹具3的T参数矩阵，T_all为第一夹具2、被测件1和第二夹具3的总体的T参数矩阵，T_DUT为被测件1的T参数矩阵；

通过矩阵的求逆运算可以得到：

T_DUT＝T₁ ^-1.T_all.T₂ ^-1 (2.2)

通过公式(1.9)可以把第一夹具2的S参数S₁、第二夹具3的S参数S₂、以及第一夹具2、被测件1和第二夹具3的总体的S参数S_all分别转换为第一夹具2的T参数矩阵T₁、第二夹具3的T参数矩阵T₂、第一夹具2、被测件1和第二夹具3的总体的T参数矩阵T_all；

然后利用公式(2.2)可以计算出被测件1的T参数T_DUT，最后利用公式(1.10)即可求出被测件1的S参数S_DUT。

当然，以上仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，需要说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、或明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (1)

1.一种移除双端口网络中测试夹具效应的新方法，在矢量网络分析仪与被测件的第一端口之间设置第一夹具，在矢量网络分析仪与被测件的第二端口之间设置第二夹具；

其特征在于，包括如下步骤：

a、定义第一夹具的S参数为S₁、第二夹具的S参数为S₂、以及第一夹具、被测件和第二夹具的总体的S参数为S_all，并通过矢量网络分析仪直接测量获得S_all值；

其中，S参数的通用矩阵表达式为：

b、定义T参数为链形散射参数，且T参数的通用矩阵表达式为：则S参数与T参数存在如下转换关系，即：

其中，ΔS＝S₁₁S₂₂-S₁₂S₂₁； (1)

其中，ΔT＝T₁₁T₂₂-T₁₂T₂₁； (2)

利用公式(1)，将步骤a中的S₁、S₂、S_all值分别转换为T₁、T₂和T_all值；

其中，T₁为第一夹具的T参数矩阵，T₂为第二夹具的T参数矩阵，T_all为第一夹具、被测件和第二夹具的总体的T参数矩阵；

c、定义T_DUT为被测件的T参数矩阵，则T_DUT与T₁、T₂、T_all存在如下关系，即：

T_all＝T₁.T_DUT.T₂， (3)

上述公式(3)通过矩阵的求逆运算，得到：

T_DUT＝T₁ ^-1.T_all.T₂ ^-1； (4)

将步骤b中得到的T₁、T₂和T_all值代入上述公式(4)中，得到T_DUT值；

d、将步骤c中得到的T_DUT值代入上述公式(2)，得到被测件的S参数S_DUT。