CN110850165B - 一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法，属于电子测量领域。本发明利用矢量拟合技术得到一组直流点，同时利用插值对原始频域测试数据进行处理获取另一组直流点，对这两个直流点进行加权平均，获取最终的直流点；提高了直流点的准确性，进而提高时域功能的测试精度；本发明提出了一种适用于矢网时域功能的频段扩展方法，可有效提高时域功能的时域分辨率，而无需采购频段更宽的矢网，减少了测试成本；本发明提出了一种网络参数的频率重采样与时域特性求取技术，可以获得被测对象任意时间长度的时域响应。

Description

一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法

技术领域

本发明属于领域，具体涉及一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法。

背景技术

传统的，矢量网络分析仪(以下简称“矢网”)是一种频域测试仪器，获取的是被测对象的频域网络参数特性，时域功能是矢网的一项扩展功能，它主要是利用频域与时域之间的数学关系，通过数学变换将频域测试数据变换到时域，进而分析被测对象的时域特性。目前，矢网的时域功能不具备频段扩展，测试频率点重采样的功能，同时，直流测试点也只是简单的采用插值方式获取。

矢网时域功能的应用范围非常广泛，典型的如线缆的故障点判断，通过时域功能可获取线缆沿轴线长度的电压分布，进一步根据电压的变化趋势可判断电容型、电感型或混合型的故障。

随着5G移动通信的快速推进，在移动互联网和物联网的带动下，用户对高速数据传输的速率要求越来越高，数字电路向高带宽化和高速率化发展，矢网时域功能被广泛用于高速数字电路设计，用于分析时域反射、串扰、抖动等信号完整性问题。其中，时域反射阻抗测试是通过使用时域反射计示波器来评估传输线路的常见方法。而基于矢网时域功能的时域反射阻抗测试作为一种这种时域分析的替代方法，具有动态范围大，测试误差小等优点，越来越受到人们的关注。

目前，具有时域功能的网络参数测试技术已经比较成熟，国外的是德科技公司、罗德与施瓦茨公司、安立公司，国内的中电科仪器仪表有限公司都推出了商业化的产品。但随着测试场景的发展，对矢网时域功能的两个核心指标：测试长度和时域的分辨率，要求越来越高。测试长度与矢网测试频率点之间的间隔成反比，时域分辨率与矢网测试的最大频宽成正比。另外，目前矢网是无法直接获取被测件直流点的测试数据的，需要通过低频点插值获得，如果插值的值不准确，则会影响最终的时域测试精度。

国内外矢量网络分析仪厂商的时域功能目前均不具备频段扩展，测试频率点重采样的功能，同时，直流测试点也只是简单的采用插值方式获取。

如果要获取更大的测试长度或更高的时域分辨率，只能采购频段更宽的矢网来完成，但目前矢网的频段是有限的同时采购频段更宽的矢网成本也会大幅增加。

直流点采用插值方式获取，容易受原始采用数据的噪声影响，进一步矢网时域功能获取的时域响应精度也会受到影响。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法，包括如下步骤：

步骤1：通过矢量网络分析仪获取被测件离散频点的S参数，具体形式如式(1)所示：

其中，

代表离散频率点组成的向量，f₁,f₂…f_N代表离散频率点，N代表离散频点S参数的个数，

代表不同离散频点对应的S参数组成的向量，s₁,s₂,…s_N代表不同离散频点的S参数值；

步骤2：采用矢量匹配算法对S参数进行拟合，得到被测件散射特性的解析表达式，具体如式(2)所示：

其中，g(s)代表被测件散射特性的解析表达式，s＝j2πf代表拉普拉斯变量，c_n代表第n个留数值，a_n代表第n个极点，d代表稳态响应值，N₁代表总极点的个数；

步骤3：矢量网络分析仪的时域测试的时间长度与S参数的离散频率点间隔成反比，时域分辨率与S参数的覆盖频率宽度成反比，根据用户设置时间长度和时域分辨率，得到所需要的离散频率点间隔Δf和频率宽度f_span，根据这两个值得到所需要的离散频率点的值，具体如式(3)所示：

其中，f_ext1＝Δf，f_ext2＝2Δf，f_span＝N₂Δf；

步骤4：将步骤3得到的离散频率点的值代入公式(1)，对被测件散射特性进行重采样，得到一组离散频率点的S参数，具体如式(4)所示：

其中，s_ext0＝g(0)，s_ext1＝g(j2πΔf)，s_extN2＝g(j2πN₂Δf)；

步骤5：根据步骤(1)中的原始数据的f₁、f₂、s₁和s₂，使用最小二乘法对原始频域测试数据处理求取直流点的插值s₀，然后与步骤4得到的直流值s_ext0进行加权平均，得到最终的直流点值s_final0，并将其代入公式(4)中，得到离散频率点的S参数，具体如式(5)所示：

步骤6：对式(5)利用傅里叶反变换算法，得到被测件的时域响应，积分后进一步得到阶跃响应。

本发明所带来的有益技术效果：

1)本发明提出了一种适用于矢网时域功能的直流点扩展方法，利用矢量拟合技术得到一组直流点，同时利用插值对原始频域测试数据进行处理获取另一组直流点，对这两个直流点进行加权平均，获取最终的直流点；提高了直流点的准确性，进而提高时域功能的测试精度。

2)本发明提出了一种适用于矢网时域功能的频段扩展方法，可有效提高时域功能的时域分辨率，而无需采购频段更宽的矢网，减少了测试成本。

3)本发明提出了一种网络参数的频率重采样与时域特性求取技术，可以获得被测对象任意时间长度的时域响应。

附图说明

图1为本发明方法实现的过程图。

图2为本发明方法的流程图。

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：

如图1和图2所示，一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法，包括如下步骤：

步骤1：通过矢量网络分析仪获取被测件离散频点的S参数，具体形式如式(1)所示：

其中，

代表离散频率点组成的向量，f₁,f₂…f_N代表离散频率点，N代表离散频点S参数的个数，

代表不同离散频点对应的S参数组成的向量，s₁,s₂,…s_N代表不同离散频点的S参数值；

步骤2：采用矢量匹配算法对S参数进行拟合，得到被测件散射特性的解析表达式，具体如式(2)所示：

其中，g(s)代表被测件散射特性的解析表达式，s＝j2πf代表拉普拉斯变量，c_n代表第n个留数值，a_n代表第n个极点，d代表稳态响应值，N₁代表总极点的个数；

步骤3：矢量网络分析仪的时域测试的时间长度与S参数的离散频率点间隔成反比，时域分辨率与S参数的覆盖频率宽度成反比，根据用户设置时间长度和时域分辨率，得到所需要的离散频率点间隔Δf和频率宽度f_span，根据这两个值得到所需要的离散频率点的值，具体如式(3)所示：

其中，f_ext1＝Δf，f_ext2＝2Δf，f_span＝N₂Δf；

步骤4：将步骤3得到的离散频率点的值代入公式(1)，对被测件散射特性进行重采样，得到一组离散频率点的S参数，具体如式(4)所示：

其中，s_ext0＝g(0)，s_ext1＝g(j2πΔf)，s_extN2＝g(j2πN₂Δf)；

步骤5：根据步骤(1)中的原始数据的f₁、f₂、s₁和s₂，使用最小二乘法对原始频域测试数据处理求取直流点的插值s₀，然后与步骤4得到的直流值s_ext0进行加权平均，得到最终的直流点值s_final0，并将其代入公式(4)中，得到离散频率点的S参数，具体如式(5)所示：

步骤6：对式(5)利用傅里叶反变换算法，得到被测件的时域响应，积分后进一步得到阶跃响应。

本发明的关键点和保护点：

1)技术的实现方案。本发明提出了一种适用于矢网时域功能的直流点和频段扩展方法，不同于传统矢网时域功能，本发明主要是利用矢量拟合技术对矢网测试得到的频域数据进行传递函数拟合，得到被测对象特性的关于频率的解析表达式，通过被测对象的传递函数求取直流点，同时利用插值对原始频域测试数据进行处理获取另一组直流点，对这两个直流点进行加权平均，获取最终的直流点；对于频段扩展，同样利用的是被测对象的传递函数，根据时域分辨率的要求，求取所需要频点的网络参数值。

2)网络参数的频率重采样与时域特性求取技术。根据测试时间长度和傅里叶反变换的要求，按等间距的频率间隔获取网络参数离散频点分布，将这些频点代入到被测对象的传递函数，获取离散点网络参数值，并对离散点网络参数按直流点为中轴做镜像变换，对镜像变换后的数据进行傅里叶反变换求取被测对象的时域冲击响应，进一步对冲击响应进行积分，获得时域单位阶跃响应。

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 (1)

1.一种适用于矢网时域功能的直流点求取和频段扩展方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：通过矢量网络分析仪获取被测件离散频点的S参数，具体形式如式(1)所示：

其中，

代表离散频率点组成的向量，f₁,f₂…f_N代表离散频率点，N代表离散频点S参数的个数，

代表不同离散频点对应的S参数组成的向量，s₁,s₂,…s_N代表不同离散频点的S参数值；

步骤2：采用矢量匹配算法对S参数进行拟合，得到被测件散射特性的解析表达式，具体如式(2)所示：

其中，g(s)代表被测件散射特性的解析表达式，s＝j2πf代表拉普拉斯变量，c_n代表第n个留数值，a_n代表第n个极点，d代表稳态响应值，N₁代表总极点的个数；

步骤3：矢量网络分析仪的时域测试的时间长度与S参数的离散频率点间隔成反比，时域分辨率与S参数的覆盖频率宽度成反比，根据用户设置时间长度和时域分辨率，得到所需要的离散频率点间隔Δf和频率宽度f_span，根据这两个值得到所需要的离散频率点的值，具体如式(3)所示：

其中，f_ext1＝Δf，f_ext2＝2Δf，f_span＝N₂Δf；

步骤4：将步骤3得到的离散频率点的值代入公式(1)，对被测件散射特性进行重采样，得到一组离散频率点的S参数，具体如式(4)所示：

其中，s_ext0＝g(0)，s_ext1＝g(j2πΔf)，

步骤5：根据步骤(1)中的原始数据的f₁、f₂、s₁和s₂，使用最小二乘法对原始频域测试数据处理求取直流点的插值s₀，然后与步骤4得到的直流值s_ext0进行加权平均，得到最终的直流点值s_final0，并将其代入公式(4)中，得到离散频率点的S参数，具体如式(5)所示：

步骤6：对式(5)利用傅里叶反变换算法，得到被测件的时域响应，积分后进一步得到阶跃响应。

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