CN113933631B - 一种多导体线缆电磁参数自动测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多导体线缆电磁参数自动测试方法，所述多导体线缆包括N根单导体线缆，N为大于等于2的正整数；每根单导体线缆均包括A端和B端，所述方法包括以下步骤：依次控制同一根单导体线缆的两端接入测试***，获取每根单导体线缆的第一散射参数和第二散射参数；根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数；获取所有组单导体线缆的多散射参数；获取多导体线缆的电磁参数。本发明通过实测法能反映真实的线缆的性能，利用矢量网络分析仪测试线缆的散射参数，通过推导散射参数和线缆电磁参数的关系，进而通过测试得到线缆的电磁参数。

Description

一种多导体线缆电磁参数自动测试方法

技术领域

本发明涉及多导体线缆参数测试领域，尤其涉及一种多导体线缆电磁参数自动测试方法。

背景技术

线缆线束作为电子电气设备和***的枢纽，用于实现不同***之间信息和能量的有效传输。线缆通常是以很多单根线捆扎成线缆束的形式存在于电子***设备壳体外部或内部，它们极易拾取由于设备等的电磁发射在空间形成的场，或者相互之间产生串扰，由于线缆耦合产生的感应电压和感应电流，会使线缆所连接的终端电路出现不期望的响应，导致电路性能降级，甚至引发电磁兼容故障。

在对实际线缆进行电磁兼容分析时，我们需要获取线缆的电磁参数，电磁参数的提取通常有近似解析法、数值计算法、实测法，近似解析法就是在忽略某些条件下对简化模型进行解析求解得到电磁参数，实际情况下的线缆不能完全满足简化模型的条件，所以解析法得到的电磁参数精确度不高；常见的数值分析法主要有差分法、变分法和有限元法，数值方法因为是全波方法，其计算量大。实际使用过程中的线缆，线缆自身的几何参数、物理参数，在使用、运输或存储的过程中会发生变化，实测法更能反映真实的线缆的性能。

因此，提供一种可以自动获取多导体线缆的电磁参数的测试方法，为线缆电磁兼容的研究提供可以量化的参数，属于本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多导体线缆电磁参数自动测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供一种多导体线缆电磁参数自动测试方法，所述多导体线缆包括N根单导体线缆，N为大于等于2的正整数，每根单导体线缆均包括A端和B端，所述方法包括以下步骤：

依次控制同一根单导体线缆的两端接入测试***，获取每根单导体线缆的第一散射参数和第二散射参数；

根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数；

进行组合控制：包括在控制任意两根单导体线缆的A端接入测试***、获取第三散射参数后，控制该两根单导体线缆中的其中一个单导体线缆的A端和另外一个单导体线缆的B端入测试***、获取第四散射参数；直到获取所有组单导体线缆的多散射参数，所述所有组定义为：任意一根单导体线缆均参与过组合；

根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容。

进一步地，所述测试***包括计算机、第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪；所述第一射频开关用于控制每根单导体线缆的A端接入，所述第二射频开关用于控制每根单导体线缆的B端接入；所述矢量网络分析仪的分别与第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数；所述计算机分别与矢量网络分析仪、第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数并进行计算、以及通过对第一射频开关和第二射频开关的控制从而控制单导体线缆的接入。

进一步地，所述计算机通过Usb接口和第一射频开关、第二射频开关、矢量网络分析仪相连；计算机利用Matlab完成对第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪的控制。

进一步地，所述根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数，包括以下公式：

式中，S₁₁为第一散射参数，S₂₁为第二散射参数，Z_c为单导体线缆的特征阻抗，Z₀为矢量网络分析仪端口的阻抗，β为单导体线缆的相位常数，l为单导体线缆的线缆长度。

进一步地，所述矢量网络分析仪端口的阻抗为50Ω。

进一步地，根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容，包括：

计算得到各组单导体线缆的互电感和互电容的集合，求平均值作为多导体线缆电磁参数的互电感和互电容；每组单导体线缆的互电感和互电容的计算方式包括以下步骤，

利用得到的散射参数可以得到中间参量：

式中，S₃₁为第三散射参数，S₄₁为第四散射参数，Z_c1和Z_c2分别为待计算两根单导体线缆的特征阻抗，β₁为第一单导体线缆的相位常数；

利用(5)(6)作为已知量得到(7)(8)：

a_s＝T₁/a_2R (7)

b_s＝T₁/b_2L (8)

其中，

根据(4)(5)(7)(8)得到：

根据式(9)(10)，将中间量带入得到：

t_b＝T_b/K₂

t_f＝T_f/K₁

其中，

最终求得耦合电磁参数：

式中，f为频率。

本发明的有益效果是：

(1)在本发明的一示例性实施例中，通过实测法能反映真实的线缆的性能，利用矢量网络分析仪测试线缆的散射参数，通过推导散射参数和线缆电磁参数的关系，进而通过测试得到线缆的电磁参数。

(2)在本发明的又一示例性实施例中，公开了测试***的具体实现方式、以及测试***中计算机与其他部分的具体连接方式。

(3)在本发明的又一示例性实施例中，公开了各个步骤的具体实现方式。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例公开的方法流程图；

图2为本发明一示例性实施例公开的测试***结构示意图；

图3为本发明一示例性实施例公开的单导体线缆的端口编号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，图1示出了本发明一示例性实施例中提供的一种多导体线缆电磁参数自动测试方法，所述多导体线缆包括N根单导体线缆，N为大于等于2的正整数，每根单导体线缆均包括A端和B端，所述方法包括以下步骤：

S1：依次控制同一根单导体线缆的两端接入测试***，获取每根单导体线缆的第一散射参数和第二散射参数；

S2：根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数；

S3：进行组合控制：包括在控制任意两根单导体线缆的A端接入测试***、获取第三散射参数后，控制该两根单导体线缆中的其中一个单导体线缆的A端和另外一个单导体线缆的B端入测试***、获取第四散射参数；直到获取所有组单导体线缆的多散射参数，所述所有组为：任意一根单导体线缆均参与过组合；

S4：根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容。

具体地，在该示例性实施例中，通过实测法能反映真实的线缆的性能，利用矢量网络分析仪测试线缆的散射参数，通过推导散射参数和线缆电磁参数的关系，进而通过测试得到线缆的电磁参数。

对于步骤S3中的说明，例如有5根单导体线缆，可以按照为1+2、2+3、3+4、4+5的形式进行组合；也可以是1+3，1+2，1+4，1+5的组合形式；还可以是1+3，3+4，3+2，2+5的组合形式。即任意有关联即可。

更优地，在一示例性实施例中，如图2所示，所述测试***包括计算机、第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪；所述第一射频开关用于控制每根单导体线缆的A端接入，所述第二射频开关用于控制每根单导体线缆的B端接入；所述矢量网络分析仪的分别与第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数；所述计算机分别与矢量网络分析仪、第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数并进行计算、以及通过对第一射频开关和第二射频开关的控制从而控制单导体线缆的接入。

更为具体地，所述计算机通过Usb接口和第一射频开关、第二射频开关、矢量网络分析仪相连；计算机利用Matlab完成对第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪的控制。另外，射频开关和多导体线缆之间还可以设置有转接盒。

在下述示例性实施例中，如图3所示，首先给N根单导体线缆的端口进行编号，同一根单导体线缆的端口号连续，不同根线缆的同一侧端口号相差2，分别编号1、2、3…2N-2、2N-1、2N，N≥2，N为正整数(单数为A端，双数为B端)。

对于步骤S1的实现，具体为：对于第一根单导体线缆，连接到编号为1、2的同一根多导体线缆的两端，获得第一散射参数S₁₁和第二散射参数S₂₁；重复上述内容多次直到获取N根单导体线缆的第一散射参数和第二散射参数。

对于步骤S2的实现，在一优选示例性实施例中，对于第一根单导体线缆，所述根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数，包括以下公式：

式中，S11为第一散射参数，S21为第二散射参数，Z_c为单导体线缆的特征阻抗，Z₀为矢量网络分析仪端口的阻抗(在一示例性实施例中，所述矢量网络分析仪端口的阻抗为50Ω)，β为单导体线缆的相位常数，l为单导体线缆的线缆长度。

在另外的示例性实施例中，还包括计算相速v：

v＝2πf/β

式中，f表示频率。

其他单导体线缆的电磁参数方法相同，例如对于第一根单导体线缆和第二根单导体线缆，可以计算得到两根线缆的特征阻抗分别为Z_c1和Z_c2，相位常数分别为β₁和β₂。

对于步骤S3的实现，以第一根单导体线缆和第二根单导体线缆为例，使得线缆端口1和3接入矢量网络分析仪，测得第三散射参数S₃₁；使得线缆端口1和4接入矢量网络分析仪，测得散射参数S₄₁。其他组单导体线缆组的计算方式相同。

而在一示例性实施例中，所有组都是前一根线缆和后一根线缆进行计算：即获得任意两根线缆

的散射参数S_j,i和S_j+1,i，自动存储数据到计算机中，i,j＝1,3,5…2N-1。

对于步骤S4的实现，所述根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容，包括：

计算得到各组单导体线缆的互电感和互电容的集合，求平均值作为多导体线缆电磁参数的互电感和互电容；每组单导体线缆的互电感和互电容的计算方式(以第一根单导体线缆和第二根单导体线缆为例，)包括以下步骤，

利用得到的散射参数可以得到中间参量：

式中，S₃₁为第三散射参数，S₄₁为第四散射参数，Z_c1和Z_c2分别为待计算两根单导体线缆的特征阻抗，β₁为第一单导体线缆的相位常数；

利用(5)(6)作为已知量得到(7)(8)：

a_s＝T₁/a_2R (7)

b_s＝T₁/b_2L (8)

其中，

根据(4)(5)(7)(8)得到：

根据式(9)(10)，将中间量带入得到：

t_b＝T_b/K₂

t_f＝T_f/K₁

其中，

最终求得耦合电磁参数：

式中，f为频率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种多导体线缆电磁参数自动测试方法，所述多导体线缆包括N根单导体线缆，N为大于等于2的正整数；每根单导体线缆均包括A端和B端，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

依次控制同一根单导体线缆的两端接入测试***，获取每根单导体线缆的第一散射参数和第二散射参数；

根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数；

进行组合控制：包括控制任意两根单导体线缆的A端接入测试***、获取第三散射参数后，控制该两根单导体线缆中的其中一个单导体线缆的A端和另外一个单导体线缆的B端入测试***、获取第四散射参数；直到获取所有组单导体线缆的多散射参数，所述所有组定义为：任意一根单导体线缆均参与过组合；

根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容；

所述测试***包括计算机、第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪；所述第一射频开关用于控制每根单导体线缆的A端接入，所述第二射频开关用于控制每根单导体线缆的B端接入；所述矢量网络分析仪的分别与第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数；所述计算机分别与矢量网络分析仪、第一射频开关、第二射频开关连接，用于获取测试参数并进行计算、以及通过对第一射频开关和第二射频开关的控制从而控制单导体线缆的接入；

所述根据散射参数和线缆长度，计算每根单导体线缆的电磁参数，所述电磁参数包括特征阻抗和相位常数，包括以下公式：

式中，S₁₁为第一散射参数，S₂₁为第二散射参数，Z_c为单导体线缆的特征阻抗，Z₀为矢量网络分析仪端口的阻抗，β为单导体线缆的相位常数，l为单导体线缆的线缆长度；

所述根据所述单导体线缆的电磁参数和所有组单导体线缆的多散射参数，获取多导体线缆的电磁参数，所述多导体线缆的电磁参数包括互电感和互电容，包括：

计算得到各组单导体线缆的互电感和互电容的集合，求平均值作为多导体线缆电磁参数的互电感和互电容；每组单导体线缆的互电感和互电容的计算方式包括以下步骤，

利用得到的散射参数可以得到中间参量：

式中，S₃₁为第三散射参数，S₄₁为第四散射参数，Z_c1和Z_c2分别为待计算两根单导体线缆的特征阻抗，β₁为第一单导体线缆的相位常数；

利用(5)(6)作为已知量得到(7)(8)：

a_s＝T₁/a_2R (7)

b_s＝T₁/b_2L (8)

其中，

根据(4)(5)(7)(8)得到：

根据式(9)(10)，将中间量带入得到：

t_b＝T_b/K₂

t_f＝T_f/K₁

其中，

最终求得耦合电磁参数：

式中，f为频率。

2.根据权利要求1所述的多导体线缆电磁参数自动测试方法，其特征在于：所述计算机通过Usb接口和第一射频开关、第二射频开关、矢量网络分析仪相连；计算机利用Matlab完成对第一射频开关、第二射频开关和矢量网络分析仪的控制。

3.根据权利要求1所述的多导体线缆电磁参数自动测试方法，其特征在于：所述矢量网络分析仪端口的阻抗为50Ω。

Images