CN115047247A - 一种低阻条件下无源rc积分器参数的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，可在网络分析仪不配备阻抗变换器的情况下对积分时间、上限频率等参数同时进行测量，解决现有的测量无源RC积分器参数的方法，在不具备阻抗变换器的情况下，对无源RC积分器参数，难以实现简单且精准测量的技术问题。本发明提供的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，包括以下步骤：步骤1、建立无源RC积分器参数测试平台；步骤2、定义无源RC积分器的输出端初始阻抗为R₁₁，扫频得到传递函数A₁₁；步骤3、调整无源RC积分器的输出阻抗为R₁₂，扫频得到传递函数A₁₂；步骤4、计算积分时间τ_f；步骤5、绘制τ_f‑f曲线；步骤6、求积分时间τ；步骤7、求上限频率f_b。

Description

一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法

技术领域

本发明涉及一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，可在网络分析仪不配备阻抗变换器的情况下对积分时间、上限频率等参数同时进行测量。

背景技术

脉冲功率装置中针对高压脉冲的电压电流测量，经常会采用微分型电压电流探头，所获得的微分信号经过数值积分或无源RC积分器可将信号复原。无源RC积分器具有方法直接、结构简单、制作简便及使用灵活的优点；当参数设置合理时，可以较好解决微分信号基线漂移问题，在脉冲功率装置中得到普遍使用。通常关注的无源RC积分器参数包括积分时间τ＝RC，下限频率f_a和上限频率f_b等。其中f_a可由τ直接推导而得，需要实验测定的为τ和f_b。

利用网络分析仪可以同时测量τ和f_b，是无源RC积分器参数测量中常用的方法。但无源RC积分器输出端需接高阻(通常为1MΩ)，而网络分析仪输入端为低阻(50Ω)，需要配备阻抗变换器实现高阻-低阻转换才能进行无源RC积分器参数测量。对于不具备阻抗变换器的实验室而言，需要一个能在低阻状态下测量无源RC积分器参数的方法支持，而目前尚无低阻状态下测量无源RC积分器参数方法的报道。

无源RC积分器工作电路，参见图1，图中R为积分电阻，C为积分电容，R₀为输入端匹配电阻，Z为输出端反射匹配电阻，R₁为无源RC积分器负载。若无源RC积分器输出端无反射匹配电阻Z，则在f足够大的情况下，无源RC积分器传递函数与高阻状态相同，可利用直线段直接计算积分时间。而在反射匹配电阻Z存在的情况下，两个传递函数不存在此种关系，不能直接测量无源RC积分器参数。而可行的测量无源RC积分器参数方法有三种，如下：

一是测量各组件值，利用τ＝RC计算积分时间。由于输出端反射匹配电阻Z不是必要元件，且从无源RC积分器端口无法判断反射匹配电阻Z是否存在，此时不能从无源RC积分器端口直接测出R、C真实值，故需对无源RC积分器进行拆解后测量。

二是对已知信号进行积分，利用积分结果计算积分时间。需先获取无源RC积分器带宽，再选择合适信号进行分析计算，其步骤较为复杂。

三是在无源RC积分器制作时或验收时已记录反射匹配电阻Z，此时可将高频下的传递函数乘以(Z+R₁)/R₁来得到高阻状态下的传递函数，进而得到无源RC积分器积分时间。但在长时间使用后，反射匹配电阻Z值可能发生变化，测量精度不可控。若需明确测量精度必须拆解无源RC积分器来重新获得反射匹配电阻Z的值。

综上所述，目前现有的测量无源RC积分器参数的方法，在不具备阻抗变换器的情况下，对无源RC积分器参数难以实现简单且精准的测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有的测量无源RC积分器参数的方法，在不具备阻抗变换器的情况下，对无源RC积分器参数难以实现简单且精准测量的技术问题，而提供一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、使用网络分析仪，建立无源RC积分器参数测试平台；

步骤2、定义无源RC积分器的初始阻抗为R₁₁，利用网络分析仪的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₁；

步骤3、调整无源RC积分器的输出阻抗R₁₂，利用网络分析仪的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₂；

步骤4、计算随无源RC积分器的输入端馈入信号频率f变化的积分时间τ_f

步骤5、绘制τ_f-f曲线；

步骤6、根据τ_f-f曲线获取平均值

即为无源RC积分器的积分时间τ；

步骤7、取τ_f-f曲线高频侧，偏离平均值

的频率点作为上限频率f_b。

进一步地，步骤1具体为：

1.1)利用网络分析仪发射端口Port1连接无源RC积分器的输入端；

1.2)利用网络分析仪接收端口Port2连接无源RC积分器的输出端，获得无源RC积分器参数测试平台。

进一步地，步骤1.2)中，无源RC积分器参数包括积分时间τ与上限频率f_b。

进一步地，步骤3中，调整无源RC积分器的输出阻抗R₁₂的方法具体为：

给无源RC积分器输出端并联外部负载，获得无源RC积分器的输出阻抗R₁₂。

进一步地，步骤6具体为：

获取τ_f-f曲线中与坐标轴f平行部分的τ_f值，取平均值得到

并将平均值

作为无源RC积分器的积分时间τ。

进一步地，步骤2中，R₁₁取值为50Ω，步骤3中，R₁₂取值为25Ω。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1、本发明一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，可在网络分析仪不配备阻抗变换器的情况下，通过改变无源RC积分器输出端负载的方式，从两组传递函数中直接对无源RC积分器的积分时间、上限频率同时进行测量。

2、本发明不必对无源RC积分器进行拆解，可同时测量无源RC积分器的积分时间和上限频率，简化了测量过程。

3、本发明所涉及的负载阻抗可以直接测量，其测量精度可控。

4、不需测量反射匹配电阻Z值，便于无源RC积分器定期检验。

5、本方法不依赖于阻抗变换器，使其适用面更广。

附图说明

图1为现有无源RC积分器工作电路示意图。

图2为本发明无源RC积分器参数测试平台示意图，其中，Port1为发射端口，Port2为接收端口；

图2的附图标记为：

1-网络分析仪，2-无源RC积分器，3-三通，4-外部负载。

图3为本发明实施例中网络分析仪扫频示意图，其中A₁₁为无源RC积分器初始阻抗为50Ω时的传递函数，A₁₂为无源RC积分器输出阻抗为25Ω时的传递函数。

图4为本发明实施例中τ_f-f曲线示意图，其中，τ_f为随无源RC积分器的输入端馈入信号频率f变化的积分时间，f为无源RC积分器的输入端馈入信号频率，f_b为上限频率。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明提出的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，包括以下步骤：

(1)如图2所示，使用网络分析仪1，建立无源RC积分器2参数测试平台；

将网络分析仪1的发射端口Port1连接无源RC积分器2的输入端，网络分析仪1的接收端口Port2通过三通3连接无源RC积分器2的输出端，信号传输方向为从网络分析仪1发射端口Port1经无源RC积分器2至网络分析仪1接收端口Port2；

(2)当三通3输出端不接外部负载4时，无源RC积分器2的初始阻抗为R₁₁，在此条件下，利用网络分析仪1的S21参数测试功能，通过扫频获得传递函数A₁₁。

(3)对三通3输出端接外部负载4时，通过将R₁₁两端并联电阻的方法，改变无源RC积分器2的输出阻抗，此时无源RC积分器2的输出阻抗为R₁₂，在此条件下，利用网络分析仪1的S21参数测试功能，通过扫频获得传递函数A₁₂。

(4)利用下式计算随无源RC积分器2的输入端馈入信号频率f变化的积分时间τ_f

在一种特殊情况下，如若步骤3中，无源RC积分器2输出端并联外部负载4时，选用电阻阻值＝R₁₁，此时公式(1)可简化为：

将传递函数A₁₁与传递函数A₁₂代入公式(2)，得到随频率f变化的积分时间τ_f；

(5)绘制τ_f-f曲线；

(6)将τ_f-f曲线中，取“平坦”部分(即τ_f-f曲线中与坐标轴f近于平行的部分)平均值

即为无源RC积分器2的积分时间τ。

(7)取τ_f-f曲线高频侧，偏离平均值

的频率点作为上限频率f_b。

为进一步说明本发明提出的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，本实施例采用网络分析仪1进行测量举例说明，其测试步骤如下：

1、将网络分析仪1的发射端口Port1连接无源RC积分器2的输入端，网络分析仪1的接收端口Port2通过三通3连接无源RC积分器2的输出端，馈入信号的传输方向为从网络分析仪1发射端口Port1经无源RC积分器2至网络分析仪1接收端口Port2，建立无源RC积分器2参数测试平台；

2、如图3所示，利用网络分析仪1的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₁，此时使用网络分析仪1测量时，无源RC积分器2的输出端初始阻抗R₁₁为50Ω。

3、可考虑在无源RC积分器2的输出端并联一个50Ω的外部负载4，使得无源RC积分器的输出阻抗R₁₂＝25Ω，利用网络分析仪1的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₂，如图3所示；

4、将传递函数A₁₁与传递函数A₁₂代入式(2)；

5、绘制τ_f-f曲线，如图4所示，从图4的τ_f-f曲线示意图中，可以看出τ_f为随频率f变化的积分时间，f为无源RC积分器2的输入端馈入信号频率，f_b为上限频率。理想情况下，无源RC积分器2的τ-f曲线应是一条与f轴平行的直线，各频率f下均有相同的积分时间τ。但实际上的τ_f-f曲线仅有一段是与f轴近于平行，低频段受无源RC积分器2结构参数影响、高频段受无源RC积分器2杂散参数影响，均相对理想的积分时间值有所偏离。因此，图4中只有中间近于平行于f轴的部分才能较为准确的反映积分时间。具体计算方法是把这一部分求平均，将平均值作为无源RC积分器2的积分时间。

6、将τ_f-f曲线中，取“平坦”部分的平均值得到无源RC积分器2积分时间τ，高频端偏离平均值3dB的频点作为上限频率f_b。

Claims (6)

1.一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、使用网络分析仪，建立无源RC积分器参数测试平台；

步骤2、定义无源RC积分器的初始阻抗为R₁₁，利用网络分析仪的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₁；

步骤3、调整无源RC积分器的输出阻抗R₁₂，利用网络分析仪的S21参数测试功能，扫频得到传递函数A₁₂；

步骤4、计算随无源RC积分器的输入端馈入信号频率f变化的积分时间τ_f

步骤5、绘制τ_f-f曲线；

步骤6、根据τ_f-f曲线获取平均值

即为无源RC积分器的积分时间τ；

步骤7、取τ_f-f曲线高频侧，偏离平均值

3dB的频率点作为上限频率f_b。

2.根据权利要求1所述的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于，步骤1具体为：

1.1)利用网络分析仪发射端口Port1连接无源RC积分器的输入端；

1.2)利用网络分析仪接收端口Port2连接无源RC积分器的输出端，获得无源RC积分器参数测试平台。

3.根据权利要求2所述的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于：步骤1.2)中，所述无源RC积分器参数包括积分时间τ与上限频率f_b。

4.根据权利要求3所述的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于，步骤3中，所述调整无源RC积分器的输出阻抗R₁₂的方法具体为：

给无源RC积分器输出端并联外部负载，获得无源RC积分器的输出阻抗R₁₂。

5.根据权利要求4所述的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于：步骤6具体为：

获取τ_f-f曲线中与坐标轴f平行部分的τ_f值，取平均值得到

并将平均值

作为无源RC积分器的积分时间τ。

6.根据权利要求5所述的一种低阻条件下无源RC积分器参数的测试方法，其特征在于：步骤2中，所述R₁₁取值为50Ω，步骤3中，所述R₁₂取值为25Ω。

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