本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，很多應(yīng)用于無(wú)線通信和雷達(dá)的微波器件都帶有四個(gè)甚至更多端口，使用四端口的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試這些器件需要多次連接才能完成散射參數(shù)的表征。在科研生產(chǎn)中，在高精度和高可重復(fù)性的基礎(chǔ)上快速完成測(cè)試，以提高生產(chǎn)效率。測(cè)試的總體效率取決于器件的連接速度，以及系統(tǒng)從一個(gè)測(cè)量路徑轉(zhuǎn)換到另一個(gè)測(cè)量路徑并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的速度。

隨著信息服務(wù)業(yè)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)字工程師開(kāi)始使用4端口高性能矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行高速背板、高速數(shù)字電纜、高速連接器、高速PCB的信號(hào)完整性測(cè)量和分析。互連的數(shù)字信號(hào)速率不高時(shí)，一般用差分阻抗參數(shù)即可表征，用時(shí)域反射計(jì)(TDR)進(jìn)行測(cè)量和分析即可滿足要求。但當(dāng)信號(hào)速率達(dá)到6.25Gbps，甚至10Gbps、25Gbps后，系統(tǒng)的微波效應(yīng)表現(xiàn)出來(lái)，阻抗參數(shù)模型過(guò)于簡(jiǎn)化，不足于表征高速互連性能，而混合模式S參數(shù)(即散射參數(shù))則可以精確的像衡量微波系統(tǒng)一樣來(lái)衡量高速互連的性能。此時(shí)，高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀就成為一個(gè)必不可少的工具。隨著服務(wù)器，交換機(jī)、高速電纜和連接器中多端口傳輸應(yīng)用越來(lái)越多，如何使用4端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行高精度的多端口(＞4)散射參數(shù)測(cè)試受到技術(shù)人員的關(guān)注。

目前，主流的幾個(gè)電子測(cè)試儀器廠商中，例如是德公司(前身安捷倫公司)，德國(guó)羅德與施瓦茨公司和日本安立公司均未在其四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀加入多端口散射參數(shù)測(cè)試功能。

現(xiàn)有技術(shù)方案存在以下不足：

(1)現(xiàn)有的四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不支持多次測(cè)量后S參數(shù)矩陣的組合功能，對(duì)于多端口器件測(cè)試無(wú)法做到一鍵測(cè)試得到最終多端口的S參數(shù)；

(2)使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀+S參數(shù)擴(kuò)展裝置的多端口測(cè)試方案硬件成本高，而且校準(zhǔn)復(fù)雜且時(shí)間長(zhǎng)；

(3)現(xiàn)有的方案中，基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀多次測(cè)試，然后將S參數(shù)矩陣手動(dòng)組合成多端口S參數(shù)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，非測(cè)試端口不理想匹配會(huì)影響測(cè)試精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)多端口散射參數(shù)矩陣進(jìn)行分塊，使用四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀多次測(cè)量不同端口的散射參數(shù)矩陣進(jìn)行組合，并通過(guò)校準(zhǔn)算法對(duì)組合后的矩陣進(jìn)行精度提升，獲得多端口散射參數(shù)。

可選地，上述基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法，包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取SNP格式的被測(cè)件S參數(shù)，并將其以S參數(shù)分塊矩陣的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；參數(shù)檢查模塊，用于判斷數(shù)據(jù)獲取模塊得到的S參數(shù)矩陣是否滿足無(wú)源性，如果S參數(shù)矩陣不滿足無(wú)源性時(shí)，利用內(nèi)差補(bǔ)償算法對(duì)S參數(shù)矩陣進(jìn)行特性修正；S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)模塊，利用S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)算法，將所有測(cè)得S參數(shù)分塊矩陣重新歸一化，消除測(cè)量中非量測(cè)端口非理想匹配的影響；多端口組合控制模塊，用于提示用戶連接端口順序和編號(hào)，并對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)儀進(jìn)行控制，得到需要的S參數(shù)分塊矩陣，并將歸一化后的S參數(shù)分塊矩陣組合成完整的多端口S參數(shù)矩陣。

可選地，上述基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：根據(jù)被測(cè)件的特點(diǎn)，首先利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法將測(cè)量的參考斷面校準(zhǔn)到連接電纜的端口；然后根據(jù)多端口組合控制模塊的指令，將測(cè)試電纜連接到被測(cè)件的指定端口處，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成S參數(shù)的測(cè)試，并放入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在數(shù)據(jù)采集模塊中，讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的S參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成矩陣塊的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；

步驟(2)：對(duì)步驟(1)中獲得的S參數(shù)矩陣進(jìn)行無(wú)源性測(cè)試，看其是否滿足無(wú)源性，不滿足無(wú)源性時(shí)利用內(nèi)差補(bǔ)償算法對(duì)S參數(shù)矩陣進(jìn)行特性修正；

S參數(shù)無(wú)源性的判斷，通過(guò)如下公式得到

S^*(s)S(s)＜I (1)

其中，I代表維數(shù)匹配的單位矩陣，*代表求取矩陣的轉(zhuǎn)置；如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)S參數(shù)矩陣不滿足無(wú)源性，則進(jìn)行內(nèi)插補(bǔ)償保證S參數(shù)的無(wú)源特性；

步驟(3)，當(dāng)S參數(shù)經(jīng)過(guò)特性的判斷和內(nèi)插補(bǔ)償后，進(jìn)入S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)模塊，利用S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)算法，將所有測(cè)得S參數(shù)分塊矩陣重新歸一化，消除測(cè)量中非量測(cè)端口非理想匹配的影響；

多端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)的歸一化變換的公式如下所示

S′(s)＝(I-S(s))^-1(S(s)-Γ)(I-S(s)Γ)^-1(I-S(s)) (2)

其中，S′(s)是歸一化到阻抗為Z_i(i＝1，…n)時(shí)的S參數(shù)矩陣，S(s)式變換前端口阻抗為ξ_i(i＝1，…n)時(shí)的S參數(shù)矩陣；I代表維數(shù)匹配的單位矩陣，Γ式匹配終端組成的對(duì)角矩陣；

利用四端口矢量分析儀測(cè)量不同的四端口S參數(shù)組合，得到各個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)，對(duì)于整個(gè)多端口被測(cè)件，該參數(shù)是多端口被測(cè)件基于特定阻抗下，散射矩陣特定位置的參數(shù)值，將這些四端口S參數(shù)矩陣塊變換到基于相同的阻抗Z_i(i＝1，…n)下，通過(guò)將這些S參數(shù)放置到矩陣中的對(duì)應(yīng)位置，得到基于阻抗Z_i(i＝1，…n)下的變換S參數(shù)矩陣，再利用式(2)可得多端口被測(cè)件的散射參數(shù)；

步驟4，首先，針對(duì)對(duì)角線進(jìn)行四端口S參數(shù)的連接測(cè)試，然后針對(duì)行進(jìn)行測(cè)試兩端口或四端口S參數(shù)測(cè)試，將步驟3歸一化后的S參數(shù)矩陣塊按測(cè)試順序填充到多端口S參數(shù)矩陣中，最終組成完整的多端口S參數(shù)矩陣的測(cè)試結(jié)果，并傳給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的圖像界面中進(jìn)行參數(shù)顯示。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過(guò)四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)多端口被測(cè)件進(jìn)行多次測(cè)試獲散射參數(shù)矩陣，降低了對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口數(shù)的要求，從而降低硬件測(cè)試成本；

(2)本發(fā)明的校準(zhǔn)算法對(duì)組合后的多端口散射參數(shù)矩陣進(jìn)行誤差去除，提高散射參數(shù)的測(cè)試精度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的模塊化多端口散射參數(shù)測(cè)試裝置原理框圖；

圖2為本發(fā)明的多端口被測(cè)件示意圖；

圖3為本發(fā)明的多端口S參數(shù)組合控制流程圖；

圖4為本發(fā)明的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明給出了一種基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)多端口散射參數(shù)矩陣進(jìn)行分塊，使用四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀多次測(cè)量不同端口的散射參數(shù)矩陣進(jìn)行組合，并通過(guò)校準(zhǔn)算法對(duì)組合后的矩陣進(jìn)行精度提升，獲得多端口散射參數(shù)。

本發(fā)明的基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法可嵌入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的整機(jī)軟件中并運(yùn)行于儀器的計(jì)算機(jī)中，其包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取SNP格式的被測(cè)件S參數(shù)(端口數(shù)＜＝4)，并將其以S參數(shù)分塊矩陣的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；參數(shù)檢查模塊，用于數(shù)據(jù)獲取模塊得到的S參數(shù)矩陣是否滿足無(wú)源性(本發(fā)明主要用于多端口無(wú)源高速傳輸線的測(cè)試，所以被測(cè)件需滿足此特性)，如果S參數(shù)矩陣不滿足無(wú)源性時(shí)，利用內(nèi)差補(bǔ)償算法對(duì)S參數(shù)矩陣進(jìn)行特性修正；S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)模塊，利用S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)算法，將所有測(cè)得S參數(shù)分塊矩陣重新歸一化，消除測(cè)量中非量測(cè)端口非理想匹配的影響；多端口組合控制模塊，用于提示用戶連接端口順序和編號(hào)，并對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)儀進(jìn)行控制，得到需要的S參數(shù)分塊矩陣，并將歸一化后的S參數(shù)分塊矩陣組合成完整的多端口S參數(shù)矩陣，方便用戶使用。

本發(fā)明的基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的多端口散射參數(shù)測(cè)試方法運(yùn)行于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀整機(jī)軟件中，通過(guò)四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)多端口被測(cè)件進(jìn)行測(cè)試，獲取參考信號(hào)和測(cè)試信號(hào)后，在矢量網(wǎng)絡(luò)儀中進(jìn)行處理，獲得SNP形式的S參數(shù)，并放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的測(cè)試方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖4所示，本發(fā)明的測(cè)試方法具體包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)被測(cè)件的特點(diǎn)，首先利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法，例如SOLT、SOLR或TRL等將測(cè)量的參考面校準(zhǔn)到連接電纜的端口。然后根據(jù)多端口組合控制模塊的指令，將測(cè)試電纜連接到被測(cè)件的指定端口處，連接形式如圖1中所示，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成S參數(shù)的測(cè)試，并放入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在數(shù)據(jù)采集模塊中，讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的S參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成矩陣塊的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

步驟2：因本發(fā)明主要針對(duì)的高速數(shù)據(jù)通路中的無(wú)源傳輸通路進(jìn)行測(cè)試，故在本步驟中需對(duì)步驟1中獲得的S參數(shù)矩陣進(jìn)行無(wú)源性測(cè)試，看其是否滿足無(wú)源性，不滿足無(wú)源性時(shí)利用內(nèi)差補(bǔ)償算法對(duì)S參數(shù)矩陣進(jìn)行特性修正；

S參數(shù)無(wú)源性的判斷，可通過(guò)如下的公式得到

S^*(s)S(s)＜I (1)

其中，I代表維數(shù)匹配的單位矩陣，*代表求取矩陣的轉(zhuǎn)置；如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)S參數(shù)矩陣不滿足無(wú)源性，則進(jìn)行內(nèi)插補(bǔ)償保證S參數(shù)的無(wú)源特性。

步驟3，當(dāng)S參數(shù)經(jīng)過(guò)特性的判斷和內(nèi)插補(bǔ)償后，進(jìn)入S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)模塊，在本模塊中利用S參數(shù)歸一化校準(zhǔn)算法，將所有測(cè)得S參數(shù)分塊矩陣重新歸一化，消除測(cè)量中非量測(cè)端口非理想匹配的影響；

多端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)的歸一化變換的公式如下所示

S′(s)＝(I-S(s))^-1(S(s)-Γ)(I-S(s)Γ)^-1(I-S(s)) (2)

其中，S′(s)是歸一化到阻抗為Z_i(i＝1，…n)時(shí)的S參數(shù)矩陣，S(s)式變換前端口阻抗為ξ_i(i＝1，…n)時(shí)的S參數(shù)矩陣；I代表維數(shù)匹配的單位矩陣，Γ式匹配終端組成的對(duì)角矩陣。

利用四端口矢量分析儀測(cè)量不同的四端口S參數(shù)組合，可以得到各個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)，對(duì)于整個(gè)多端口被測(cè)件，該參數(shù)是多端口被測(cè)件基于特定阻抗下，散射矩陣特定位置的參數(shù)值。將這些四端口S參數(shù)矩陣塊變換到基于相同的阻抗Z_i(i＝1，…n)下，通過(guò)將這些S參數(shù)放置到矩陣中的對(duì)應(yīng)位置，那么便可以得到基于阻抗Z_i(i＝1，…n)下的變換S參數(shù)矩陣，再利用式(2)可得多端口被測(cè)件的散射參數(shù)。

步驟4，首先對(duì)角線進(jìn)行四端口S參數(shù)的連接測(cè)試，然后針對(duì)行進(jìn)行測(cè)試兩端口或四端口S參數(shù)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程以8端口S參數(shù)測(cè)試為例，在圖3中給出，并在步驟1中執(zhí)行。在本步驟中，將步驟3歸一化后的S參數(shù)矩陣塊按測(cè)試順序填充到多端口S參數(shù)矩陣中，最終組成完整的多端口S參數(shù)矩陣的測(cè)試結(jié)果，并傳給矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的圖像界面中進(jìn)行參數(shù)顯示。

本發(fā)明通過(guò)四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)多端口被測(cè)件進(jìn)行多次測(cè)試獲散射參數(shù)矩陣，降低了對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀端口數(shù)的要求，從而降低硬件測(cè)試成本；本發(fā)明的校準(zhǔn)算法對(duì)組合后的多端口散射參數(shù)矩陣進(jìn)行誤差去除，提高散射參數(shù)的測(cè)試精度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。