基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法

摘要

本发明公开了一种基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法，本发明的方法基于矢量网络分析仪的测试值，结合基础的理论对测试数据进行处理，进而求得准确的相移值，完成了准确测试二端口网络插入相移θ

说明书

技术领域

本发明属于现代微波测试技术领域，具体涉及一种基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法。

背景技术

延迟线是一种能将电信号延迟一段时间的元件或器件。在各类电子仪器和通信系统设计中，为了配合某些功能需要，常常需要使用延迟线，达到信号把信号延迟一段特定时间的目的。相位延迟量是延迟线的技术指标中很重要的待测指标。

任何一个微波元器件的特性都可用等效网络来描述，延迟线亦可。其中，二端口网络是最典型的微波网络。任何一个单端口网络或多端口网络的散射参数的测定，都可以通过二端口网络参数的测定方法来完成，二端口网络的插入相移是插入网络前后负载的电压(或电流)相位之差，在匹配状态时，二端口网络的插入相移是θ_I正向传输系数S₂₁的相角，即θ_I＝∠S₂₁。

矢量网络分析仪是一个复杂的电磁波能量的测试系统，该系统可以直接测量二端口网络的S参数(散射参数)，又能方便地将其转换为其他形式的特性参数。矢量网络分析仪在测得二端口网络S参数后，依据公式θ_IO＝tan^-1S₂₁便可以直接得到相移量，然而，实际的相移量应该满足θ_I＝2nπ+tan^-1S₂₁＝2nπ+θ_IO，矢量网络分析仪并不能确定实际公式θ_I中的n值，而是直接取了n＝0，即矢量网络分析仪测量所得的相移量只能在-π到π之间，并不是二端口网络的实际相移量。

现有技术中，因无法使用矢量网络分析仪测得二端口网络的实际相移，一般是通过使用仿真软件进行周期估算，最终仅能得到对相移量定性的分析与评估，并不能给出定量的结果。

发明内容

本发明针对使用现有的矢量网络分析仪测试二端口网络相移时，无法准确测得相移的问题，提出了一种基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法。

本发明采用具体的技术方案为：一种基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法，具体为：在矢量网络分析仪的相移测试曲线上，找到两个相邻的零相位点M和N，对应的相移值分别设其位于为第n个2π的相移周期与第n+1个2π的相移周期，相应的频率为f_n与f_n+1，则有如下关系式：

$>\frac{n}{f_n}\approx \frac{n+1}{f_n+1}$>

其中，f_n与f_n+1由测试曲线读出，进而求得n值；

对于频率位于两相位零点M、N之间的点P的实际相移值θ_I可根据以下公式求得：

θ_I＝2nπ+θ_IO

其中，θ_IO表示相移量，由矢量网络分析仪读出。

本发明的有益效果：本发明的测试方法基于矢量网络分析仪的测试值，结合基础的理论对测试数据进行处理，进而求得准确的相移值，完成了准确测试二端口网络插入相移θ_I的测试任务。本发明提出的测试方法解决了矢量网络分析仪无法准确测试二端口网络插入相移的问题，本测试方法简单易行，能够广泛应用于等效为二端口网络的微波元器件测试过程中。

附图说明

图1为本发明方法的理论原理示意图；

图2为矢量网络分析仪测试延迟线组件相移的结果曲线；

图3为ADS中无色散情况下的相移结果图；

图4为ADS中色散情况下的相移结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

矢量网络分析仪可以直接测量二端口网络的S参数，采取合适的结果显示格式可直接读出相移量。矢量网络分析仪操作简单，界面简洁，测试结果可依测试人的需求设置为多种格式，结果清晰且易于读取。本发明的相移测试方法即是基于上述矢量网络分析仪。

下面为具体的操作步骤：

对矢量网络分析仪进行校准，完成后，将延迟线组件接入矢量网络分析仪的测试端口，设置延迟线组件的工作频率等各项参数后，测试其相位曲线，进而获得相移测试曲线。

本发明的方法采用具体的技术方案为：一种基于矢量网络分析仪的二端口网络相移测试方法，具体为：在矢量网络分析仪的相移测试曲线上，如图1所示，找到两个相邻的零相位点M和N，对应的相移值分别设其位于为第n个2π的相移周期与第n+1个2π的相移周期，相应的频率为F_N与f_n+1，根据公式其中，t表示延迟时间，表示传输线长度，υ_p表示相速，考虑到色散的影响，在不同频点处相速v_p略有不同，则时间t也不是绝对相等，但由色散引起的时间变化远小于由于传输线长度引起的延迟时间，则t近似恒等不变，则有如下关系式：

$>\frac{n}{f_n}\approx \frac{n+1}{f_n+1}---\left(1\right)$>

其中，f_n与f_n+1可直接由测试曲线读出。依公式(1)求得n值。对于频率位于两相位零点M、N之间的点P的实际相移值θ_I可根据以下公式求得：

θ_I＝2nπ+θ_IO   (2)

其中，θ_IO可直接由矢量网络分析仪读出，不同的点P对应的θ_IO不一样。

需要说明的是：若所测频段中无符合要求的两点，即找不到两个相邻的零相位点，则可拓宽测试的频率范围，以找到符合要求的两点；式中求得的n可能不为整数，则应在求得n值后采用四舍五入法对其取整得[n]，然后将[n]带入公式θ_I＝2[2]π+θ_IO中求得实际相移。

如图2所示为其测试结果图，横坐标为频率，纵坐标为相位，依此图可读出相应频点的相移值。如要测频率位于两相位零点M、N之间的点P的相移值，则可通过矢量网络分析仪直接读出P点相移值θ_IO，M、N点对应频率为f_n与f_n+1。

对于P点的实际相移量θ_I，依给定的公式

$>\frac{n}{f_n}\approx \frac{n+1}{f_n+1}$>

求得n值；

最后依据公式：

θ_i＝2nπ+θ_IO

求得准确的相移值θ_I。

下面在ADS中设计延迟线，其相移量为1500°，分别在理想无色散情况与色散情况下对上述理论进行验证。

无色散理想情况下，相移仿真结果如图3所示，由图可得所测频点10GHz(m1点)处相移测试值为θ_IO＝60°。依上述原理图说明，选取零相位点：m2点和m3，对应的频率为

f_m2＝9.6GHz，f_m3＝12.0GHz

将零相位点处频率带入公式(1)中

$>\frac{n}{9.6}\approx \frac{n+1}{12.0}$>

解得

n＝4

将n值带入公式(2)中得

θ_I＝2nπ+θ_IO＝1500°

由此方法所得的相移结果，与最初ADS中设置的相移量相同，由此可知该测试方法可行。

在有色散情况下，相移仿真结果如图4所示，由图可得所测频点10GHz(m1点)处相移测试值为θ_IO＝60.001°。依上述原理图说明，选取零相位点：m2点和m3，对应的频率为

F_m2＝9.607GHz，f_m3≈11.950GHz

将M点、N点频率带入公式(1)中

$>\frac{n}{9.607}\approx \frac{n+1}{11.950}$>

解得

n＝4.100

将n值取整得[n]＝4带入公式(2)中得

θ_I＝2nπ+θ_IO＝1500.001°

由此方法所得的相移结果，与最初ADS中设置的相移量一致，由此可知该测试方法可行。

通过上述仿真结果可以看出，在无色散理想情况下和有色散情况下，本发明的测试法可靠、可行。