CN106788693B - 一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，测试过程包括在未连接高频电路板的情况下对矢量网络分析仪进行校准；连接高频电路板的端口1到矢量网络分析仪的校准平面，高频电路板的端口2处于开路状态，利用矢量网络分析仪测得高频电路板的反射S参数，进行频域到时域的变换；去除高频电路板本身的反射，只保留高频电路板端口2的开路反射段响应，进行时域到频域的转换，得到新的反射S参数，获取高频电路板的传输参数。本发明所需设备简单，成本更低，通用性强；测试过程简单，后期处理简便，不仅可以快速计算测试出高频传输S参数，且能同时分析高频电路板的阻抗特性。

Description

一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法

技术领域

本发明涉及到一种光通信用高频电路板的传输特性测试的方法，特别是涉及一种利用网络分析仪基于反射特性计算传输特性的方法，本发明属于光通信测试技术领域。

背景技术

当今通信领域，光通信已成为广泛使用的一类通信科学。随着通信速率的增加，对光通信用高频电路板的性能要求也越来越高。在高速传输运作下，信号载送的质量相当重要，为了获得最大的传输效率，各项高频参数将成为设计、除错改良、实际应用上的重要参考依据，因此加强对高频电路板的特性测试显得尤为重要。常见的高频电路板的特性测试包括阻抗测试和传输S参数测试，一般来说，在高频测试中所使用的仪器大致上有“时域反射计”以及“网络分析仪”。S参数，也就是散射参数，是微波传输中的一个重要参数。通常，标记S12为反向传输系数，S21为正向传输系数，S11为输入反射系数，S22为输出反射系数。

对于两个端口可用同轴射频线或高频探针进行连接的高频电路板，可用时域反射计直接测量阻抗特性，用网络分析仪直接进行传输S参数的测量。但是针对有一个端口无法用同轴射频线或高频探针进行连接的特殊高频电路板，可用时域反射计直接测量阻抗特性，但是却无法用网络分析仪直接测量其传输S参数。为估算此类特殊高频电路板的传输S参数，可制作专门的电路板，一端口与特殊高频电路板的非同轴接口匹配，另一端用同轴接口引出，保证两端口之间的高频传输线传输损耗较小，然后测量两个电路板级联的传输S参数，但是这种方法对电路板的制作要求较高，且通用性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，可以解决特殊高频电路板无法测量传输特性的问题，所述特殊高频电路板有一个测试端口无法用射频线或探针进行连接。该方法测试过程简单，测试设备装置简单，可以快速测试出高频传输S参数。

本发明技术方案提供一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，所述高频电路板有一端为非同轴接口，不能与矢量网络分析仪直接连接，设高频电路板有端口1和端口2，端口1能够与矢量网络分析仪直接连接，端口2不能够与矢量网络分析仪直接连接，通过以下步骤实现测试，

步骤1，在未连接高频电路板的情况下对矢量网络分析仪进行校准；

步骤2，连接高频电路板的端口1到矢量网络分析仪的校准平面，高频电路板的端口2处于开路状态，利用矢量网络分析仪测得高频电路板的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN1；

步骤3，对反射S参数Γ_IN1进行频域到时域的变换，得到时域低通冲击信号；

步骤4，去除高频电路板本身的反射，只保留高频电路板端口2的开路反射段响应，得到相应时域低通冲击信号；

步骤5，对步骤4所得结果进行时域到频域的转换，得到新的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN2；

步骤6，利用步骤5转换得到的输入端反射系数Γ_IN2，得出高频电路板的传输参数。

而且，步骤4中，保留高频电路板的开路反射段响应，实现方式如下，

1)从终止频率往起始频率的方向进行最大值的查找，当新的最大值比之前的最大值大于预设数值T时，将这个新的最大值的频率点作为选通的中心频率点，

2)以中心频率点的幅度为参考，左右下降T值时对应的频率点作为选通的起始频率和终止频率。

而且，步骤6中，高频电路板的传输参数等于

而且，所述矢量网络分析仪采用N4373C矢量网络分析仪。

而且，步骤3中，对反射S参数Γ_IN1进行频域到时域的变换，利用矢量网络分析仪的时域带通或低通模式实现。

而且，步骤4中，去除高频电路板本身的反射，利用矢量网络分析仪的选通功能实现。

本发明具有如下优点：

1、所需设备简单，和传统方法相比，不用专门制作高要求的电路板，使得测试成本和测试效率都较高，本发明利用网络分析仪，成本更低，通用性强；

2、此方法测试过程简单，后期处理简便，不仅可以快速测试出高频传输S参数，且能同时分析高频电路板的阻抗特性。

因此，本发明所提供技术方案能够满足当前的光通信用高频电路板市场需求，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例的射频线测试系统连接示意图；

图3为本发明实施例的射频线开路反射S参数的时域带通冲击响应示意图；

图4为本发明实施例射频线网络的信号流程图模型；

图5为本发明实施例的实测和用本发明方法测试所得传输S参数的对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例及附图对发明的实施方式进行详细的说明。

本发明公开了一种基于反射特性计算高频电路板传输特性的方法，通过频域与时域之间的相互变换，及时域里的选通功能，可以利用网络分析仪测量到的反射S参数计算出传输S参数。该方法测试过程简单，测试设备装置简单，不仅可以快速计算出高频传输S参数，且能同时分析高频电路板的阻抗特性。

本发明实施例假设高频电路板为最简单情况，用一根射频线作为被测件的实施例来述，其他光通信用高频电路板的实施方式相同。实施例中，矢量网络分析仪采用Agilent公司的N4373C矢量网络分析仪，其中相关操作可由用户参考仪器说明书执行，或者预先设定默认设置。

参见图1-5，图1为本发明实施例提供的一种基于反射特性计算高频传输特性的方法的流程图；图2为本发明实施例的射频线测试系统连接示意图，其中1为射频线的1端口，2为射频线的2端口，3为矢量网络分析仪Port1的校准平面；图3为本发明实施例的射频线开路反射S参数的时域带通冲击响应；图4为本发明实施例的反射测量的信号流程图模型；图5为本发明实施例的实测和用本发明方法计算出来的传输S参数的对比图。

参见图1，实施例包括以下步骤：

步骤(1)：在未连接高频电路板的情况下对矢量网络分析仪进行校准

在网络分析仪进行校准之前，选择合适的频率范围和采样点，使得测试的终止频率等于起始频率与采样点之积，选择完毕可以进行网络分析仪Port 1端口的校准，去除仪器内部的噪声影响。

例如选择起始频率Start Frequency为24.968789MHz，终止频率Stop Frequency为19.999999989GHz，采样点选择为801，此测试的终止频率等于起始频率与测试点数之积，若起始频率和终止频率选定的情况下，采样点也是固定的，因为要保证终止频率等于起始频率和采样点之积，具体实施时，可由用户在转换Transform对话框内，通过点击设置低通频率Set Freq Low Pass按钮，可以自动对频率进行设置。设置完毕之后，在未连接射频线的情况下对矢量网络分析仪的Port 1端口进行校准，校准平面如图2中的3所示。

步骤(2)：连接高频电路板的一端，另一端开路，利用矢量网络分析仪测得高频电路板的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN1

设高频电路板有端口1和端口2，端口1能够与矢量网络分析仪直接连接，端口2不能够与矢量网络分析仪直接连接，测试需要将高频电路板所述端口1连接在网络分析仪的Port 1端口，高频电路板所述端口2处于开路状态，利用网络分析仪测试得到高频电路板的反射S参数，称为Γ_IN1。

实施例中，按照如图2所示的测试系统，将射频线的1端口连接到矢量网络分析仪Port 1端口的校准平面，射频线的2端口处于开路状态，利用矢量网络分析仪测得待测件的反射S参数，即为信号流程图中的输入端反射系数Γ_IN，该参数反映高频电路板的阻抗特性；此时得到的反射S参数记为Γ_IN1。

步骤(3)：利用矢量网络分析仪的时域低通模式，对反射S参数进行频域到时域的变换，得到时域低通冲击信号

实施例采用的是Agilent公司的N4373C矢量网络分析仪，提供有时域低通模式；具体实施时，也可以采用具有时域带通或低通模式的分析功能的其他厂家设备，或者另行采用软件方式实现频域到时域的变换。

利用N4373C矢量网络分析仪，可以选择步骤(2)所测的反射S参数，在Transform对话框内，勾选Transform，输入Start Time和Stop Time，然后选择Low Pass Impulse，可以观察到整个反射S参数的时域低通冲击信号。

例如，可利用矢量网络分析仪的时域低通模式，从分析Analysis菜单栏选择转换Transform对话框，并在开始时间Start Time对话框输入-500ps，终止时间Stop Time对话框输入20ns，选择低通冲击Low Pass Impulse，所观察到的图形如图3所示。

步骤(4)：利用矢量网络分析仪的选通功能，只保留高频电路板2端口的开路反射响应，得到选通后相应时域低通冲击信号

实施例采用的是Agilent公司的N4373C矢量网络分析仪，提供有选通功能；具体实施时，也可以采用具有选通功能的分析功能的其他厂家设备，或者另行采用软件方式实现选通。

实施例利用N4373C矢量网络分析仪，分析步骤(3)所转换得到的时域低通冲击信号，将高频电路板的开路反射段用Marker1和Marker2进行标记，只需选择选通Gate对话框，分别在开始时间Start Time和终止时间Stop Time对话框中输入标记点Marker 1和标记点Marker 2对应的频率，然后在选通类型Gate Type里选择带通Band Pass，选择设备的时候需确定设备是否具有选通功能，得到进行选通之后的时域低通冲击信号，此时只保留了射频线2端口的开路反射。

实施例中，分析步骤(3)中得到的时域低通冲击信号，用Marker点标记出射频线另一端的开路反射，此时Marker 1的频率点为12.918ns，Marker 2的频率点为13.941ns，本发明进一步提出Marker频率点的选择，具体实施时可以通过软件编程方式实现自动选择，具体实现方式是：1)从终止频率往起始频率的方向进行最大值的查找，当新的最大值比之前的最大值大于预设数值T(例如30dB)时，将这个新的最大值的频率点作为选通的中心频率点，2)以中心频率点的幅度为参考，左右下降T(30dB)时对应的频率点即可作为选通的起始频率和终止频率。

步骤(5)：对进行了选通的反射S参数进行时域到频域的转换，得到新的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN2

具体实施时，可以利用矢量网络分析仪进行转换，或者另行采用软件方式实现频域到时域的变换。

选择步骤(4)得到的选通之后的时域低通冲击信号，选择Transform对话框，将Transform勾选去掉，观察到的信号就是只包含了最后开路部分的响应，得到输入端新的反射系数Γ_IN2。

实施例中，步骤(4)得到的滤波之后的时域信号进行频域到时域的变换，选择Transform对话框，将Transform勾选去掉，观察到的信号就是只包含了最后开路部分的响应，此时射频线网络的端口1的反射参数S₁₁和端口2的反射参数S₂₂均为0，得到输入端新的反射系数Γ_IN2。

步骤(6)：利用转换得到的Γ_IN2，通过计算得出传输S参数

将本发明实例的测试系统转换成对应的信号流程图，此网络输入端反射系数的信号流程图如图4所示，图中Γ_IN为射频线网络的输入端反射系数，S₁₁为射频线端口1的反射参数，S₂₂为射频线端口2的反射参数，S₂₁为射频线从端口1到端口2的传输参数，

S₁₂为射频线从端口2到端口1的传输参数，Γ_L为射频线网络的负载反射系数，从图4

所示的信号流程图可计算出此系统输入端的反射系数由以下公式求得：

由步骤(2)可知射频线的2端口处于开路状态，相当于后面连接了一个开路负载，此时Γ_L＝1，由于步骤(4)的选通功能，去除了高频电路板本身的反射，由步骤(5)可知射频线网络的S₁₁和S₂₂均为0，且此测试网络仅含有线性双向阻抗的无源网络，即射频线网络为互易网络，所以有S₁₂＝S₂₁，输入端的反射系数用步骤(5)得到的新反射系数Γ_IN2代替，可求得待测件的传输S参数为：

利用以上公式，对最终选通之后的信号进行分析处理，可得到计算出来的传输线的S₂₁曲线，如图5所示的实线曲线，为了验证此结果的正确性，可用矢量网络分析仪直接测量射频线的传输S₂₁曲线，如图5所示的三角曲线。从图中可以看出计算的结果和实际测量的结果在3dB频响的时候是基本吻合的。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的。因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，所述高频电路板有一端为非同轴接口，不能与矢量网络分析仪直接连接，其特征在于：设高频电路板有端口1和端口2，端口1能够与矢量网络分析仪直接连接，端口2不能够与矢量网络分析仪直接连接，通过以下步骤实现测试，

步骤1，在未连接高频电路板的情况下对矢量网络分析仪进行校准；

步骤2，连接高频电路板的端口1到矢量网络分析仪的校准平面，高频电路板的端口2处于开路状态，利用矢量网络分析仪测得高频电路板的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN1；

步骤3，对反射S参数Γ_IN1进行频域到时域的变换，得到时域低通冲击信号；

步骤4，去除高频电路板本身的反射，只保留高频电路板端口2的开路反射段响应，得到相应时域低通冲击信号；

步骤5，对步骤4所得结果进行时域到频域的转换，得到新的反射S参数，记为输入端反射系数Γ_IN2；

步骤6，利用步骤5转换得到的输入端反射系数Γ_IN2，得出高频电路板的传输参数。

2.根据权利要求1所述基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，其特征在于：步骤4中，保留高频电路板的开路反射段响应，实现方式如下，

1)对步骤3所得时域低通冲击信号从终止频率往起始频率的方向进行最大值的查找，当新的最大值比之前的最大值大于预设数值T时，将这个新的最大值的频率点作为选通的中心频率点，

2)以中心频率点的幅度为参考，左右下降T值时对应的频率点作为选通的起始频率和终止频率。

3.根据权利要求1所述基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，其特征在于：步骤6中，高频电路板的传输参数等于

4.根据权利要求1或2或3所述基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，其特征在于：所述矢量网络分析仪采用N4373C矢量网络分析仪。

5.根据权利要求4所述基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，其特征在于：步骤3中，对反射S参数Γ_IN1进行频域到时域的变换，利用矢量网络分析仪的时域带通或低通模式实现。

6.根据权利要求4所述基于反射特性的光通信高频电路板传输特性测试方法，其特征在于：步骤4中，去除高频电路板本身的反射，利用矢量网络分析仪的选通功能实现。