本發(fā)明涉及到一種光通信用高頻電路板的傳輸特性測試的方法，特別是涉及一種利用網(wǎng)絡(luò)分析儀基于反射特性計算傳輸特性的方法，本發(fā)明屬于光通信測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)今通信領(lǐng)域，光通信已成為廣泛使用的一類通信科學(xué)。隨著通信速率的增加，對光通信用高頻電路板的性能要求也越來越高。在高速傳輸運作下，信號載送的質(zhì)量相當(dāng)重要，為了獲得最大的傳輸效率，各項高頻參數(shù)將成為設(shè)計、除錯改良、實際應(yīng)用上的重要參考依據(jù)，因此加強對高頻電路板的特性測試顯得尤為重要。常見的高頻電路板的特性測試包括阻抗測試和傳輸S參數(shù)測試，一般來說，在高頻測試中所使用的儀器大致上有“時域反射計”以及“網(wǎng)絡(luò)分析儀”。S參數(shù)，也就是散射參數(shù)，是微波傳輸中的一個重要參數(shù)。通常，標記S12為反向傳輸系數(shù)，S21為正向傳輸系數(shù)，S11為輸入反射系數(shù)，S22為輸出反射系數(shù)。

對于兩個端口可用同軸射頻線或高頻探針進行連接的高頻電路板，可用時域反射計直接測量阻抗特性，用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接進行傳輸S參數(shù)的測量。但是針對有一個端口無法用同軸射頻線或高頻探針進行連接的特殊高頻電路板，可用時域反射計直接測量阻抗特性，但是卻無法用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測量其傳輸S參數(shù)。為估算此類特殊高頻電路板的傳輸S參數(shù)，可制作專門的電路板，一端口與特殊高頻電路板的非同軸接口匹配，另一端用同軸接口引出，保證兩端口之間的高頻傳輸線傳輸損耗較小，然后測量兩個電路板級聯(lián)的傳輸S參數(shù)，但是這種方法對電路板的制作要求較高，且通用性不強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于反射特性的光通信高頻電路板傳輸特性測試方法，可以解決特殊高頻電路板無法測量傳輸特性的問題，所述特殊高頻電路板有一個測試端口無法用射頻線或探針進行連接。該方法測試過程簡單，測試設(shè)備裝置簡單，可以快速測試出高頻傳輸S參數(shù)。

本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于反射特性的光通信高頻電路板傳輸特性測試方法，所述高頻電路板有一端為非同軸接口，不能與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接，設(shè)高頻電路板有端口1和端口2，端口1能夠與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接，端口2不能夠與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接，通過以下步驟實現(xiàn)測試，

步驟1，在未連接高頻電路板的情況下對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準；

步驟2，連接高頻電路板的端口1到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準平面，高頻電路板的端口2處于開路狀態(tài)，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得高頻電路板的反射S參數(shù)，記為輸入端反射系數(shù)Γ_IN1；

步驟3，對反射S參數(shù)Γ_IN1進行頻域到時域的變換，得到時域低通沖擊信號；

步驟4，去除高頻電路板本身的反射，只保留高頻電路板端口2的開路反射段響應(yīng)，得到相應(yīng)時域低通沖擊信號；

步驟5，對步驟4所得結(jié)果進行時域到頻域的轉(zhuǎn)換，得到新的反射S參數(shù)，記為輸入端反射系數(shù)Γ_IN2；

步驟6，利用步驟5轉(zhuǎn)換得到的輸入端反射系數(shù)Γ_IN2，得出高頻電路板的傳輸參數(shù)。

而且，步驟4中，保留高頻電路板的開路反射段響應(yīng)，實現(xiàn)方式如下，

1)從終止頻率往起始頻率的方向進行最大值的查找，當(dāng)新的最大值比之前的最大值大于預(yù)設(shè)數(shù)值T時，將這個新的最大值的頻率點作為選通的中心頻率點，

2)以中心頻率點的幅度為參考，左右下降T值時對應(yīng)的頻率點作為選通的起始頻率和終止頻率。

而且，步驟6中，高頻電路板的傳輸參數(shù)等于

而且，所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

而且，步驟3中，對反射S參數(shù)Γ_IN1進行頻域到時域的變換，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域帶通或低通模式實現(xiàn)。

而且，步驟4中，去除高頻電路板本身的反射，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的選通功能實現(xiàn)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、所需設(shè)備簡單，和傳統(tǒng)方法相比，不用專門制作高要求的電路板，使得測試成本和測試效率都較高，本發(fā)明利用網(wǎng)絡(luò)分析儀，成本更低，通用性強；

2、此方法測試過程簡單，后期處理簡便，不僅可以快速測試出高頻傳輸S參數(shù)，且能同時分析高頻電路板的阻抗特性。

因此，本發(fā)明所提供技術(shù)方案能夠滿足當(dāng)前的光通信用高頻電路板市場需求，具有重要的市場價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例的射頻線測試系統(tǒng)連接示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的射頻線開路反射S參數(shù)的時域帶通沖擊響應(yīng)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例射頻線網(wǎng)絡(luò)的信號流程圖模型；

圖5為本發(fā)明實施例的實測和用本發(fā)明方法測試所得傳輸S參數(shù)的對比圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體實施例及附圖對發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。

本發(fā)明公開了一種基于反射特性計算高頻電路板傳輸特性的方法，通過頻域與時域之間的相互變換，及時域里的選通功能，可以利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量到的反射S參數(shù)計算出傳輸S參數(shù)。該方法測試過程簡單，測試設(shè)備裝置簡單，不僅可以快速計算出高頻傳輸S參數(shù)，且能同時分析高頻電路板的阻抗特性。

本發(fā)明實施例假設(shè)高頻電路板為最簡單情況，用一根射頻線作為被測件的實施例來述，其他光通信用高頻電路板的實施方式相同。實施例中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采用Agilent公司的N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其中相關(guān)操作可由用戶參考儀器說明書執(zhí)行，或者預(yù)先設(shè)定默認設(shè)置。

參見圖1-5，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于反射特性計算高頻傳輸特性的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的射頻線測試系統(tǒng)連接示意圖，其中1為射頻線的1端口，2為射頻線的2端口，3為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Port1的校準平面；圖3為本發(fā)明實施例的射頻線開路反射S參數(shù)的時域帶通沖擊響應(yīng)；圖4為本發(fā)明實施例的反射測量的信號流程圖模型；圖5為本發(fā)明實施例的實測和用本發(fā)明方法計算出來的傳輸S參數(shù)的對比圖。

參見圖1，實施例包括以下步驟：

步驟(1)：在未連接高頻電路板的情況下對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準

在網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準之前，選擇合適的頻率范圍和采樣點，使得測試的終止頻率等于起始頻率與采樣點之積，選擇完畢可以進行網(wǎng)絡(luò)分析儀Port 1端口的校準，去除儀器內(nèi)部的噪聲影響。

例如選擇起始頻率Start Frequency為24.968789MHz，終止頻率Stop Frequency為19.999999989GHz，采樣點選擇為801，此測試的終止頻率等于起始頻率與測試點數(shù)之積，若起始頻率和終止頻率選定的情況下，采樣點也是固定的，因為要保證終止頻率等于起始頻率和采樣點之積，具體實施時，可由用戶在轉(zhuǎn)換Transform對話框內(nèi)，通過點擊設(shè)置低通頻率Set Freq Low Pass按鈕，可以自動對頻率進行設(shè)置。設(shè)置完畢之后，在未連接射頻線的情況下對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的Port 1端口進行校準，校準平面如圖2中的3所示。

步驟(2)：連接高頻電路板的一端，另一端開路，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得高頻電路板的反射S參數(shù)，記為輸入端反射系數(shù)Γ_IN1

設(shè)高頻電路板有端口1和端口2，端口1能夠與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接，端口2不能夠與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接，測試需要將高頻電路板所述端口1連接在網(wǎng)絡(luò)分析儀的Port 1端口，高頻電路板所述端口2處于開路狀態(tài)，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試得到高頻電路板的反射S參數(shù)，稱為Γ_IN1。

實施例中，按照如圖2所示的測試系統(tǒng)，將射頻線的1端口連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Port 1端口的校準平面，射頻線的2端口處于開路狀態(tài)，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得待測件的反射S參數(shù)，即為信號流程圖中的輸入端反射系數(shù)Γ_IN，該參數(shù)反映高頻電路板的阻抗特性；此時得到的反射S參數(shù)記為Γ_IN1。

步驟(3)：利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域低通模式，對反射S參數(shù)進行頻域到時域的變換，得到時域低通沖擊信號

實施例采用的是Agilent公司的N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，提供有時域低通模式；具體實施時，也可以采用具有時域帶通或低通模式的分析功能的其他廠家設(shè)備，或者另行采用軟件方式實現(xiàn)頻域到時域的變換。

利用N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以選擇步驟(2)所測的反射S參數(shù)，在Transform對話框內(nèi)，勾選Transform，輸入Start Time和Stop Time，然后選擇Low Pass Impulse，可以觀察到整個反射S參數(shù)的時域低通沖擊信號。

例如，可利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域低通模式，從分析Analysis菜單欄選擇轉(zhuǎn)換Transform對話框，并在開始時間Start Time對話框輸入-500ps，終止時間Stop Time對話框輸入20ns，選擇低通沖擊Low Pass Impulse，所觀察到的圖形如圖3所示。

步驟(4)：利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的選通功能，只保留高頻電路板2端口的開路反射響應(yīng)，得到選通后相應(yīng)時域低通沖擊信號

實施例采用的是Agilent公司的N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，提供有選通功能；具體實施時，也可以采用具有選通功能的分析功能的其他廠家設(shè)備，或者另行采用軟件方式實現(xiàn)選通。

實施例利用N4373C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，分析步驟(3)所轉(zhuǎn)換得到的時域低通沖擊信號，將高頻電路板的開路反射段用Marker1和Marker2進行標記，只需選擇選通Gate對話框，分別在開始時間Start Time和終止時間Stop Time對話框中輸入標記點Marker 1和標記點Marker 2對應(yīng)的頻率，然后在選通類型Gate Type里選擇帶通Band Pass，選擇設(shè)備的時候需確定設(shè)備是否具有選通功能，得到進行選通之后的時域低通沖擊信號，此時只保留了射頻線2端口的開路反射。

實施例中，分析步驟(3)中得到的時域低通沖擊信號，用Marker點標記出射頻線另一端的開路反射，此時Marker 1的頻率點為12.918ns，Marker 2的頻率點為13.941ns，本發(fā)明進一步提出Marker頻率點的選擇，具體實施時可以通過軟件編程方式實現(xiàn)自動選擇，具體實現(xiàn)方式是：1)從終止頻率往起始頻率的方向進行最大值的查找，當(dāng)新的最大值比之前的最大值大于預(yù)設(shè)數(shù)值T(例如30dB)時，將這個新的最大值的頻率點作為選通的中心頻率點，2)以中心頻率點的幅度為參考，左右下降T(30dB)時對應(yīng)的頻率點即可作為選通的起始頻率和終止頻率。

步驟(5)：對進行了選通的反射S參數(shù)進行時域到頻域的轉(zhuǎn)換，得到新的反射S參數(shù)，記為輸入端反射系數(shù)Γ_IN2

具體實施時，可以利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行轉(zhuǎn)換，或者另行采用軟件方式實現(xiàn)頻域到時域的變換。

選擇步驟(4)得到的選通之后的時域低通沖擊信號，選擇Transform對話框，將Transform勾選去掉，觀察到的信號就是只包含了最后開路部分的響應(yīng)，得到輸入端新的反射系數(shù)Γ_IN2。

實施例中，步驟(4)得到的濾波之后的時域信號進行頻域到時域的變換，選擇Transform對話框，將Transform勾選去掉，觀察到的信號就是只包含了最后開路部分的響應(yīng)，此時射頻線網(wǎng)絡(luò)的端口1的反射參數(shù)S₁₁和端口2的反射參數(shù)S₂₂均為0，得到輸入端新的反射系數(shù)Γ_IN2。

步驟(6)：利用轉(zhuǎn)換得到的Γ_IN2，通過計算得出傳輸S參數(shù)

將本發(fā)明實例的測試系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信號流程圖，此網(wǎng)絡(luò)輸入端反射系數(shù)的信號流程圖如圖4所示，圖中Γ_IN為射頻線網(wǎng)絡(luò)的輸入端反射系數(shù)，S₁₁為射頻線端口1的反射參數(shù)，S₂₂為射頻線端口2的反射參數(shù)，S₂₁為射頻線從端口1到端口2的傳輸參數(shù)，

S₁₂為射頻線從端口2到端口1的傳輸參數(shù)，Γ_L為射頻線網(wǎng)絡(luò)的負載反射系數(shù)，從圖4

所示的信號流程圖可計算出此系統(tǒng)輸入端的反射系數(shù)由以下公式求得：

由步驟(2)可知射頻線的2端口處于開路狀態(tài)，相當(dāng)于后面連接了一個開路負載，此時Γ_L＝1，由于步驟(4)的選通功能，去除了高頻電路板本身的反射，由步驟(5)可知射頻線網(wǎng)絡(luò)的S₁₁和S₂₂均為0，且此測試網(wǎng)絡(luò)僅含有線性雙向阻抗的無源網(wǎng)絡(luò)，即射頻線網(wǎng)絡(luò)為互易網(wǎng)絡(luò)，所以有S₁₂＝S₂₁，輸入端的反射系數(shù)用步驟(5)得到的新反射系數(shù)Γ_IN2代替，可求得待測件的傳輸S參數(shù)為：

利用以上公式，對最終選通之后的信號進行分析處理，可得到計算出來的傳輸線的S₂₁曲線，如圖5所示的實線曲線，為了驗證此結(jié)果的正確性，可用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測量射頻線的傳輸S₂₁曲線，如圖5所示的三角曲線。從圖中可以看出計算的結(jié)果和實際測量的結(jié)果在3dB頻響的時候是基本吻合的。

需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的。因此本發(fā)明包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。