专利名称：确定网络分析仪电磁延迟、测量高频电路阻抗的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及通过网络分析仪对移动终端高频电 路进行阻抗测量的技术。
背景技术：
阻抗匹配是无线电技术中常用的一种技术。在移动终端中，阻抗匹配常
被应用于射频(RF)系统各部分级联电路之间。 一般情况下，需要进行匹配 的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出 (RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。 匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从"信号源"传送到"负载"。
在高频电路中寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的 电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时， 理论计算和仿真已经远远不能满足要求，为了能够进行正确的阻抗匹配，需 要在实验室通过仪器对分级电路输入输出负载进行精确的RF阻抗测试，得到 精确的电路阻抗，然后根据测量的阻抗对电路进行阻抗匹配，从而得到阻抗 满足要求的电路。
如图l所示，在现有技术中通常釆用网络分析仪来测试被测电路的阻抗。 在网络分析仪的端口连接有50欧阻抗测试探针，探针与被测电路的输入端相 连，被测电路的输出端与网络分析仪的接地端相连。网络分析仪向被测电路 发送信号，并检测被测电路返回的回波损耗，根据检测的回波损耗计算出被 测电路的阻抗。
由于在测试电路中串联了探针，探针会造成回波的相位偏差，从而网络 分析仪根据检测的回波损耗计算出的阻抗并不是被测电路的实际阻抗。具体分析如下
如图2所示，探针采用无损50欧阻抗传输线，假定其长度为《，被测电 路实际反射系数为r。，网络分析仪端口测量的反射系数为r,。由于网络分析 仪端口测量的反射系数实际上包括了探针与被测电路的反射系数，所以网络 分析仪端口测量的反射系数r，并不等于被测电路实际反射系数r。； r,与r。有如
下关系-.
r1=r。^2"'=r>—河^
其中/ = 2冗/、， ；ip为传输线中电-兹波波长，比空气中波长义略短。从公式 中可以看出，网络分析仪端口的测量值与实际值之间相位相差4《,/;^ 。
为了使网络分析仪最终显示的反射系数与被测电路实际的反射系数相 同，需要补偿掉探针长度所造成的差异；因此，在网络分析仪中提供了一种 补偿方法~>"设置电磁延迟。通过在网络分析仪中设置合适的电磁延迟，从 而补偿掉探针长度所造成的差异，使得网络分析仪显示的反射系数与被测电 路实际的反射系数相同。
假定引入电磁延迟r ,则网络分析仪端口测量的反射系数r,经电磁延迟r 后成为网络分析仪显示的反射系数G ， 「3与r,有如下关系
r3=rie-雞
若r =-《,则r3 = rie—，7 = r^2风=r。e力腐,风=r。，此时网络分析仪显示值
即为净皮测电路实际反射系#t 。
根据以上公式可以看出，如果让电磁延迟r所造成的相位偏差与探针所造 成的相位偏差相差180。，则电磁延迟r可以补偿掉探针长度所造成的差异，从 而使得网络分析仪显示的反射系数r;与被测电路的实际反射系数r。相同。
根据以上分析，在现有技术中先对网络分析仪进行校准；然后连接探针 到网络分析仪的端口 ，探针输入端开路或短路，用网络分析仪测试端口的反 射系数r;其次调整网络分析仪此端口的电磁延迟r直至反射系数r与史密斯
7Smith圆图上的开路点或短路点重合(即使得电磁延迟r与探针造成的相位差 相差180。)，则电磁延迟r刚好补偿探针长度^引起的相位偏移；最后探针接 入测试电路，则网络分析仪显示的回波损耗就是探针处的回波损耗。
但是在实际实验过程中，发现通过现有技术的补偿方法，网络分析仪所 计算的被测电路阻抗仍然与实际被测电路阻抗之间有一定的相位偏差。
发明内容
本发明实施例提供的 一种网络分析仪电磁确定方法及装置，以及高频电
路阻抗量试方法，用以提高高频电路阻抗的测试准确率。 一种网络分析4义电-兹延迟确定方法，包括 对网络分析仪校准后，测量第 一反射系数和第二反射系数； 所述第 一反射系数为所述网络分析仪通过接入到高频电路的探针对所述
高频电路进行测量获得的；所述第二反射系数为对所述高频电路串联电感后，
所述网络分析仪通过探针对串联电感后的电路进行测量获得的；
根据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网
络分析仪的电》兹延迟。
一种网络分析^f义电》兹延迟确定装置，包括
第一反射系数获得模块，用于获得第一反射系数，所述第一反射系数为 对网络分析仪校准后，将所述网络分析仪的探针接入到高频电路进行测量得 到的；
第二反射系数获得模块，用于获得第二反射系数，所述第二反射系数为 对网络分析仪校准后，对所述高频电路串联电感，并将所述网络分析仪的探 针接入到串联电感后的电路进行测量得到的；
电磁延迟确定模块，用于根据述电感的值，以及获得的第一反射系数和 第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟。
一种高频电^^阻抗测量方法，包括对网络分析仪校准后，测量第 一反射系数和第二反射系数；
所述第 一反射系数为所述网络分析仪通过接入到高频电路的探针对所述
高频电路进行测量获得的；所述第二反射系数为对所述高频电路串联电感后， 所述网络分析仪通过探针对串联电感后的电路进行测量获得的；
根据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网 络分析仪的电磁延迟值；
才艮据确定的电石兹延迟值调整所述网络分析仪的电石兹延迟后，将所述网络 分析仪的探针接入到所述高频电路进行测量，根据所述网络分析仪显示的反 射系数确定所述高频电路的阻抗。
本发明实施例由于对高频电路串联电感的前后进行反射系数测量，而这 两个反射系数都可以反映电路中探针或者其它因素所造成的相位偏移，从而 可以根据这两个反射系数值确定对位偏移《的补偿电磁延迟r;换而言之，根 据本发明实施例确定出的电磁延迟r可以补偿探针和测试电路中其它因素引 起的相位偏移，而不是如现有技术那样，仅对探针的相位偏移进行测试和补 偿，从而使得对高频电路的阻抗测试更为准确。
进一步，利用Smith圓图工具可以方便的获得^和^，而不必解方程，能 够直观获得&和"，从而方便地确定电磁延迟r 。
图1为现有技术的通过网络分析仪测量被测电路阻抗的示意图； 图2为现有技术的阻抗测量方法探针引入测量误差的示意图； 图3为本发明实施例的探针及其它因素引入测量误差的示意图； 图4为本发明实施例的测试电路中串联电感后进行测量的示意图； 图5a为本发明实施例的测试电路中串联无损传输线^后测量的反射系数 示意图5b为本发明实施例的测试电路中串联无损传输线^、电感后测量的反射系数示意图5c为本发明实施例的测试电路中串联无损传输线^、电感、无损传输 线^后测量的反射系数示意图6为本发明实施例的高频电路阻抗测试方法流程图7为本发明实施例的网络分析仪电磁延迟确定装置内部结构框图。
具体实施例方式
本发明的发明人发现，导致现有技术的测试阻抗方法不准确，主要的原 因在于，现有技术的方法通过将探针输入端开路或短路来测量因探针引起的 相位偏差，从而可以采用电磁延迟来补偿探针引起的相位偏差；然而，除探 针外可以还有其它因素会导致测量偏差，在对探针进行电磁延迟补偿校准时， 有两种做法， 一种是探针校准后，才焊接入被测电路，另一种是将探针的接 地端焊接在被测电路的地上，输入端悬空或接地校准；采用第一种方式校准， 最大的误差是"校准时探针的接地点与测量时探针的接地点不一致"导致电 磁延迟长度不准确，而采用第二种方式校准，由于被测电路上存在寄生电容 和寄生电感，输入端并不是完全的开路和短路，校准时将寄生元件也补偿舍 弃，而实际上寄生元件是被测电路阻抗的一部分，不应该补偿掉。
延迟问题，提出了一种二次测量补偿法,即不采用现有技术中仅测量探针引 入的测量误差来进行补偿，而是对被测电路串联一个电感，对串联电感前、 后进行二次测量。通过这个方法，可以针对串联在电路中的探针、或者其它 因素(比如探针的接地点或者被测电路寄生元件)所引起的误差进行补偿， 实现对被测电路阻抗的准确测量。串联电感前后进行测量，探针的接地点相 同，寄生元件也都算入了阻抗的一部分，尽可能避免了常规做法的缺陷。同 时考虑到被测电路上寄生元件主要是电容，串联电容和寄生电容相互作用影 响，使用串联电感。具体分析如下在图3所示的测试电路中，网络分析仪端口测量的反射系数值为r。经 电磁延迟r后网络分析仪显示的反射系数值为r;、被测电路实际反射系数值为 r。； r;、 r3 、 r。有如下关系
r1=rvr讀 (1) r3 = r--雞 (2)
其中，《为探针和测试电路中其它因素引起的相位偏移，A = 2;r/;ip, A为
传输线中电磁波波长。
如图4所示，如果在图3的被测电路中串联电感L,则被测电路实际反射 系数值变为r。，网络分析仪显示的反射系数值变为r;、网络分析仪端口测量 的反射系数值变为r,; r4、 r2、 r。之间有如下关系
r2=r0e, (3) r4 = r,单 (4) r。与r。之间相差串联电感L,其关系可以通过理论计算或通过Simth圓图 工具得到，其关系如下
r, — r0+(;.#。)*(i_r0) (5) °— i + (7'^/z。)*(i-r。)
其中，z。是特征阻抗， 一般是50欧(或75欧)，7T为圆周率，/为电磁
波频率，L为电感值。
假设在图3所示的测试电路中引入无损传输线^和"。如图5a所示，r;为
被测电路串联无损传输线q后网络分析仪端口测量的反射系数；如图5b所示，
r;为被测电路串联无损传输线。以及电感L后网络分析仪端口测量的反射系
数；如图5c所示，r;为被测电路串联无损传输线^、电感L以及无损传输线
。一后网络分析仪端口测量的反射系数。r3、 r:、 r5、 r,之间的关系如下
r; = r>-须' (6)
r. _r;+(/#。)*(i-r;) (7)
4_ l + (厚/z。)承(1 —r3)l + (第/z。H-r;)'
将公式6代入公式9，得到r5与r,的关系
「, _ r,' +(y#0)*(i-r,微')
(10)
i + (/#。)，rie.
如果让r5等于r2 ，则fl和^ 2正好可以补偿掉探针和测试电路中其它因素引 起的相位偏移f。由于A和Q不能是负数，因此让r;等于r,，即需要满足 ( 1+f2) = 2p/2、 &=《，即(《+ &)=;1/72。因此，根据以上公式计算出^和&后， 即可确定用于补偿相位偏移《的电磁延迟7 ,即电磁延迟r等于或尽量
接近、2。
令r;等于r2,得到r^与r,的关系
由于r,与r,的值均可以由网络分析仪测量得出，而z。、 ；r、 /、 L均为已 知值，通过解公式11的实部等式与虚部等式，可以解出^和G。由于解复数 的方程式为本领域技术人员所熟知，此处不再详细讲解如何由公式11解出a和"。
由于G和&是模拟出来的无损传输线，用以补偿掉探针和测试电路中其它
因素引起的相位偏移《，因此，根据^和A即可确定电磁延迟r。从而调整的 电磁延迟r可以补偿掉探针和测试电路中其它因素引起的相位偏移纟。
从公式11可以看出，通过网络分析仪得到串联电感L前后的r;、 「2值， 就可以计算出。和&,也就可以确定电磁延迟r,使得电磁延迟r可以补偿掉 探针和测试电路中其它因素引起的相位偏移《。显然，上述的公式11可以有 多种变形，其表现形式并非如公式11所示的一种，但不论公式11作何种转
12换、变形，其本质都是根据与r2的值以及电感L来确定电磁延迟r 。
基于上述分析，本发明实施例提供的高频电路阻抗测试方法，如图6所
示，包括如下步骤
S601 、对网络分析4义进行校准。
5602、 网络分析仪校准后，连接探针，将探针接入被测电路进行测量。
5603、 获得网络分析仪端口测量的反射系数r,。
在网络分析仪上既可以显示网络分析仪端口测量的反射系数，也可以显 示端口测量的反射系数经电磁延迟后得到的反射系数。
5604、 将被测电路串联电感L (比如4.7nH )后，形成被测电路与电感L
的串联电路。
串联电感的值本领域技术人员可以根据实际情况来选定，比如采用 O.lnH-lOmH的电感。
5605、 将探针接入该串联电路进行测量，获得网络分析仪端口测量的反
射系数G。
5606、 根据测量的r, 、 r2以及串联的电感值确定电磁延迟r 。
可以根据上述的公式11解出fi和&后，确定电磁延迟r ;也可以利用Smith 圓图工具来得到"和^后，确定电磁延迟f:
Smith圓图工具不但可以以极坐标形式显示反射系数，还可以在显示的反 射系数的基础上再增加阻抗，Sm他圓图工具可以根据增加的阻抗计算出增加 后的反射系数。
比如，在Smith圓图工具中，在r;的基础上增加无损传输线^ (可通过 Smith圆图工具的界面输入)，则Smith圓图工具显示出增加f后的反射系数 r;;在r;的基础上增加电感L(可通过Smith圆图工具的界面输入)，则Smith 圆图工具显示出又增加L后的反射系数r:;在「4的基础上增加无损传输线？2 (可通过Smkh圆图工具的界面输入)，则Smith圓图工具显示出又增加^后 的反射系数r;。在Smith圆图工具中不断调整输入的^、 &的值，使得反射系数r;最终与 G相重合。此时即确定&与&的值。根据确定的A与&，可以确定作为补偿的
电磁延迟r,即使得电磁延迟r等于或者尽量接近-"。
S607、根据确定的电磁延迟"周整网络分析仪的电磁延迟后，将探针接入
被测电路进行测量，网络分析仪端口测量的反射系数经电磁延迟后显示的反 射系数即为被测电路的反射系数，根据显示的反射系数即可确定被测电路的阻抗。
本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步 骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。
本发明实施例提供了一种网络分析仪电磁延迟确定装置，如图7所示， 包括第一反射系数获得模块701、第二反射系数获得模块702、电磁延迟确 定模块703。
第一反射系数获得模块701用于获得第一反射系数，所述第一反射系数 为对网络分析仪校准后，将所述网络分析仪的探针接入到高频电路进行测量
得到的。
第二反射系数获得模块702用于获得第二反射系数，所述第二反射系数 为对网络分析仪校准后，对所述高频电路串联电感，并将所述网络分析仪的 探针接入到串联电感后的电路进行测量得到的。
电磁延迟确定模块703用于根据述电感的值，以及获得的第一反射系数 和第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟。
电磁延迟确定模块703具体根据上述公式11计算出^,和^2后，根据？1和^2
确定所述电磁延迟；
或者，电磁延迟确定模块703具体用于通过Simth圆图工具显示所述第一 反射系数和第二反射系数;在所述第一反射系数的基础上通过所述Simth圓闺 工具依次增加无损传输线& 、所述电感以及无损传输线^2后得到第三反射系 数；调整^、 直至所述第三反射系数与所述第二反射系数重合；根据所述&和"确定网全各分析4义的电石兹延迟。
本发明实施例由于对高频电路串联电感的前后进行反射系数测量，得到 两个反射系数值，而这两个反射系数都可以反映电路中探针或者其它因素所 造成的相位偏移，根据这两个反射系数值可以建立关系式，从而可以获知测 试电路中探针和测试电路中其它因素引起的相位偏移《，也就是可以确定对位
偏移《的补偿值A和。，从而确定网络分析仪的电磁延迟r;换而言之，根据 本发明实施例确定出的电磁延迟r可以补偿探针和测试电路中其它因素引起 的相位偏移，而不是如现有技术那样，仅对探针的相位偏移进行测试和补偿， 从而使得对高频电路的阻抗测试更为准确。
进一步，利用Smith圓图工具可以方便的获得A和"，而不必解方程，能 够直观获得^和。，从而方便的确定电磁延迟r。
是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于 一计算机可读 取存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等。
还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表 示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开 的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块，既可以位于一个地 方，也可以分布到几个网络单元上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应^L为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种网络分析仪电磁延迟确定方法，其特征在于，包括对网络分析仪校准后，测量第一反射系数和第二反射系数；所述第一反射系数为所述网络分析仪通过接入到高频电路的探针对所述高频电路进行测量获得的；所述第二反射系数为对所述高频电路串联电感后，所述网络分析仪通过探针对串联电感后的电路进行测量获得的；根据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述根据所述电感的值，以 及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定阿络分析仪的电磁延迟，具体 为根据如下第一公式计算出x,和、后，根据x,、、确定所述电磁延迟—r>-杀+ (i -r,) ，2丄2- "G.#。)*(i-r产)其中，z。是特征阻抗，；r为圆周率，/为电磁波频率，L为所述电感的值；^ = 2冗/、， /^为传输线中电磁波波长；r。 「2分别为所述第一反射系数和第二反射系数。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一公式根据如下方法 得到假设所述高频电路串联无损传输线x,，则得到第二公式r3=rie"，'；其中，r;为网络分析仪测量的串联了无损传输线Xl的电路的反射系数；假设所述高频电路串联无损传输线x,、所述电感，则得到第三公式rC'#)*(i-r;);其中，G为网络分析仪测量的串联了无损传输线xp i + (_/^i/z0)*、i-r3j所述电感的电路的反射系数；假设所述高频电路串联无损传输线x,、所述电感、无损传输线&，则得到第四公式r5 = r4e"2^;其中，「5为网络分析仪测量的串联了无损传输线、、 所述电感、无损传输线x,的电路的反射系数； 根据所述第二、三、四公式得到第五公式r， r-雖'+(y,/z。H —r>-，丄—雞2 5 ^i + (y,/z0)*(i-r,她) ;根据所述第五公式，令r,r,，得到所述第一公式。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述根据所述电感的值，以 及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟，具体 包括通过史密斯Simth圆图工具显示所述第一反射系数和第二反射系数； 在所述第一反射系数的基础上通过所述Simth圆图工具依次增加无损传 输线fi 、所述电感以及无损传输线^2后得到第三反射系数；调整A、 f2，直至所述第三反射系数与所述第二反射系数重合； 根据所述。和^ 2确定网络分析仪的电磁延迟。
5、 一种网络分析仪电磁延迟确定装置，其特征在于，包括 第一反射系数获得模块，用于获得第一反射系数，所述第一反射系数为对网络分析仪校准后，将所述网络分析仪的探针接入到高频电路进行测量得 到的；第二反射系数获得模块，用于获得第二反射系数，所述第二反射系数为 对网络分析仪校准后，对所述高频电路串联电感，并将所述网络分析仪的探 针接入到串联电感后的电路进行测量得到的；电磁延迟确定模块，用于根据述电感的值，以及获得的第一反射系数和 第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟。
6、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电磁延迟确定模块具体用于根据如下公式计算出a和^后，根据a和^确定所述电磁延迟；<formula>formula see original document page 4</formula>其中，z。是特征阻抗，；r为圆周率，/为电磁波频率，L为所述电感的值；y9 = 2;r/、，、为传输线中电磁波波长；R 、 r2分别为所述第 一反射系数和第二反射系数。
7、 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电磁延迟确定模块具体用于通过Simth圓图工具显示所述第一反射系数和第二反射系数；在所述第 一反射系数的基础上通过所述Simth圓图工具依次增加无损传输线a、所述电感以及无损传输线&后得到第三反射系数；调整a、 ？2，直至所述第三反射系数与所述第二反射系数重合；根据所述a和"确定网络分析仪的电磁延迟。
8、 一种高频电^各阻抗测量方法，其特征在于，包括对网络分析仪校准后，测量第 一反射系数和第二反射系数；所述第 一反射系数为所述网络分析仪通过接入到高频电路的探针对所述高频电路进行测量获得的；所述第二反射系数为对所述高频电路串联电感后，所述网络分析仪通过探针对串联电感后的电路进行测量获得的；根据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网络分析4义的电石兹延迟值；根据确定的电磁延迟值调整所述网络分析仪的电磁延迟后，将所述网络分析仪的探针接入到所述高频电路进行测量，根据所述网络分析仪显示的反射系数确定所述高频电路的阻抗。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟，具体为根据如下第一公式计算出、和^后，根据x,、 ^确定所述电;兹延迟<formula>formula see original document page 5</formula>其中，z。是特征阻抗，；r为圆周率，/为电磁波频率，L为所述电感的值；/ = 2;r/、， ^为传输线中电磁波波长；r'、 r,分别为所述第一反射系数和第二反射系数。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述才艮据所述电感的值，以及获得的第一反射系数和第二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟，具体包括通过Simth圆图工具显示所述第 一反射系数和第二反射系数；在所述第一反射系数的基础上通过所述Simth圓图工具依次增加无损传输线q、所述电感以及无损传输线"后得到第三反射系数；调整A、 直至所述第三反射系数与所述第二反射系数重合；根据所述f i和f 2确定网络分析仪的电磁延迟。
全文摘要
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及通过网络分析仪对移动终端高频电路进行阻抗测量的技术。本发明提供的一种确定网络分析仪电磁延迟、测量高频电路阻抗的方法，包括对网络分析仪校准后，将所述网络分析仪的探针接入到所述高频电路进行测量获得第一反射系数；对所述高频电路串联电感后，将所述网络分析仪的探针接入到串联电感后的电路进行测量获得第二反射系数；根据所述电感的值，以及第一、二反射系数，确定网络分析仪的电磁延迟。由于对高频电路串联电感的前后进行反射系数测量，而这两个反射系数都可以反映电路中探针或者其它因素所造成的相位偏移，从而可以根据这两个反射系数值确定对相位偏移的补偿电磁延迟，使得阻抗测试更准确。
文档编号G01R27/04GK101464482SQ20091000113
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者王国涛 申请人:青岛海信移动通信技术股份有限公司