一种传输线、散射参数测试系统及方法与流程

本发明涉及射频测试技术领域，尤其涉及一种传输线、应用该传输线的散射参数测试系统及方法。

背景技术：

在射频测试中，常常需要进行散射参数测量。散射参数(scatteringparameters)又称为s参数。在现有的散射参数测试中，常常会用到“去嵌入”测试技术，请参照图1所示，在第二被测模块300与矢量网络分析仪(用于测量散射参数的主要测试仪表，未示出)之间还包括第一被测模块200时，矢量网络分析仪从第一被测模块200测得的端口反射系数s0实际上是第二被测模块300的散射参数b与第一被测模块200的散射参数a级联后的结果，为了准确获得第二被测模块300的散射参数b，就需要先测得第一被测模块200的散射参数a，再根据网络级联理论，计算出第二被测模块300的散射参数b。上述第一被测模块200可以是常见的测试夹具、射频器件、射频接头等。

然而，上述现有技术普遍应用的“去嵌入”测试技术在第一被测模块的散射参数无法测得的场合则无法适用，例如，当第一被测模块为表面贴装的滤波器、第二被测模块为天线单元，二者被焊接在同一个pcb上时，一方面滤波器无法拆卸后单独进行测试以获得其散射参数，另一方面，即便可以采用批量生产的同类滤波器来单独测试以获得散射参数，不同产品之间由于不具有理想的一致性，故用功能接近的滤波器测得的散射参数不能等价于已经焊接于天线单元上的滤波器的散射参数；而将滤波器先单独进行测试后再组装到天线单元的做法，虽然可以准确获得第二被测模块的散射参数，但在实际生产中将导致生产效率极低，是难以适应产业化生产需求的。

技术实现要素：

基于此，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种传输线、散射参数测试系统及方法，该传输线具有较好的稳定性和一致性，通过在测试电路中采用该传输线可实现“去嵌入”测试以获得散射参数，降低测试误差，同时还可避免只能将第一被测模块单独测试后再组装以获得散射参数的情况，从而显著提高生产效率。

本发明的传输线采用的技术方案是：

一种传输线，包括用于传输射频信号的第一导电线路和第二导电线路，所述第一导电线路与所述第二导电线路之间设有连接线路，所述连接线路包括第一连接线路和第二连接线路，所述第一连接线路具有第一端和第二端，所述第一连接线路通过所述第一端与所述第一导电线路相连接，所述第一连接线路通过所述第二端与所述第二连接线路相连接，所述第二连接线路为与所述第二导电线路耦合连接的耦合线路。

进一步的，所述传输线为微带传输线或带状传输线，所述传输线包括导体带和接地层；

其中，所述导体带和所述接地层分别对应作为所述第一导电线路和所述第二导电线路，所述第一连接线路为沿所述导体带朝所述接地层延伸的导体部件，所述耦合线路为设于所述导体部件远离所述导体带的一端的耦合部件，所述耦合部件与所述接地层之间设有耦合间隙；或者，所述导体带和所述接地层分别对应作为所述第二导电线路和所述第一导电线路，所述第一连接线路为沿所述接地层朝所述导体带延伸的导体部件，所述耦合线路为设于所述导体部件远离所述接地层的一端的耦合部件，所述耦合部件与所述导体带之间设有耦合间隙。

进一步的，所述导体部件为导电柱或导电通孔。

本发明的散射参数测试系统采用的技术方案是：

一种散射参数测试系统，包括测试仪、第一被测模块和第二被测模块，所述第一被测模块设于所述测试仪和所述第二被测模块之间，所述第一被测模块的一端与测试仪相连，另一端通过传输模块与所述第二被测模块级联，以形成测试电路，其中，所述传输模块包括n个上述的传输线，n≥1。

进一步的，当n＞1时，所述传输模块的n个所述传输线级联。

本发明的散射参数测试方法采用的技术方案是：

一种散射参数测试方法，应用上述散射参数测试系统，包括步骤：

将所述传输模块中的n个所述传输线的所述耦合线路与k个校准件对应连接；

通过改变所述校准件的电气参数使所述传输模块具有kⁿ组不同的电气参数；

通过所述测试仪测得与所述传输模块的kⁿ组电气参数对应的所述测试电路的端口反射系数si，其中i＝1～kⁿ，且kⁿ≥3；

通过所述传输模块的kⁿ组电气参数和所述传输模块的kⁿ组电气参数分别对应的测试电路的端口反射系数si，得出所述第一被测模块和所述第二被测模块的散射参数。

进一步的，上述通过改变所述校准件的电气参数使所述传输模块具有kⁿ组不同的电气参数，具体是：通过改变所述校准件的电长度使所述传输模块具有kⁿ组不同的电气参数。

进一步的，上述通过所述传输模块的kⁿ组电气参数和所述传输模块的kⁿ组电气参数分别对应的测试电路的端口反射系数si，得出所述第一被测模块和所述第二被测模块的散射参数，具体是：

根据微波网络理论，设所述第一被测模块的散射参数矩阵为所述第二被测模块的端口反射系数为b＝[b11]，所述传输模块的散射参数矩阵为所述第二被测模块和所述传输模块级联后的端口反射系数为ci；则：其中，

根据测量获得的所述传输模块的散射参数矩阵ti和所述测试电路的端口反射系数si，联合求解得出所述第一被测模块的散射参数矩阵a和所述第二被测模块的端口反射系数b。

进一步的，当kⁿ≥4时，利用最小二乘法拟合出所述第一被测模块的散射参数矩阵a和所述第二被测模块的端口反射系数b。

进一步的，所述校准件为电长度等于0的短路件或者为电长度不等于0的同轴传输线。

基于上述技术方案，本发明的传输线、散射参数测试系统及方法相对于现有技术至少具有以下有益效果：

本发明通过在第一导电线路和第二导电线路之间设置第一连接线路和耦合线路，根据射频电路理论，第一连接线路即可等效为电感，耦合电路与第二导电线路之间即可等效成两个电容；这样的传输线所形成的电路具有稳定的电气性能，相应的即可保证批量生产时传输线具有较好的一致性。在进行散射参数测试时，只需将上述传输线接入测试电路中，由于上述传输线具有较好的稳定性和一致性，故能方便的通过单独测试获得该传输线的散射参数，从而得到上述测试电路中的传输线的散射参数，并且还能将传输线的耦合线路外接校准件，通过改变校准件的电气参数以相应的获得多组散射参数，相应的，通过将测试电路中的传输线外接校准件，改变校准件的电气参数即可方便的测得测试电路的多组散射参数，并进一步根据微波网络理论，即可得出第一被测模块和第二被测模块的散射参数，从而实现“去嵌入”测试，无需通过单独测量一致性通常较差的第一被测模块获得散射参数进而获得第二被测模块的散射参数，测试过程简单，操作方便，能大幅降低测试误差，并提高生产效率。

附图说明

图1为现有的需采用“去嵌入”方法来测试散射参数的测试电路示意图；

图2为本发明实施例提供的一种传输线的原理图；

图3为图2所示传输线的等效电路图；

图4为图2所示传输线的一种结构示意图；

图5为图2所示传输线的另一种结构示意图；

图6为应用图2所示传输线的散射参数测试系统的一种测试电路示意图；

图7为应用图2所示传输线的散射参数测试系统的另一种测试电路示意图；

图8为图6和图7所示散射参数测试系统的测试电路所对应的微波网络信号流图；

图9为图6和图7所示散射参数测试系统采用图4所示传输线连接校准件的一种结构示意图；

图10为图6和图7所示散射参数测试系统采用图5所示传输线连接校准件的一种结构示意图；

图11为应用图6和图7所示散射参数测试系统的散射参数测试方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

需要说明的是，当单元被称为“固定于”或“设于”另一个单元上时，它可以直接在另一个单元上或者可能同时存在居中单元。当一个单元被称为是“连接”另一个单元，它同样也可以是直接连接另一个单元或者可能同时存在居中单元。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图2所示，本发明实施例提供了一种传输线110，包括用于传输射频信号的第一导电线路10和第二导电线路20，第一导电线路10与第二导电线路20之间设有连接线路，连接线路包括第一连接线路30和第二连接线路，第一连接线路30具有第一端和第二端，第一连接线路30通过第一端与第一导电线路10相连接，第一连接线路30通过第二端与第二连接线路相连接，第二连接线路为与第二导电线路20耦合连接的耦合线路40。

应当理解的是，上述第一导电线路10和第二导电线路20在传输线110原理上分别为传输线110的正极和负极，当上述第一导电线路10作为正极时，上述第二导电线路20相应的作为负极，而当上述第一导电线路10作为负极时，上述第二导电线路20相应的作为正极。

需要说明的是，上述第一连接线路30与第一导电线路10之间既可以采用电气连接，也可以采用耦合连接，在此不作限制。

上述传输线110通过在第一导电线路10和第二导电线路20之间设置第一连接线路30和耦合线路40，根据射频电路理论，结合图3所示，第一连接线路30即可等效为电感，耦合线路40与第二导电线路20之间的间隙50即可等效成电容51、52；这样的传输线110所形成的电路具有稳定的电气性能，相应的可保证批量生产时传输线110具有较好的一致性。

参照图4、图5、图9和图10，作为本发明的一个优选实施例，传输线110可以为微带传输线或带状传输线，结构简单，且方便制作形成上述第一连接线路30和耦合线路40。当采用上述微带传输线或带状传输线时，上述传输线110包括导体带1、接地层2及设于导体带1与接地层2之间的导体部件3和耦合部件4。

在本发明的部分实施例中，参照图2、图4和图9，上述导体带1和接地层2分别对应作为第一导电线路10和第二导电线路20，即上述第一导电线路10为正极，第二导电线路20为负极。在这种情况下，上述第一连接线路30可通过设置沿导体带1朝接地层2延伸的导体部件3实现，上述耦合线路40可通过在导体部件3远离导体带1的一端设置耦合部件4实现，通过在耦合部件4与接地层2之间设置耦合间隙5，即可实现耦合线路40与第二导电线路20的耦合连接，耦合部件4与接地层2之间的耦合间隙5即为可形成上述等效电容51、52的间隙50；整体结构简单，制作方便。具体在本实施例中，上述导体部件3既可以与导体带1电连接，也可以与导体带1耦合连接，当导体部件3与导体带1耦合连接时，可以通过在导体部件3与导体带1之间设置间隙以实现两者的耦合连接。

在本发明的部分实施例中，参照图2、图5和图10，上述导体带1和接地层2分别对应作为第二导电线路20和第一导电线路10，即上述第一导电线路10为负极，第二导电线路20为正极。在这种情况下，上述第一连接线路30可通过设置沿接地层2朝导体带1延伸的导体部件3实现，上述耦合线路40可通过在导体部件3远离接地层2的一端设置耦合部件4实现，通过在耦合部件4与导体带1之间设有耦合间隙50，即可实现耦合线路40与第二导电线路20的耦合连接，耦合部件4与导体带1之间的耦合间隙5即为可形成上述等效电容51、52的间隙50；整体结构简单，制作方便。具体在本实施例中，上述导体部件3既可以与接地层2电连接，也可以与接地层2耦合连接，当导体部件3与接地层2耦合连接时，可以通过在导体部件3与接地层2之间设置间隙以实现两者的耦合连接。

应当理解的是，上述导体带1与接地层2之间还可设有介质层(未示出)。

参照图4、图5、图9和图10，作为本发明的一个优选实施例，上述导体部件3可以为导电柱或导电通孔，加工制作简单方便，其中导电通孔可以是常见的金属过孔。上述耦合部件4可以为常见的金属焊盘。

在本发明的部分实施例中，上述耦合间隙50可以呈圆环状也可以呈非圆环状，在此不作限制。

参照图6，本发明实施例还提供了一种散射参数测试系统，包括测试仪(该测试仪可以是现有的矢量网络分析仪，未示出)、第一被测模块200和第二被测模块300，第一被测模块200设于测试仪与第二被测模块300之间，第一被测模块200的一端与测试仪相连，另一端通过传输模块100与第二被测模块300级联，以形成测试电路，其中，传输模块100包括n个上述传输线110，n≥1。

需要说明的是，上述第一被测模块200可以是现有的测试夹具、射频器件、射频接头等，在此不作限制。具体在本实施例中，上述第一被测模块200可以是现有的滤波器，第二被测模块300为天线单元。

在进行散射参数测试时，只需将上述传输模块100按上述方式接入散射参数测试系统的测试电路中，由于上述传输模块100具有较好的稳定性和一致性，故能方便的通过单独测试获得该传输模块100的散射参数，从而得到上述测试电路中的传输模块100的散射参数，并且还能将传输模块100中的传输线110的耦合线路40(具体在本实施例中为耦合部件4)外接校准件60，通过改变校准件60的电气参数以相应的获得多组散射参数，相应的，通过将测试电路中的传输线110外接校准件60，改变校准件60的电气参数即可方便的测得测试电路的多组散射参数，从而进一步根据微波网络理论，得出第一被测模块200的和第二被测模块300的散射参数，从而实现“去嵌入”测试，无需通过单独测量一致性通常较差的第一被测模块200获得散射参数进而获得第二被测模块300的散射参数，从而不会因为第一被测模块200的一致性较差而影响测试结果，测试过程简单，操作方便，能大幅降低测试误差，并提高生产效率。

参照图7所示，作为本发明的一个优选实施例，当n＞1时，传输模块100的n个传输线110级联。这样的传输模块100可更容易的获得多组散射参数。

参照图11所示，本发明实施例还提供了一种散射参数测试方法，应用上述散射参数测试系统，包括步骤：

s100，将传输模块100中的n个传输线110分别与k个校准件60对应连接；

s200，通过改变校准件60的电气参数使传输模块100具有kⁿ组不同的电气参数；

s300，通过测试仪测得传输模块100的kⁿ组电气参数对应的测试电路的端口反射系数si，其中i＝1～kⁿ，且kⁿ≥3；

s400，通过传输模块100的kⁿ组电气参数和传输模块100的kⁿ组电气参数分别对应的测试电路的端口反射系数si，得出第一被测模块200和第二被测模块300的散射参数。

需要说明的是，上述各传输线110的耦合线路需连接至少一个校准件60。上述测试电路的端口反射系数si具体指的是第二被测模块300、传输模块100及第一被测模块200依次级联后，第一被测模块200的端口反射系数。

上述散射参数测试方法，由于与上述系统实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明系统实施例相同，具体内容可参见本发明系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，上述校准件60的电气参数包括电长度li和反射系数gi(如图6和图7所示)，通过改变电长度li和反射系数gi中的任意一种均可以实现校准件60电气参数的改变。

结合图6和图7，作为本发明的一个优选实施例，上述步骤s200中，通过改变校准件60的电长度li使传输模块100具有kⁿ组不同的电气参数。一方面，改变校准件60的电长度更容易实现，另一方面校准件60的电长度也更容易准确获取。

结合图6、图7及图8，作为本发明的一个优选实施例，上述步骤s400中，具体可通过以下方法得出第一被测模块200和第二被测模块300的散射参数：根据微波网络理论，设第一被测模块200的散射参数矩阵为第二被测模块300的端口反射系数为b＝[b11]，传输模块100的散射参数矩阵为第二被测模块300和传输模块100级联后的端口反射系数为ci(如图8所示，该端口反射系数ci具体指的是传输模块100与第一被测模块200之间向传输模块100方向的端口反射系数)；则：其中，

根据可单独测量获得的传输模块100的散射参数矩阵ti和可测量获得的测试电路的端口反射系数si，联合形成以下i(i＝1～kⁿ，且kⁿ≥3)个方程组：

……

联合求解上述方程(1)～(i)，即可得出第一被测模块200的散射参数矩阵a和第二被测模块300的端口反射系数b，实现“去嵌入”测试。

由于上述ti及si均为可以测得的已知参数，同时，根据网络的对称性可知，a12＝a21；故上述方程组中未知参数共有四个，若b11≈0，则仅有三个未知参数，即：a11、a12和a22；因此，至少测得3组ti及si的数据，即可得到第一被测模块200的散射参数矩阵a和第二被测模块300的端口反射系数b，步骤简单。

若需准确求解第二被测模块300的端口反射系数b，则至少测得4组ti及si的数据，即可得到。

作为本发明的一个优选实施例，当kⁿ≥4时，还可利用现有的最小二乘法拟合出第一被测模块200的散射参数矩阵a和第二被测模块300的端口反射系数b，以减小测试误差，优化测试结果。

参照图7，在部分实施例中，当上述传输模块100中包括n个级联的传输线110，且n＞1时；应当理解的是，在上述步骤s200中，既可以通过改变任意一个传输线110的耦合线路40连接的校准件60的电长度以使传输模块100具有kⁿ组不同的电气参数；也可以通过改变至少两个传输线110的耦合线路40连接的校准件60的电长度以使传输模块100具有kⁿ组不同的电气参数，在此不做限制。

在本发明的部分实施例中，上述校准件60可以是电长度等于0的短路(未示出)，例如常见的短路块。当上述校准件60为短路件时，短路件可以使耦合部件4与第二导电线路20在物理连接(即实现电连接)；上述传输模块100中包括n个级联的传输线110，且n＞1时，步骤s100中，与n个传输线110的耦合部件4连接的校准件60可以都为短路块，则上述散射参数矩阵ti的数据就有kⁿ组，从而可以容易获得的多个用于求解上述方程组的反射系数ti。

参照图9和图10，在本发明的部分实施例中，上述校准件60还可以是电长度不等于0的同轴传输线。可通过在同轴传输线的末端外接不同的同轴标准件，例如开路、短路或负载等，以改变传输模块100的电气参数，从而获得kⁿ组传输模块100的反射系数t1、t2……ti(i＝kⁿ)。该同轴传输线包括内导体6和外导体7，参照图9所示，当导体带1和接地层2分别对应作为第一导电线路10和第二导电线路20，即上述第一导电线路10为正极，第二导电线路20为负极时，该同轴传输线的内导体6沿耦合部件4朝远离接地层2方向延伸，外导体7沿接地层2朝远离的接地层2方向延伸，内导体6与外导体7之间保持间距设置，该间距可以等于上述耦合间隙50；参照图10所示，当导体带1和接地层2分别对应作为第二导电线路20和第一导电线路10，即上述第一导电线路10为负极，第二导电线路20为正极时，该同轴传输线的内导体6沿耦合部件4朝远离导体带1方向延伸，外导体7沿接地层2朝远离的导体带1方向延伸，内导体6与外导体7之间保持间距设置，该间距可以等于上述耦合间隙50。

上述同轴传输线还可包括设于外导体外的壳体8；内导体6与外导体7之间可设有绝缘介质(未示出)。

应当理解的是，上述i、n、k均为≥1为自然数。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。