一种高阻抗射频测量装置及方法与流程

本发明属于射频测量领域，尤其涉及一种高阻抗射频测量装置及方法。

背景技术：

常规的射频测试系统中大多数情况下以50欧为标准阻抗，包括smith圆图归一化做计算分析时候也往往以50欧阻抗为标准。同时，连接电缆常用的也是以50欧为阻抗。

当进行高阻抗测试时候，如测量电感的品质因数、测量lc谐振回路的并联等效谐振阻抗等，其阻抗往往高达500千欧。如果以反射方法进行测试，测试一个阻抗为500千欧的阻抗其对应的反射系数为(500-0.05)/(500+0.05)＝0.9998。而实际上现有的测试反射系数的仪器很难精确测试这个值，导致测试结果误差很大。例如：如果测试结果为0.9996(即误差为0.0002)，则对应的阻抗为250千欧。由上可见，此时测量结果失去意义。

另外，常规的校准算法需要知道相位信息，为了获取相位信息，测试系统在搭建时候需要做相参处理。此时，系统需要激励信号源及本振信号源。同时，往往需要下变频到中频再处理，使系统的复杂度快速增加，成本大幅上升。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高阻抗射频测量装置及方法，以提高对高阻抗测试时的测试精度的问题。

本发明采用以下技术方案：一种高阻抗射频测量装置，包括激励信号源，激励信号源的信号输出端连接至功分器的信号输入端，功分器的一个信号输出端连接至定向耦合器的信号输入端，功分器的另一个信号输出端连接至幅度检测器的一个信号输入端；

定向耦合器的信号输出端连接至阻抗变换器的第一信号输入端，阻抗变换器还设置有第二信号输入端口，第二信号输入端口用于与待测器件和测量配件连接；

定向耦合器的耦合端口连接至幅度检测器的另一个信号输入端，幅度检测器的信号输出端连接至处理器及显示单元。

优选的，测量配件由开路器、短路器和负载电阻组成。

优选的，负载电阻阻值为10kω。

本发明的另一种技术方案：一种高阻抗射频器件的阻抗测试方法，使用权利要求上述的一种高阻抗射频测量装置，具体方法包括：

将开路器、短路器、10kω负载电阻和待测元件分别连接至阻抗变换器的第二信号输入端口，通过幅度检测器分别测得其两个信号输入端所输入信号的幅度比值为ρopen、ρshort、ρload和ρdut，并通过处理器及显示单元记录并显示；

通过ρopen、ρshort、ρload和ρdut分别计算出测量装置的方向性误差edf、源匹配误差esf和反向传输误差erf；

通过方向性误差edf、源匹配误差esf和反向传输误差erf计算出待测器件的反射系数|s11|，通过|zdut|＝(1+|s11|)/(1-|s11|)计算得出待测器件的阻抗|zdut|；

上述计算过程均通过处理器及显示单元进行，处理器及显示单元将待测器件的阻抗|zdut|进行显示。

优选的，待测器件的反射系数|s11|具体通过

|s11|＝(ρdut-|edf|)/(|erf|+(ρdut-|edf|)·|esf|)计算得出。

优选的，反向传输误差erf通过|erf|＝2(ρopen-|edf|)(ρshort-|edf|)/(ρopen+ρshort)计算得出；

源匹配误差esf通过|esf|＝|ρopen-ρshort-2|edf||/|ρopen+ρshort|计算得出；

方向性误差|edf|＝ρload。

本发明的有益效果是：本发明中包括测试激励信号源、功分器、定向耦合器、幅度测量器、处理器及显示单元等模块，利用阻抗变换器将50欧系统的阻抗变换到10千欧，并以10千欧为基准对高阻抗进行校准及测试，极大地提高了高阻抗测试精度；且构造了简化的校准算法，以简化接收机结构，降低成本；并通过测试结果表明，通过阻抗变换及校准处理后，能够显著提高测试高阻抗的准确性，使该系统能够广泛应用到高阻抗测试中。

【附图说明】

图1为本发明实施例中高阻抗射频测量装置的原理框图；

图2位本发明实施例中定向耦合器的版图；

图3位本发明实施例中定向耦合器的原理图；

图4为本发明实施例中测试lc谐振回路(465khz中心频率)的测试结果图；

图5为本发明实施例中采用传统的基于50欧系统的测量方法测试lc谐振回路(465khz中心频率)的测试结果图。

其中：1.激励信号源；2.功分器；3.定向耦合器；4.阻抗变换器；5.幅度检测器；6.处理器及显示单元；41.第二信号输入端口。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种高阻抗射频测量装置，如图1所示，包括激励信号源1，激励信号源1的信号输出端连接至功分器2的信号输入端，功分器2选用有两个输出端的功分器，将激励信号源1发出的激励信号等分为两份后，通过两个输出端口进行输出，其一个信号输出端连接至定向耦合器3的信号输入端，另一个信号输出端连接至幅度检测器5的一个信号输入端。

定向耦合器3的信号输出端连接至阻抗变换器4的第一信号输入端，阻抗变换器4还设置有第二信号输入端口41，第二信号输入端口41用于与待测器件和测量配件连接。测量配件由开路器、短路器和负载电阻组成，负载电阻阻值为10kω。

通过测量配件结合阻抗变换器4可以使定向耦合器3的耦合端口产生多种幅度的信号，在通过这些信号结合幅度测量器5得出多个幅度比值，通过幅度比值可以简化的计算出待测器件的阻抗。

阻抗变换器4将系统50欧的阻抗变换为10千欧；即满足关系，z1＝50，z2＝10000，n1，n2分别为阻抗变换器中初级与次级线圈的圈数。

定向耦合器3的耦合端口连接至幅度检测器5的另一个信号输入端，幅度检测器5的信号输出端连接至处理器及显示单元6。幅度检测器5完成两路信号幅度比值的检测，以直流电压的方式输出，此信号进入到处理器及显示单6，以完成人机界面交互处理。

通过处理器及显示单元6对幅度检测器5测得的幅度比值进行计算、存储和显示，简化了测量过程，简化接收机结构，降低接收机的成本。

本发明还公开了一种高阻抗射频器件的阻抗测试方法，使用上述的一种高阻抗射频测量装置，具体方法包括：

将开路器、短路器、10kω负载电阻和待测元件分别连接至阻抗变换器4的第二信号输入端口，通过幅度检测器5分别测得其两个信号输入端所输入信号的幅度比值为ρopen、ρshort、ρload和ρdut，并通过处理器及显示单元6记录并显示。

通过ρopen、ρshort、ρload和ρdut分别计算出测量装置的方向性误差edf、源匹配误差esf和反向传输误差erf。

具体的：方向性误差|edf|＝ρload；

源匹配误差esf通过|esf|＝|ρopen-ρshort-2|edf||/|ρopen+ρshort|计算得出；

反向传输误差erf通过|erf|＝2(ρopen-|edf|)(ρshort-|edf|)/(ρopen+ρshort)计算得出；

通过|s11|＝(ρdut-|edf|)/(|erf|+(ρdut-|edf|)·|esf|)，结合方向性误差edf、源匹配误差esf和反向传输误差erf计算出待测器件的反射系数|s11|。

最后，通过|zdut|＝(1+|s11|)/(1-|s11|)计算得出待测器件的阻抗|zdut|；

上述计算过程均通过处理器及显示单元6进行，处理器及显示单元6将待测器件的阻抗|zdut|进行显示。

实施例

本实施例中，该装置中激励信号源1采用ad9910芯片，其频率覆盖范围0-400mhz，定向耦合器3采用adc-15-4+芯片，其频率覆盖范围为5mhz-1000mhz，耦合度约为15db，方向性大于20db，其版图为图2所示，原理图为图3所示。幅度检测器5采用ad8302模块，其频率覆盖范围最高到2700mhz。阻抗变换器4采用1：200变换比值，即将阻抗50欧变换到10千欧。功率分配器采用mini-circuits公司的za3cs-400-3w+型号。

通过该装置，采用上述的测试方法，测试中心频率约为465khz谐振回路的谐振阻抗，得到测试结果如图4所示，由测试结果可见，测试阻抗最高为290.82千欧，仍然准确且没有噪声，精确度显著高于其他基于50欧的测试系统，经测试计算可见其q值约为95。

如图5所示，为采用传统的基于50欧的测试装置的测试结果图，由图中可见随着测试阻抗的提高，其噪声非常大，有效测试精度小于10k欧。

根据上述测试结果表明，通过阻抗变换及校准处理后，本发明的测试装置和测试方法能够显著提高测试高阻抗的准确性，极大地提高了高阻抗器件的测试精度，且构造了简化的校准算法，简化了接收机结构，降低了成本，使该系统能够广泛应用到高阻抗测试中。