[发明专利]一种基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法。

背景技术

近年来，很多应用于无线通信和雷达的微波器件都带有四个甚至更多端口，使用四端口的矢量网络分析仪测试这些器件需要多次连接才能完成散射参数的表征。在科研生产中，在高精度和高可重复性的基础上快速完成测试，以提高生产效率。测试的总体效率取决于器件的连接速度，以及系统从一个测量路径转换到另一个测量路径并对数据进行处理的速度。

随着信息服务业的高速发展，越来越多的数字工程师开始使用4端口高性能矢量网络分析仪进行高速背板、高速数字电缆、高速连接器、高速PCB的信号完整性测量和分析。互连的数字信号速率不高时，一般用差分阻抗参数即可表征，用时域反射计(TDR)进行测量和分析即可满足要求。但当信号速率达到6.25Gbps，甚至10Gbps、25Gbps后，系统的微波效应表现出来，阻抗参数模型过于简化，不足于表征高速互连性能，而混合模式S参数(即散射参数)则可以精确的像衡量微波系统一样来衡量高速互连的性能。此时，高性能网络分析仪就成为一个必不可少的工具。随着服务器，交换机、高速电缆和连接器中多端口传输应用越来越多，如何使用4端口矢量网络分析仪进行高精度的多端口(＞4)散射参数测试受到技术人员的关注。

目前，主流的几个电子测试仪器厂商中，例如是德公司(前身安捷伦公司)，德国罗德与施瓦茨公司和日本安立公司均未在其四端口矢量网络分析仪加入多端口散射参数测试功能。

现有技术方案存在以下不足：

(1)现有的四端口矢量网络分析仪不支持多次测量后S参数矩阵的组合功能，对于多端口器件测试无法做到一键测试得到最终多端口的S参数；

(2)使用矢量网络分析仪+S参数扩展装置的多端口测试方案硬件成本高，而且校准复杂且时间长；

(3)现有的方案中，基于四端口矢量网络分析仪多次测试，然后将S参数矩阵手动组合成多端口S参数，没有经过校准，非测试端口不理想匹配会影响测试精度。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法，通过对多端口散射参数矩阵进行分块，使用四端口矢量网络分析仪多次测量不同端口的散射参数矩阵进行组合，并通过校准算法对组合后的矩阵进行精度提升，获得多端口散射参数。

可选地，上述基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法，包括：数据采集模块，用于从矢量网络分析仪的计算机内存中读取SNP格式的被测件S参数，并将其以S参数分块矩阵的形式进行存储；参数检查模块，用于判断数据获取模块得到的S参数矩阵是否满足无源性，如果S参数矩阵不满足无源性时，利用内差补偿算法对S参数矩阵进行特性修正；S参数归一化校准模块，利用S参数归一化校准算法，将所有测得S参数分块矩阵重新归一化，消除测量中非量测端口非理想匹配的影响；多端口组合控制模块，用于提示用户连接端口顺序和编号，并对矢量网络仪进行控制，得到需要的S参数分块矩阵，并将归一化后的S参数分块矩阵组合成完整的多端口S参数矩阵。

可选地，上述基于四端口矢量网络分析仪的多端口散射参数测试方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：根据被测件的特点，首先利用矢量网络分析仪的传统校准方法将测量的参考断面校准到连接电缆的端口；然后根据多端口组合控制模块的指令，将测试电缆连接到被测件的指定端口处，利用矢量网络分析仪完成S参数的测试，并放入到数据存储模块中；在数据采集模块中，读取数据存储模块中的S参数，并将其转换成矩阵块的形式进行存储；

步骤(2)：对步骤(1)中获得的S参数矩阵进行无源性测试，看其是否满足无源性，不满足无源性时利用内差补偿算法对S参数矩阵进行特性修正；

S参数无源性的判断，通过如下公式得到

S^*(s)S(s)＜I (1)

其中，I代表维数匹配的单位矩阵，*代表求取矩阵的转置；如果检测后发现S参数矩阵不满足无源性，则进行内插补偿保证S参数的无源特性；

步骤(3)，当S参数经过特性的判断和内插补偿后，进入S参数归一化校准模块，利用S参数归一化校准算法，将所有测得S参数分块矩阵重新归一化，消除测量中非量测端口非理想匹配的影响；

多端口网络S参数的归一化变换的公式如下所示