專利名稱：一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)及方法用于對帶寬達(dá)到50GHz以上的微波器件的傳輸特性的測量，屬于脈沖計量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在時域內(nèi)測量系統(tǒng)或器件傳輸特性的方法都是采用單位階躍信號作為標(biāo)準(zhǔn)脈沖源，我國采用的信號源是FLUCK9500，測試帶寬不超過20GHz。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量帶寬雖然可以達(dá)到50GHz甚至更高，但矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀非常昂貴，這就限制了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服如上所述的現(xiàn)有時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)的不足，提供了一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)充分開發(fā)了現(xiàn)有取樣示波器的功能，實現(xiàn)對被測器件8的特性進(jìn)行測量，帶寬達(dá)到50GHz以上。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，具體參見圖2，本系統(tǒng)主要包括有Agilent86100A主機(jī)2、Agilent86100B主機(jī)1、被測器件8；其中，Agilent86100A主機(jī)2裝有序列號為SERVS42400126的Agilent86117A模塊5，Agilent86100B主機(jī)1同時裝有Agilent54754A模塊3和序列號為SERVS42400124的Agilent86117A模塊4。Agilent86100A主機(jī)2的前面板的觸發(fā)輸入端通過3.5mm電纜與裝在Agilent86100B主機(jī)1上的Agilent54754A模塊3連接，Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent86117A模塊5通過被測器件8與Agilent86100B主機(jī)1上的Agilent86117A模塊4連接；Agilent86100A主機(jī)2作為脈沖發(fā)生器，Agilent86100B主機(jī)1同時作為測量儀表和同步觸發(fā)信號源，通過Agilent54754A模塊3產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，使得Agilent86100A主機(jī)2和Agilent86100B主機(jī)1工作同步。
所述的被測器件8通過連接器件7連接于Agilent86100A主機(jī)2。
本發(fā)明的工作原理是通過時域反射(TDR)Agilent54754A模塊3產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，使得Agilent86100A主機(jī)2和Agilent86100B主機(jī)1工作同步。Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent86117A模塊5產(chǎn)生一個已知的脈沖，它的帶寬為50GHz，這個脈沖將通過被測器件8以及連接器件7，被Agilent86100B主機(jī)1上的Agilent86117A模塊4測量并采集。在用Agilent86100B主機(jī)1通過Agilent86117A模塊4測量信號，Agilent86117A模塊4的輸入電路可以看成一個濾波器，Agilent86100B主機(jī)1上所顯示的波形就是已知脈沖、被測器件8的特性、連接器件7與這個濾波器卷積的結(jié)果。由于Agilent86100B主機(jī)1的特性和連接器件7的特性是已知的，通過反卷積可以得到被測器件8的頻域特性，即帶寬，以及時域特性，即沖激響應(yīng)，再對沖激響應(yīng)積分得到上升時間。
在實際操作中，加進(jìn)一個連接器件7，是為了使得被測器件8可以與示波器模塊相連接，因此在數(shù)據(jù)處理時，測量的結(jié)果還要與連接器件7的特性進(jìn)行反卷積。
利用該系統(tǒng)對被測器件8的特性進(jìn)行測量的方法，具體測量方法如下時域反射模塊Agilent54754A3產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，使得Agilent86100A主機(jī)2和Agilent86100B主機(jī)1工作同步，Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent86117A模塊5產(chǎn)生一個已知的脈沖，這個脈沖帶寬為50GHz，它將通過被測器件8，被主機(jī)Agilent86100B1上的Agilent86117A模塊4測量并采集，具體采集過程如下i)設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)的偏置電壓為正值，再設(shè)置Agilent86100B主機(jī)(1)的平均采樣次數(shù)，采樣完成后保存數(shù)值y+(n)，設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)為不平均；
ii)設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)的偏置電壓為負(fù)值，再設(shè)置Agilent86100B主機(jī)(1)的平均采樣次數(shù)，采樣完成后保存數(shù)值y-(n)，設(shè)置示波器為不平均；iii)正、負(fù)偏置下的波形y+(n)、y-(n)，其中，“+”和“-”代表正負(fù)偏置下的測量結(jié)果，對兩次測量正、負(fù)偏置下的波形進(jìn)行平均處理來去除選通脈沖泄漏以及電路不完全平衡造成的影響，得到y(tǒng)(n)。
對采樣結(jié)果y(n)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理過程如下測量數(shù)據(jù)表示為y(n)＝k(n)*hc(n)*hDUT(n)*h(n)①其中，y(n)為測量中Agilent86100B主機(jī)1上顯示的波形，k(n)為Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent 86117A模塊5產(chǎn)生的已知脈沖，hc(n)為連接器件7的傳輸特性，對于沒有連接器件7的情況，可以把hc(n)理想化，即頻域中各點(diǎn)都是1，時域中是理想沖激信號。hDUT(n)為待測器件，h(n)為Agilent86117A模塊4的特性。①式中，只有hDUT(n)為未知。
對①式分別進(jìn)行離散付氏變換，可以得到Y(jié)(k)＝K(k)·Hc(k)·HDUT(k)·H(k) ②將②與K(k)、H(k)和Hc(k)為相除，可以得到Y(jié)(k)K(k)·H(k)·Hc(k)=HDUT(k)]]>③通過對HDUT(k)求逆付氏變換得到其沖激響應(yīng)，對沖激響應(yīng)求積分得到其，通過階躍響應(yīng)可以求出其上升時間(上升時間為脈沖幅度由10％上升到90％的時間)。對HDUT(k)求模得到轉(zhuǎn)接頭的帶寬。
該系統(tǒng)充分開發(fā)了現(xiàn)有取樣示波器的功能，實現(xiàn)對被測器件8的特性進(jìn)行測量，帶寬達(dá)到50GHz以上。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)連接框圖1(沒有被測器件)
圖2本發(fā)明系統(tǒng)連接框圖2(有被測器件)圖3測量波形4被測器件的沖激響應(yīng)圖5被測器件的階躍響應(yīng)圖6被測器件的幅頻特性圖7數(shù)據(jù)采集流程8數(shù)據(jù)處理流程中1、Agilent86100B主機(jī)，2、Agilent86100A主機(jī)，3、Agilent54754A模塊 4、Agilent86117A模塊(SERVS42400124)，5、Agilent86117A模塊(SERVS42400126)，6、TDR3.5mm cable，7、連接器件，8、被測器件。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施方式
參見圖1～圖7。本例中的系統(tǒng)主要包括有Agilent86100A主機(jī)2和Agilent86100B主機(jī)1，連接器件7為2.4雙陰轉(zhuǎn)接頭，編號為17172，被測器件8為2.4陰轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)接頭，編號為17979，其中，Agilent86100A主機(jī)2裝有序列號為SERVS42400126的Agilent86117A模塊5，Agilent86100B主機(jī)1同時裝有Agilent54754A模塊3和序列號為SERVS42400124的Agilent86117A模塊4。Agilent86100A主機(jī)2的前面板觸發(fā)輸入端通過3.5mm電纜與裝在Agilent86100B主機(jī)1上的Agilent54754A模塊3連接，Agilent86117A模塊5通過2.4雙陰轉(zhuǎn)接頭(即連接器件7)以及被測器件8與Agilent86100B主機(jī)1的Agilent86117A模塊4連接。
在本實施例中，連接器件7可以與Agilent86117A模塊4和Agilent86117A模塊5直接相連，所以為了提高準(zhǔn)確性，本實施例進(jìn)行兩次測量，即第一次測量不接入被測器件8(圖1)，第二次測量在圖1的基礎(chǔ)上，級聯(lián)了被測器件8(圖2)。圖1所示為第一次測量，在第一次測量中只連接了連接器件7即2.4mm雙陰的轉(zhuǎn)接頭，編號為17172)；圖2在圖1的基礎(chǔ)上，級聯(lián)了被測器件8，即2.4mm陰轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)接頭，編號為17979。
兩圖所示的兩次測量的設(shè)置都是相同的，取樣Agilent86100B主機(jī)1工作在TDR(時域反射計)模式，TDR設(shè)置為1.99kHz，水平靈敏度為100ps/div，延遲為70ns，取樣點(diǎn)為1024。Agilent86100A主機(jī)1工作在示波器模式。Agilent86100A主機(jī)1的偏置電壓為正負(fù)150mV，水平靈敏度為50μs/div，延遲為28ns，取樣次數(shù)為16。按照前述步驟完成連接并設(shè)置參數(shù)，可以在Agilent86100B主機(jī)1得到測量波形，見圖3。
本實施例的數(shù)據(jù)采集過程為對圖3所示的波形進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，在兩次測量的當(dāng)中采集的過程完全相同。過程是偏置設(shè)置為+150mV，采樣時，要設(shè)置示波器采樣平均次數(shù)，本次測量的平均次數(shù)為16次，平均完成后，保存數(shù)據(jù)。設(shè)置為不平均。偏置改為-150mV，重復(fù)上述步驟。正負(fù)150mV交替使用，進(jìn)行5次，具體數(shù)據(jù)采集過程見圖7。
求解被測器件8的特性如下兩次測量方程分別為ya(n)＝k(n)*hc(n)*h(n)(4)和yb(n)＝k(n)*hc(n)*hDUT(n)*h(n)(5)其中，ya(n)和yb(n)分別為兩次測量當(dāng)中Agilent86100B主機(jī)1上顯示的波形，ya(n)是按圖1連接時的測量結(jié)果，yb(n)是按圖2連接時的測量結(jié)果，k(n)為Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent86117A模塊5產(chǎn)生的已知脈沖，hc(n)為2.4mm雙陰轉(zhuǎn)接頭的傳輸特性。hDUT(n)為2.4mm陰轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)接頭的傳輸特性，h(n)為Agilent86117A模塊4的特性。對(4)、(5)式分別進(jìn)行離散付氏變換，可以得到Y(jié)a(k)＝K(k)·Hc(k)·H(k) (6)Yb(k)＝K(k)·Hc(k)·HDUT(k)·H(k) (7)在(6)、(7)兩式中，(7)式相當(dāng)于上面(3)式中的分子部分，(6)式相當(dāng)于上面(3)式中的分母部分。將(6)、(7)式相除，可以得到
Yb(k)Ya(k)=HDUT(k)]]>通過對HDUT(k)求逆付氏變換得到其沖激響應(yīng)，如圖4所示，對沖激響應(yīng)求積分得到其階躍響應(yīng)，進(jìn)而可以求出其上升時間(上升時間為脈沖幅度由10％上升到90％的時間)，如圖5所示。對HDUT(k)求模得到2.4陰轉(zhuǎn)陽轉(zhuǎn)接頭的帶寬，如圖6所示。
為了減小測量數(shù)據(jù)ya(n)和yb(n)的誤差，在上述處理前，對數(shù)據(jù)還采用PDF反卷積法去除時基抖動的影響。通過對偏置電壓分別取正、負(fù)值，得到正、負(fù)偏置下的測量結(jié)果，它們分別是ya+(n)、ya-(n)、yb+(n)和yb-(n)，上面四個符號的下標(biāo)“a”和“b”代表圖1和圖2的兩次測量，“+”和“-”代表正負(fù)偏置下的測量結(jié)果。對兩次測量正、負(fù)偏置下的波形進(jìn)行平均處理來去除選通脈沖泄漏以及電路不完全平衡造成的影響。得到y(tǒng)a(n)和yb(n)。
經(jīng)過上述處理，可以得到被測器件8的頻域特性及沖激響應(yīng)，再經(jīng)過積分可以得到它的階躍響應(yīng)以及上升時間。具體過程見圖8。
按照上述方法得到的測量結(jié)果如圖4，圖5和圖6。
權(quán)利要求
1.一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)主要包括有Agilent86100A主機(jī)(2)、Agilent86100B主機(jī)(1)、被測器件(8)；其中，Agilent86100A主機(jī)(2)裝有序列號為SERVS42400126的Agilent86117A模塊(5)，Agilent86100B主機(jī)(1)同時裝有Agilent54754A模塊(3)和序列號為SERVS42400124的Agilent86117A模塊(4)。Agilent86100A主機(jī)(2)的前面板觸發(fā)輸入端通過3.5mm電纜與裝在Agilent86100B主機(jī)(1)上的Agilent54754A模塊(3)連接，Agilent86100A主機(jī)(2)上的Agilent86117A模塊(5)通過被測器件(8)與Agilent86100B主機(jī)(1)上的Agilent86117A模塊(4)連接；Agilent86100A主機(jī)(2)作為脈沖發(fā)生器，Agilent86100B主機(jī)(1)同時作為測量儀表和同步觸發(fā)信號源，通過Agilent54754A模塊(3)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，使得Agilent86100A主機(jī)(2)和Agilent86100B主機(jī)(1)工作同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)，其特征在于所述的被測器件(8)通過連接器件(7)連接于Agilent86100A主機(jī)(2)。
3.利用權(quán)利要求1所述的一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)對被測器件8的特性進(jìn)行測量的方法，其特征在于，該測量方法是按以下步驟進(jìn)行的1)時域反射模塊Agilent54754A(3)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，使得Agilent86100A主機(jī)(2)和Agilent86100B主機(jī)(1)工作同步，Agilent86100A主機(jī)(2)上的Agilent86117A模塊(5)產(chǎn)生一個已知的脈沖，這個脈沖帶寬為50GHz，它將通過被測器件8，被Agilent86100B主機(jī)(1)上的Agilent86117A模塊(4)測量并采集，具體采集過程如下i)設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)的偏置電壓為正值，再設(shè)置Agilent86100B主機(jī)(1)的平均采樣次數(shù)，采樣完成后保存數(shù)值y+(n)，設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)為不平均；ii)設(shè)置Agilent86100A主機(jī)(2)的偏置電壓為負(fù)值，再設(shè)置Agilent86100B主機(jī)(1)的平均采樣次數(shù)，采樣完成后保存數(shù)值y-(n)，設(shè)置示波器為不平均；iii)重復(fù)上述步驟，直到數(shù)據(jù)采集次數(shù)達(dá)到設(shè)定值；對正、負(fù)偏置下的波形y+(n)、y-(n)進(jìn)行平均處理來去除電路不完全平衡造成的影響，得到測量數(shù)據(jù)y(n)；2)對采樣結(jié)果y(n)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理過程如下，i)測量數(shù)據(jù)y(n)表示為y(n)＝k(n)*hc(n)*hDUT(n)*h(n)①其中，y(n)為測量中Agilent86100B主機(jī)(1)上顯示的波形，k(n)為主機(jī)Agilent86100A(2)上的Aligent86117A模塊(5)產(chǎn)生的已知脈沖，hc(n)為連接器件8的傳輸特性，對于沒有連接器件8的情況，把hc(n)理想化，即頻域中各點(diǎn)都是1，時域中是理想沖激信號，hDUT(n)為待測器件，h(n)為Agilent86117A模塊(4)的特性。(1)式中，只有hDUT(n)為未知；ii)對①式進(jìn)行離散付氏變換，得到Y(jié)(k)＝K(k)·Hc(k)·HDUT(k)·H(k)②將②與K(k)、H(k)和Hc(k)相除，得到Y(jié)(k)K(k)·H(k)·Hc(k)=HDUT(k)]]>③iii)對HDUT(k)求逆付氏變換得到?jīng)_激響應(yīng)，對沖激響應(yīng)求積分得到其階躍響應(yīng)，通過階躍響應(yīng)求出其上升時間，對HDUT(k)求模得到被測器件(7)的帶寬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于寬帶取樣示波器的時域網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)及方法，屬于脈沖計量領(lǐng)域。本系統(tǒng)主要包括裝有Agilent86117A模塊(5)的Agilent86100A主機(jī)(2)、同時裝有Agilent54754A模塊(3)和Agilent86117A模塊(4)的Agilent86100B主機(jī)(1)、被測器件(7)。Agilent86100A主機(jī)2的前面板觸發(fā)輸入端與Agilent54754A模塊(3)連接，Agilent86100A主機(jī)2上的Agilent86117A模塊(5)通過被測器件(8)與Agilent86117A模塊(4)連接。該系統(tǒng)能夠?qū)掃_(dá)到50GHz以上的被測器件8的特性進(jìn)行測量。
文檔編號G01R31/00GK1889395SQ200610012080
公開日2007年1月3日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者劉明亮, 朱江淼, 郁月華, 李洋, 繆京元 申請人:北京工業(yè)大學(xué)