一種針對模塊化探針s參數(shù)幅頻特性的校準方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，利用將具有模塊化探針結(jié)構(gòu)的傳導信號采集模塊插入已知特性參數(shù)的校準背板上進行測試，校準背板上的連接器設計為單列針腳，通過逐列測試，根據(jù)測試結(jié)果利用級聯(lián)特性推導出其每個連接器針腳到模塊化探針另一端射頻接口的S參數(shù)幅頻特性。本發(fā)明可針對有一端為多陣列引腳連接器的模塊化探針進行校準，校準方式簡單，同時對校準背板設計使建模簡單精確，能過得到精確的S參數(shù)幅頻特性校準結(jié)果。
【專利說明】
-種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于信號測試領域，設及一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化探針是針對模塊化綜合射頻機架的一種傳導信號采集模塊，可通過電子開 關陣列控制利用射頻接口采集綜合射頻機架背板上相應槽位上多個針腳的傳導信號，其一 端為可插入綜合射頻機架的具有多列針腳的連接器，另一端為可接頻譜儀等測試設備的射 頻接口。模塊化探針作為一種信號采集裝置，需要對其S參數(shù)幅頻特性進行校準。
[0003] 通常對測試裝置進行S參數(shù)校準的方法有SOLT校準方法，針對單端口測試需要開 路、短路和負載=個校準件進行校準，針對雙端口測試還需要將兩個測試裝置直通連接進 行校準，對于模塊化探針若使用該方法校準，研制針對模塊化探針上多列針腳連接器的校 準件的過程復雜，而且由于探針上的連接器是公頭形式，無法將其直連進行直通測試，其他 傳統(tǒng)校準方法如TRULRM等方法均由于模塊化探針上連接器的結(jié)構(gòu)限制而無法適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是:克服現(xiàn)有的校準方法無法針對有一端為多陣列引腳連接器的模 塊化探針進行校準的問題，提出了一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，僅需制 作一個校準背板為校準件，校準方式簡單；另外，由于將校準背板上的連接器插座設為單 列，利用僅有單列針腳連接器插座的校準背板分別對具有多列針腳連接器插頭的采集模塊 進行逐列測試，可W對模塊化探針的每個針腳完成校準，同時使得對校準背板的建模簡單 精確，因而能夠得到較為精確的S參數(shù)幅頻特性校準結(jié)果。
[0005] 本發(fā)明的一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，利用將模塊化探針結(jié) 構(gòu)的傳導信號采集模塊插入已知特性參數(shù)的校準背板上進行測試，校準背板上的連接器設 計為單列針腳，通過逐列測試，根據(jù)測試結(jié)果利用級聯(lián)特性推導出其每個連接器針腳到模 塊化探針另一端射頻接口的S參數(shù)幅頻特性，實現(xiàn)步驟如下：
[0006] 步驟一、校準背板制作。校準背板的結(jié)構(gòu)由兩個單列針腳的綜合射頻機架連接器 插座和相同針腳間的互連線組成，單列針腳的尺寸與多列針腳連接器尺寸相同，僅針腳列 數(shù)為一列，校準背板的邊界處打一系列地孔使得不同層的地網(wǎng)絡相連。模塊化探針上連接 器插頭的引腳是多列的，每列針腳上均有信號引出，使用將其他幾列針腳剔除后的單列針 腳連接器作為校準背板上的插座讓連接相同針腳間的互連線走線方式簡單，使建模結(jié)果更 加精確，校準精度更高。
[0007] 校準背板的層疊結(jié)構(gòu)為地層-介質(zhì)-信號層-介質(zhì)-地層-介質(zhì)-地層-介質(zhì)-信號層- 介質(zhì)-地層，信號層位于兩個地層的正中間位置，為避免信號線間的串擾，兩個緊鄰針腳的 信號線分別布置在不同的信號層。
[000引步驟二、校準背板建模。根據(jù)步驟一所制作出的校準背板的尺寸，建立針腳間互連 線的帶狀線n階集總電路模型，計算其A參數(shù)，作為校準背板的特性參數(shù)。設信號層兩邊地層 間的厚度為b(mil)，信號層的厚度為t(mil)，寬度為w(mil)，信號線的長度為L(mil)，介質(zhì) 的介電常數(shù)為Er,損耗角正切為tan(o)。
[0009] 首先，計算帶狀線的特性阻3
[0010] 然后，計算帶狀線的總電容 、 總電導Gtotal 二 W tan ( O ) Ctotal (S)和 J f 和總電阻隨頻率f (單位GHz)改變，CO為角速度，C為光速。
[001。 接著，建立帶狀線的n階集總電路模型，如附圖3所示。其中Cper = Ctotal/n，Lper = Ltotal/n，Gper = Gtotal/n，Rper = Rtotal/n
BW為所需校準的頻段帶寬，單位 GHz。
[001^ 最后，計算帶狀線的A參數(shù)。先計算1階集總電路模型的ABCD矩陣，其中， Al 二 1 + ( Rper+j W Lper ) (Gper+j W Cper ), Bl 二 Rper+j W Lper , Cl = Gper+j W Cper , Dl 二 1 ,然后利用級 聯(lián)系統(tǒng)A參數(shù)可W直接相乘的特點，將1階ABCD矩陣相乘n次得到n階ABCD矩陣
，作為校準背板的特性參數(shù)。
[0013] 步驟=、將模塊化探針插入校準背板進行測試。模塊化探針的連接器為多列針腳 結(jié)構(gòu)，將兩個相同的模塊化探針相應的單列針腳插入校準背板上的兩個單列針腳連接器插 座上，在兩個模塊化探針另一端的射頻接口間接入矢量網(wǎng)絡分析儀測得兩個探針與校準背 板級聯(lián)后的S參數(shù)，進行逐列測試，完成針對每個針腳間的測試。
[0014] 步驟四、模塊化探針S參數(shù)求解。利用級聯(lián)系統(tǒng)A參數(shù)可W直接相乘的特點，通過對 模塊化探針-校準背板-模塊化探針=級級聯(lián)后的S參數(shù)導為A參數(shù)，利用建模求得的校準背 板的A參數(shù)，推導出模塊化探針的A參數(shù)解，進而求得模塊化探針的S參數(shù)解。
[0015] 首先，將失量網(wǎng)絡A析化測得的模塊化探針-校準背板-模塊化探針=級級聯(lián)后的
S參數(shù)利用公；
，計算得到S級級聯(lián)后的ABCD矩^ 。
[0016] 然后，求解模塊化探針的A參數(shù)解。設模塊化探針的A參數(shù) 則模 塊化探針-校準背板-模塊化探針S級級聯(lián)后的ABCD矩陣Atest = Amodule X Abb X Amodule,即
>將矩陣形式轉(zhuǎn)化為方程形式，即 求解該四元二次方程組中Am、Bm、Cm、Dm的值。
[0017] 最后、計算模塊化探針的S參數(shù)解。上述四元二次方程組的解有四組，將運四組模 塊化探針的A參數(shù)解根據(jù)公
f化為S參數(shù)。
[0018] 步驟五、判斷解的合理性求得正確的模塊化探針的S參數(shù)幅頻特性。觀察四組解的 幅度S參數(shù)值，將存在I Sii I〉0地或I S211〉0地的解剔除，剩下的解即為正確的模塊化探針的S 參數(shù)幅頻特性。
[0019] 在使用模塊化探針針對綜合射頻機架進行測試后，將測試結(jié)果創(chuàng)去模塊化探針的 幅度S參數(shù)幅頻特性即可完成模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0021 ] (1)可針對模塊化探針運種結(jié)構(gòu)為一端射頻接口，另一端為應用于綜合射頻機架 的多列針腳連接器插頭進行幅度校準，并僅需制作一個校準背板為校準件，校準方式簡單。
[0022] (2)將校準背板上的連接器插座設為單列，利用僅有單列針腳連接器插座的校準 背板分別對具有多列針腳連接器插頭的采集模塊進行逐列測試，可W對模塊化探針的每個 針腳完成校準，同時使得對校準背板的建模簡單精確。
[0023] (3)通過先求解A參數(shù)再轉(zhuǎn)化成S參數(shù)完成對模塊化探針幅度S參數(shù)的推導，利用級 聯(lián)系統(tǒng)ABCD矩陣可直接相乘的特點，使得根據(jù)已知多級結(jié)構(gòu)求解單級特性的過程更加簡 單。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法的流程圖；
[0025] 圖2是：（a)為本發(fā)明步驟一所需制作的校準背板結(jié)構(gòu)示意圖，（b)為本發(fā)明具體實 施方式中步驟一所需制作的校準背板的剖面層疊示意圖。
[0026] 圖3是本發(fā)明步驟二校準背板互連線建模所建立的帶狀線n階集總電路結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖4是本發(fā)明步驟=將模塊化探針插入校準背板進行測試的布置圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，包括下 列處理步驟：
[0030] 步驟一、校準背板制作。校準背板的結(jié)構(gòu)如附圖2中的(a)所示，由兩個單列針腳的 綜合射頻機架連接器插座和相同針腳間的互連線組成，單列針腳的尺寸與多列針腳連接器 尺寸相同，僅針腳列數(shù)為一列，校準背板的邊界處打一系列地孔使得不同層的地網(wǎng)絡相連。 模塊化探針上連接器插頭的引腳是多列的，每列針腳上均有信號引出，使用將其他幾列針 腳剔除后的單列針腳連接器作為校準背板上的插座讓連接相同針腳間的互連線走線方式 簡單，使建模結(jié)果更加精確，校準精度更高。
[0031] 校準背板的剖面圖如附圖2中的(b)所示，其層疊結(jié)構(gòu)為地層-介質(zhì)-信號層-介質(zhì)- 地層-介質(zhì)-地層-介質(zhì)-信號層-介質(zhì)-地層，信號層位于兩個地層的正中間位置，為避免信 號線間的串擾，兩個緊鄰針腳的信號線分別布置在不同的信號層。
[0032] 步驟二、校準背板建模。根據(jù)步驟一所制作出的校準背板的尺寸，建立針腳間互連 線的帶狀線n階集總電路模巧，計貸其轉(zhuǎn)移參數(shù)即A參數(shù)，作為校準背板的特性參數(shù)。
[0033] A參數(shù)即ABCD矩P
勺每個參量，描述的是二端口網(wǎng)絡輸入端口的總電壓和 總電流與輸出端口總電壓和總巧渝,R々豐累.輪入端口總電壓Vi、總電流Ii和輸出端口總電壓 V2、總電流12可通過A參數(shù)表示夫
，
[0034] 設信號層兩邊地層間的厚度為b(mil)，信號層的厚度為t(mil)，寬度為w(mil)，信 號線的長度為Umil)，介質(zhì)的介電常撒*f--賄技值TF巧n、
[0035] 首先，計算帶狀線的特性阻；
[0036] 然后，計算帶狀線的總電I 、 總電導GtDtai= Utan(O)CtDtai (S)和總電陽其中帶狀線的總電導 和總電阻隨頻率f (單位GHz)改變，CO為角速度，C為光速。
[0037] 接著，建立帶狀線的n階集總電路模型，如附圖3所示，帶狀線的n階集總電路模型 由n個1階集總電路模型級聯(lián)構(gòu)成，其中Rper、Lper、Cper和Gper分別為1階集總電路模型中的電 阻、電感、電谷和電導。其中 Cper - Ctotal/n , Lper - Ltotal/ll ,Gper - Gtotal/ll , Rper - Rtotal/ll ,
，:BW為所需校準的頻段帶寬，單位細Z。
[003引最后，計算帶狀線的A參數(shù)。先計算1階集總電路模型的ABCD矩陣;;，其中， Al 二 1 + ( Rper+j W Lper ) (Gper+j W Cper ), Bi 二 Rper+j W Lper , Cl = Gper+j W Cper , Dl 二 1 ,然后利用級 聯(lián)系統(tǒng)A參數(shù)可W直接相乘的特點，將1階ABCD矩陣相乘n次得到校準背板的n階ABCD矩陣
作為校準背板的特性參數(shù)。
[0039]步驟=、將模塊化探針插入校準背板進行測試。模塊化探針的連接器為多列針腳 結(jié)構(gòu)，將兩個相同的模塊化探針相應的單列針腳插入校準背板上的兩個單列針腳連接器插 座上，如附圖4所示，在兩個模塊化探針另一端的射頻接口間接入矢量網(wǎng)絡分析儀測得兩個 探針與校準背板級聯(lián)后的S參數(shù)，進行逐列測試，完成針對每個針腳間的測試。
[0040] 步驟四、模塊化探針S參數(shù)求解。
[0041] S參數(shù)，也就是散射參數(shù)，是微波傳輸中的一個重要參數(shù)。對于二端口網(wǎng)絡，S12為 反向傳輸系數(shù)，也就是隔離。S21為正向傳輸系數(shù)，也就是增益。Sll為輸入反射系數(shù)，也就是 輸入回波損耗，S22為輸出反射系數(shù)，也就是輸出回波損耗。
[0042] 利用級聯(lián)系統(tǒng)A參數(shù)可W直接相乘的特點，通過對模塊化探針-校準背板-模塊化 探針=級級聯(lián)后的S參數(shù)導為A參數(shù)，利用建模求得的校準背板的A參數(shù)，推導出模塊化探針 的A參數(shù)解，進而求得模塊化探針的S參數(shù)解。
[0043] 首先，將矢量網(wǎng)絡分析儀測得的模塊化探針-校準背板-模塊化探針=級級聯(lián)后的 S參數(shù)利用公；
（其中Zo為端口特性阻抗），計算得到實測的模 塊化探針-校準背板-模塊化探針S級級聯(lián)后的ABCD矩時
。
[0044] 然后，求解模塊化探針的A參數(shù)解。設模塊化探針的A參數(shù)呆
則 連測的橫塊化探針-巧準背板-橫塊化探針S級級聯(lián)后的ABCD矩陣Atest = AmcHlule X Abb X
即為模塊化探針A參數(shù)所包含的四個值。[0045] 最后、計算模塊化探針的S參數(shù)解。上述四元二次方程組的解有四組，將運四組模 將矩陣形式轉(zhuǎn)化為方程形式， 二次方程組中Am、Bm、Cm、Dm的值， 塊化探針的A參數(shù)解根據(jù)公3
t化為S參數(shù)。
[0046] 步驟五、判斷解的合理性求得正確的模塊化探針S參數(shù)幅頻特性。觀察四組解的幅 度S參數(shù)值，由于模塊化探針是無源網(wǎng)絡，基于無源網(wǎng)絡I Sii I《0地、I S211《0地的特點，將 存在I Sii I〉0地或I S211〉0地的解剔除，剩下的解即為正確的模塊化探針的S參數(shù)幅頻特性。
[0047] 在使用模塊化探針針對綜合射頻機架進行測試后，將測試結(jié)果創(chuàng)去模塊化探針的 幅度S參數(shù)即可完成模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準。
[004引提供W上實施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本 發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修 改，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下： 步驟一、校準背板制作 校準背板的結(jié)構(gòu)由兩個單列針腳的綜合射頻機架連接器插座和相同針腳間的互連線 組成，單列針腳的尺寸與多列針腳連接器尺寸相同，僅針腳列數(shù)為一列，校準背板的邊界處 打一系列地孔使得不同層的地網(wǎng)絡相連;模塊化探針上連接器插頭的引腳是多列的，每列 針腳上均有信號引出，使用將其他幾列針腳剔除后的單列針腳連接器作為校準背板上的插 座讓連接相同針腳間的互連線走線方式簡單，使建模結(jié)果更加精確，校準精度更高； 校準背板的層疊結(jié)構(gòu)為地層-介質(zhì)-信號層-介質(zhì)-地層-介質(zhì)-地層-介質(zhì)-信號層-介 質(zhì)-地層，信號層位于兩個地層的正中間位置，為避免信號線間的串擾，兩個緊鄰針腳的信 號線分別布置在不同的信號層； 步驟二、校準背板建模 根據(jù)步驟一所制作出的校準背板的尺寸，建立針腳間互連線的帶狀線η階集總電路模 型，計算轉(zhuǎn)移參數(shù)即Α參數(shù)，作為校準背板的特性參數(shù)； 步驟三、將模塊化探針插入校準背板進行測試 模塊化探針的連接器為多列針腳結(jié)構(gòu)，將兩個相同的模塊化探針相應的單列針腳插入 校準背板上的兩個單列針腳連接器插座上，在兩個模塊化探針另一端的射頻接口間接入矢 量網(wǎng)絡分析儀測得兩個探針與校準背板級聯(lián)后的S參數(shù)，進行逐列測試，完成針對每個針腳 間的測試； 步驟四、模塊化探針S參數(shù)求解 利用級聯(lián)系統(tǒng)A參數(shù)直接相乘的特點，通過對模塊化探針-校準背板-模塊化探針三級 級聯(lián)后的S參數(shù)導為A參數(shù)，利用建模求得的校準背板的A參數(shù)，再得出模塊化探針的A參數(shù) 解，進而求得模塊化探針的S參數(shù)解； 步驟五、判斷解的合理性求得正確的模塊化探針的S參數(shù)幅頻特性，觀察若干組解的幅 度S參數(shù)值，將存在| Sn | >OdB或| S211 >OdB的解剔除，剩下的解即為正確的模塊化探針的S參 數(shù)幅頻特性;在使用模塊化探針針對綜合射頻機架進行測試后，將測試結(jié)果刨去模塊化探 針的幅度S參數(shù)幅頻特性即可完成模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，其特征在于:所 述建立針腳間互連線的帶狀線η階集總電路模型的過程如下：設信號層兩邊地層間的厚度 為b，信號層的厚度為t，寬度為w，信號線的長度為L，介質(zhì)的介電常數(shù)為e r，損耗角正切為 tan(〇)； 首先，計算帶狀線的特性阻抒然后，計算帶狀線的總電容總電導 Gtcltal= c〇tan(〇)Ctcltal和總電陰，其中帶狀線的總電導和總電阻隨頻 率f改變，ω為角速度，c為光速；接著，建立帶狀線的η階集總電路模型，帶狀線的η階集總電路模型由η個1階集總電路 模型級聯(lián)構(gòu)成，其中1階集總電路模型由電阻IW和電感Lper串聯(lián)并與電容cw和電導Gper并 耳關豐勾)?? 中 Cper - Ctotal/n，Lper - Ltotal/π ? Gper - Gtotal/π ? Rper - Rtotal/n ? dOx ,BW為所需校準的頻段帶寬； C 最后，計算帶狀線的A參數(shù):先計算1階集總電路模型的AB⑶矩庫，其中，A1 = 1 + (Rper+ j 〇 Lper ) (Gper+j 〇 Cper )，Bl = Rper+ j 〇 Lper，Cl = Gper+ j 〇 Cper，Dl = 1，聚^后利用級耳關系統(tǒng) A參數(shù)可以直接相乘的特點，將1階AB⑶矩陣相乘η次得到η階AB⑶矩陣隹 為校準背板的特性參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對模塊化探針S參數(shù)幅頻特性的校準方法，其特征在于:所 述步驟四具體實現(xiàn)如下： 首先，將矢量網(wǎng)絡分析儀測得的模塊化探針-校準背板-模塊化探針三級級聯(lián)后的S參 數(shù)，利用公￥?中ZQ為端口特性阻抗，計算得到三級級聯(lián)后 ^21 的ABCD矩陣然后，求解模塊化探針的Α參數(shù)解，設模塊化探針的Α參，則模塊化 探針-fe準背板_板塊化探針二級級聯(lián)后的ABCD矩陣Atest = Amodule3 XAbb XAmodule，即將矩陣形式轉(zhuǎn)化為方程形式，即長解該四元二次方程組中Am、Bm、C m、Dm的值； 最后、計算模塊化探針的S參數(shù)觶，上述四元二次方程組的解有四組，將這四組模塊化 探針的A參數(shù)解根據(jù)公j每化為S參數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK105956324SQ201610344356
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】戴飛, 王順鑫, 高占威, 鄭濤, 李惟, 蘇東林
【申請人】北京航空航天大學