專利名稱：一種測量無源電路s參數的方法和實施該方法的測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種測量s參數的方法和實施這種方法的裝置，尤指一種測量無源電路s參
數的方法和裝置。
背景技術：
s參數是表示電路的輸入與輸出之間關系的參數，從而來反映該電路的電氣特性，且當
電路的頻率不同時，其輸入和輸出之間的關系也不同，如圖l所示的為一帶有兩個端口的無
源電路IO，該無源電路10設有端口1和端口2，例如在某一頻率下，當從無源電路10的端口1進行輸入時，無源電路10的各端口處將出現與特定特征相對應的輸出，這些特征是針對端口l的反射和針對端口2的透射；同樣，當從無源電路10的端口2進行輸入時，無源電路10的各端口處也會出現與特定特征相對應的輸出，這些特征是針對端口2的反射和針對端口 1的透射
在此頻率下，無源電路10的輸入與反射、透射的輸出之間的關系可表示為圖2中所示的矩陣計算的形式，圖2中的矩陣為一復數矩陣，其中的矩陣元素(Sn、 S^和Sn等復數)即為S參數，它們表示了無源電路lO在此頻率下的輸入和輸出之間的關系。
由于圖1中的電路10為無源電路，則其在此頻率下的S參數必須滿足無源性條件，即必須滿足real (eigenvalue [E-SXS' ])^0，也就是[E-SXS']這一矩陣的特征值的實部要大于或等于O，其中S'為S的共軛轉置矩陣，E為單位矩陣。但通常在測量無源電路在不同頻率下的S參數時，有時會因為測量儀器的原因，而使測得的某一頻率下的S參數無法滿足上述計算式，即無法滿足無源性這一條件。
發明內容
鑒于以上內容，有必要提供一種可準確測得無源電路的S參數的方法和裝置。一種測量無源電路S參數的方法，其用一S參數測量裝置測量一無源電路在不同頻率的S參數，所述S參數測量裝置包括一測量部分和一修正部分，所述S參數修正部分包括一矩陣計算模塊、 一矩陣特征值計算模塊、 一修正值計算模塊及一修正模塊，所述測量無源電路的S參數的方法包括以下步驟
所述測量部分測量所述無源電路在某一要求測量的頻率的S參數；
判斷所述頻率對應的S參數是否滿足無源性條件，若滿足無源性條件，則所述頻率對應的S參數滿足無源性；若不滿足無源性條件，用所述修正部分對所述不符合無源性的S參數進行修正，修正步驟如下
所述修正部分提取所述不滿足無源性的S參數，并由所述S參數構成一S參數矩陣S;
所述矩陣計算模塊得到矩陣s和矩陣S的共軛轉置矩陣S'之間的乘積S X s';所述矩陣特征值計算模塊計算sxs'的特征值，并取出其中實部最大的特征值w的實部
real(W);
所述修正值計算模塊根據最大的實部real (W)而得到修正值^ =real (W) 1/2X (1+ e )
，其中e為一極小的正數；
所述修正模塊根據修正值S而得到修正后的S參數S4二S/ ^ ;最后由所述S參數測量裝置輸出S參數。
本發明還包括一可準確測量無源電路S參數的裝置，所述裝置包括一測量電路的S參數的測量部分和一修正不滿足無源性條件的S參數的修正部分，所述修正部分包括一得到S參數矩陣S和矩陣S的共軛轉置矩陣S'之間的乘積SXS'的矩陣計算模塊、 一得到矩陣SXS'的特征值的矩陣特征值計算模塊、 一根據矩陣SXS'的實部最大的特征值W而得到出一修正值^的修正值計算模塊、及一根據修正值S修正S參數矩陣S的修正模塊。
相較于現有技術，本發明無源電路S參數的測量方法和裝置可準確得到無源電路的S參數
圖l是一具有兩個端口的無源電路和一S參數測量裝置相連的示意圖。
圖2是圖1中的無源電路的輸入和輸出之間的關系圖。
圖3是本發明測量無源電路S參數的方法的流程圖。
圖4是S參數修正方法的流程圖。
圖5是圖1中S參數測量裝置中修正部分的示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1和圖3，其為本發明測量無源電路S參數的方法的流程圖和實施該方法的S參數測量裝置20，該S參數測量裝置20包括一測量部分22和一修正部分23，首先由測量部分22測量無源電路在某一要求測量的頻率的S參數(步驟201)，并計算該頻率對應的S參數是否滿足無源性條件(步驟202)，即計算real (eigenvalue[E-SXS' ])^0是否成立，若成立，則滿足無源性條件(步驟203) ， S參數測量裝置20輸出S參數(步驟205);若不成立，則由修正部分23對該S參數進行修正(步驟204)，具體修正步驟如下所述。請一并參閱圖4和圖5，其為實施S參數修正步驟的流程圖和修正部分23的示意圖，該修正部分23包括一矩陣計算模塊31、 一與矩陣計算模塊31相連的矩陣特征值計算模塊32、 一與矩陣特征值計算模塊32相連的修正值計算模塊33和一與修正值計算模塊33相連的修正模塊34。
修正S參數的各步驟為步驟301:提取待修正的S參數；
步驟302:由矩陣計算模塊31計算出矩陣[SXS']，并由矩陣特征值計算模塊32計算出矩陣[SXS']的特征值，由于該S參數不滿足無源性條件，則矩陣[E-SXS']的特征值中實部最小的一個特征值入min的實部必小于0，即real (入rain) 〈0，且根據公式eigenvalue [E-S XS' ] = 1-eigenvalue[SXS']，所以矩陣[SXS']的特征值中實部最大的一個特征值W鵬^的實部必大于l ， S口real (Wraax) =1-real (入rain) >1;
步驟303:由修正值計算模塊33按照修正公式^= real (Wraax)1/2X (l+e)計算出修正值S ，上述公式中的e為一極小的正數；
步驟304:由修正模塊34按照S參數修正公式sf二S/S計算出修正后的S參數S 針對修正后的S參數S、勺無源性判斷式為
real (eigenvalue [E-S、 S*' ]) =l-real (eigenvalue [S、 S*'])=l-real (eigenvalue[S/^ XS， /^])= l-real (eigenvalue[S XS， ]) /[real (W隨)X (1+ e ) 2];
因為real(W鵬ax)大于l， e為一極小的正數，所以real (W隨)X (1+e ) 2大于real (Wmax)，由于矩陣[SXS']的特征值中實部最大的一個特征值為W皿x，因此real (eigenvalue[SXS' ]) /[real (Wraax) X (l+e)2]〈1，所以real (eigenvalue[E-S*XS"
'])〉o而使修正后的s參數滿足無源性條件。
而后實施步驟205，由S參數測量裝置20輸出修正后的S參數。
請參閱圖1至圖5，現以測量具有兩個端口的無源電路l0的S參數為例來說明本發明S參數測量方法，首先由測量部分22測量無源電路10在某一要求測量的頻率的S參數(步驟201)，并計算該頻率對應的S參數是否滿足無源性條件(步驟202)，即計算real (eigenvalue[E-SXS' ])SO是否成立，若成立，則滿足無源性條件(步驟203) ， S參數測量裝置20輸出S參數(步驟205);若不成立，則由修正部分23對該S參數進行修正(步驟204)，具體修正步驟如下文所述。
由于無源電路10為一兩端口相互對稱的電路，所以圖2的S參數矩陣中Sn二S22， S12=S21，從而可將圖2中的S參數矩陣簡化為S^(Sn， S12)， (S12， Sn)]，然后按照圖5中的步驟來修正S參數。
步驟301:提取待修正的S參數，并構成S參數矩陣S^(Sn， S12)， (S12， Sn)]，設Sii=Rii+Iiii， S12=Ri2+Ii2i;
步驟302:由矩陣計算模塊31計算出矩陣[SXS' ] = [(Rii2+Ri22+Ill2+Il22， 2XRuXR12+2XIUXI12)， (2XRuXI^2+2XIuXh2， RU2+Ri22+Ill2+Il22)]，再由矩陣特征值計算模塊32計算出矩陣[SXS']的特征值
Wf(In+^2)2+(Rn+I^2)2 ， W2=(IU-I12)2+(RU-R12)2;由于兩特征值都為實數，所以其實部即為特征值本身；比較兩特征值的大小，得出其中較大的特征值W皿x;
步驟303:修正值計算模塊33按照修正公式^= real (Wraax)1/2X 計算出修正值S，上述公式中的e為一極小的正數；
步驟304:由修正模塊34按照S參數修正公式sf二S/S計算出修正后的S參數S 即為所得
而后實施步驟205，由S參數測量裝置20輸出修正后的S參數S^
現以一實例來說明本測量方法的有效性，如測量一電路板上的一段信號線在不同頻率處的S參數，當頻率為4.6372G赫茲時，測量部分22測得的S參數矩陣
S=[(-0. 2608352337196621+0.3476273125912422i，0. 7203853298827190+0. 5405228611018837i)，(0. 7203853298827190+0.5405228611018837i，-0. 2608352337196621+0. 3476273125912422i)];(步驟201 )
計算上述S參數的無源性判斷式為eigenvalue[E-S*S' ] = [2. 978085395288764X 10—6，-2. 487071395607110 X 10—6]，其中有一特征值的實部小于O，所以該S參數不滿足無源性條件(步驟202)，對該S參數進行修正(步驟204)。
步驟301:提取待修正的S參數，并構成S參數矩陣
S=[(-0. 2608352337196621+0.3476273125912422i，
0. 7203853298827190+0. 5405228611018837i)，
(0. 7203853298827190+0.5405228611018837i，
-0. 2608352337196621+0. 3476273125912422i)];
步驟302:由矩陣計算模塊31計算出矩陣[SXS']，并由矩陣特征值計算模塊32計算出矩陣[SXS']的兩特征值，由于兩特征值都為實數，所以其實部即為特征值本身；比較兩特征值的大小，得出其中較大的特征值U. 000002487071396;
步驟303:由修正值計算模塊33按照修正公式計算出修正值S=real(Wraax)1/2X (1+e ) ==1. 000001243535925，在本處取e =1 X 10—12;
步驟304:由修正模塊34按照S參數修正公式計算出修正后的S參數矩陣
S*=S/S = [(-。 2608349093620819+0. 3476268803047282，
0.7203844340587956+0.5405221889431238i)，(0.7203844340587956+0. 54052218894312381，
-0.2608349093620819+0.3476268803047282)];
修正后的S參數S傘的無源性判斷式為eigenvalue (E-S*X S*' ) = (5. 465145198668697 X10—6， 2.000122290161193X 10—12)，其兩個特征值均大于O，所以修正后的S參數S^茜足無源性條件。
而后實施步驟205，由S參數測量裝置20輸出修正后的S參數S^
本發明測量無源電路S參數的方法可以適用于具有不同端口的電路，并能準確測量電路的S參數。
權利要求
權利要求1一種測量無源電路S參數的方法，其用一S參數測量裝置測量一無源電路在不同頻率的S參數，所述S參數測量裝置包括一測量部分和一修正部分，所述S參數修正部分包括一矩陣計算模塊、一矩陣特征值計算模塊、一修正值計算模塊及一修正模塊，所述測量無源電路的S參數的方法包括以下步驟所述測量部分測量所述無源電路在某一要求測量的頻率的S參數；判斷所述頻率對應的S參數是否滿足無源性條件，若滿足無源性條件，則所述頻率對應的S參數滿足無源性；若不滿足無源性條件，用所述修正部分對所述不符合無源性的S參數進行修正，修正步驟如下所述修正部分提取所述不滿足無源性的S參數，并由所述S參數構成一S參數矩陣S；所述矩陣計算模塊得到矩陣S和矩陣S的共軛轉置矩陣S’之間的乘積S×S’；所述矩陣特征值計算模塊計算S×S’的特征值，并取出其中實部最大的特征值Ψ的實部real(Ψ)；所述修正值計算模塊根據實部最大的特征值Ψ的實部real(Ψ)而得到修正值ξ＝real(Ψ)1/2×(1+ε)，其中ε為一極小的正數；所述修正模塊根據修正值ξ而得到修正后的S參數S*＝S/ξ；最后由所述S參數測量裝置輸出S參數。
2.如權利要求1所述的測量無源電路S參數的方法，其特征在于通 過一無源性判斷式real (eigenvalue[E-SXS' ]) ^O判斷S參數是否滿足無源性，其中S'為S 的共軛轉置矩陣，E為單位矩陣，若[E-SXS']這一矩陣的特征值的實部大于或等于O，則滿 足無源性，否則不滿足。
3. 一種測量無源電路S參數的裝置，所述裝置包括一測量無源電路 的S參數的測量部分，其特征在于所述裝置還包括一修正不滿足無源性條件的S參數的修正 部分，所述修正部分包括一得到S參數矩陣S和矩陣S的共軛轉置矩陣S'之間的乘積SXS'的 矩陣計算模塊、 一得到矩陣SXS'的特征值的矩陣特征值計算模塊、 一根據矩陣SXS'的實 部最大的特征值W而得到出一修正值^的修正值計算模塊、及一根據修正值S修正S參數矩陣s的修正模塊。
4.如權利要求3所述的測量無源電路S參數的裝置，其特征在于所述修正值計算模塊根據式子f.二化a](V)1.2《)得到修正值"其中real(W) 表示實部最大的特征值W的實部，e為一極小的正數。
5.如權利要求3所述的測量無源電路S參數的裝置，其特征在于所 述修正模塊按照式子S4二S/ ^得到修正后S參數。
全文摘要
一種測量無源電路S參數的方法，其用一S參數測量裝置測量一無源電路在不同頻率的S參數，所述S參數測量裝置包括一測量部分和一修正部分，所述測量無源電路的S參數的方法包括以下步驟，所述測量部分測量所述無源電路在某一要求測量的頻率的S參數，并判斷所述頻率對應的S參數是否滿足無源性條件，若滿足無源性條件，則所述頻率對應的S參數滿足無源性；若不滿足無源性條件，用所述修正部分對所述不符合無源性的S參數進行修正，最后由所述S參數測量裝置輸出S參數。本發明還包括一可準確測量無源電路S參數的裝置。上述測量S參數的方法和裝置可準確測量各種無源電路的S參數。
文檔編號G01R31/28GK101470164SQ20071020357
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月29日 優先權日2007年12月29日
發明者吳政達, 林有旭, 趙志航 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司