本实用新型实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种s参数测量装置。
背景技术：
s参数，也就是散射参数，是微波传输中的一个重要参数。s12为反向传输系数，也就是隔离度，s21为正向传输系数，也就是增益，s11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，s22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。s参数广泛应用于器件和电路的信号完整性分析、仿真。
s参数一般使用网络分析仪(vna)或取样示波器进行测量。vna是专门的频域测量仪器，一般采用直接将正弦波加载到被测件dut，通过扫频方式直接进行s参数的测量，vna进行s参数测量功能全、噪声低、动态范围大，但是一般都非常昂贵，而且无法进行低频信号的测量。取样示波器基于tdr技术进行时域和频域变化，进而可以得到s参数，取样示波器取样脉冲上升时间快，通过多次采样平均技术，可以实现很高的带宽和分辨率，一般可以实现几十ghz带宽，但是，取样示波器同样存在十分昂贵的缺点，而且取样头的高速瞬变脉冲技术难度大。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供一种s参数测量装置，以实现同时对时域、频域、阻抗域的电信号特性测试测量，且测量速度快。
本实用新型实施例提供了一种s参数测量装置，该s参数测量装置包括：
脉冲信号源，用于产生入射电信号；
信号采样模块，所述信号采样模块通过耦合器与所述脉冲信号源相连；其中，所述耦合器用于将所述入射电信号一分二作为采样入射信号和被测设备的测试输入信号，所述信号采样模块用于采集所述采样入射信号和所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号；
s参数处理模块，所述s参数处理模块与所述信号采样模块相连，用于控制所述第一时域信号变换为对应的s参数。
进一步地，所述信号采样模块还用于采集所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第二测试输出信号，以输出第二时域信号；
所述s参数处理模块还用于控制第二时域信号变换为对应的s参数。
进一步地，所述s参数测量装置还包括显示模块；
所述显示模块与所述s参数处理模块相连，用于同时显示所述第一时域信号、第二时域信号和所述s参数曲线中的至少两种信号。
进一步地，所述s参数测量装置还包括时钟模块；
所述时钟模块分别与所述脉冲信号源和所述信号采样模块相连。
进一步地，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源和第二脉冲信号源，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述信号采样模块包括第一信号采样模块和第二信号采样模块；
所述第一信号采样模块通过所述第一耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第一耦合器与所述被测设备的第一端口相连；
所述第二信号采样模块通过所述第二耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第二耦合器与所述被测设备的第二端口相连。
进一步地，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源和第二脉冲信号源，所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器，所述信号采样模块包括第一信号采样模块、第二信号采样模块、第三信号采样模块和第四信号采样模块；
所述第一信号采样模块通过所述第一耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第一耦合器与所述被测设备的第一端口相连；
所述第二信号采样模块通过所述第二耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第二耦合器与所述被测设备的第二端口相连；
所述第三信号采样模块通过所述第三耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第三耦合器与所述被测设备的第三端口相连；
所述第四信号采样模块通过所述第四耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第四耦合器与所述被测设备的第四端口相连。
进一步地，所述耦合器置于所述s参数测量装置内部；
所述脉冲信号源的信号输出端与所述耦合器的信号输入端相连。
进一步地，所述耦合器置于所述s参数测量装置外部；
所述s参数测量装置的信号输出端与所述耦合器的信号输入端相连，所述s参数测量装置的信号输出端用于输出所述脉冲信号源产生的所述入射电信号。
进一步地，所述耦合器的第一信号输出端与所述被测设备的信号输入端相连，所述耦合器的第二信号输出端与所述信号采样模块相连。
进一步的，所述s参数测量装置为示波器。
本实用新型实施例的技术方案，该s参数测量装置包括：脉冲信号源，用于产生入射电信号；信号采样模块，所述信号采样模块通过耦合器与所述脉冲信号源相连；其中，所述耦合器用于将所述入射电信号一分二作为采样入射信号和被测设备的测试输入信号，所述信号采样模块用于采集所述采样入射信号和所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号；s参数处理模块，所述s参数处理模块与所述信号采样模块相连，用于控制所述第一时域信号变换为对应的s参数。解决了现有技术中无法进行低频信号的测量，且成本高、测试技术难度大的问题，以实现同时对时域、频域、阻抗域的电信号特性测试测量，且测量速度快。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的冲击响应信号的波形示意图；
图3是本实用新型实施例提供的s11参数曲线的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的阶跃响应信号的波形示意图；
图6是本实用新型实施例提供的冲击响应曲线的示意图；
图7是本实用新型实施例提供的s21参数曲线的示意图；
图8是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图；
图9是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。
图1为本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图，本实施例可适用于测试同轴线、pcb、滤波器等无源器件的s参数测量的情况。
该s参数测量装置具体结构包括如下：
脉冲信号源110，用于产生入射电信号；
信号采样模块120，所述信号采样模块120通过耦合器140与所述脉冲信号源110相连；其中，所述耦合器140用于将所述入射电信号一分二作为采样入射信号和被测设备150的测试输入信号，所述信号采样模块120用于采集所述采样入射信号和所述被测设备150基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号；
s参数处理模块130，所述s参数处理模块130与所述信号采样模块120相连，用于控制所述第一时域信号变换为对应的s参数。
其中，脉冲信号源110作为s参数测量装置的入射信号源，用于产生入射电信号，该入射电信号可以为阶跃信号或脉冲信号，该入射电信号具有较快的上升沿，即信号边沿上升时间非常短，示例性的，入射电信号的边沿上升时间大约为30皮秒。
需要说明的是，在本实施例中，入射电信号的上升时间决定了时域信号或s参数的带宽和分辨率，一般采用高速阶跃信号(快沿信号)或脉冲信号，上升时间一般小于1纳秒，时域信号包括第一时域信号和/或第二时域信号。
进一步的，脉冲信号源110采用两级高速数字逻辑比较器实现，脉冲信号源110的输出阻抗为50欧。
信号采样模块120为s参数测量装置的模拟信号采用通道，信号采样模块120用于采集脉冲信号源110所产生的采样入射信号，以及被测设备150基于测试输入信号产生的第一测试输出信号，信号采样模块120输出第一时域信号，输出的第一时域信号即为采样入射信号和第一测试输出信号叠加后得到的信号，在本实施例中，时域信号可以为tdr信号。
耦合器140可内置于s参数测量装置，也可外置于s参数测量装置，耦合器140是将入射电信号一分二扇出后，一路作为被测试设备150的输入信号，即测试输入信号，另一路作为参考信号，即采样入射信号，连接到信号采样模块120上。
在上述实施例的基础上，所述耦合器140为功分器、定向耦合器、驻波比电桥或运算放大器中的一种，常见的两种电阻型功分器的结构分别为星型功分器和三角形电阻型功分器，本实施例对此不作任何限制。
在上述实施例的基础上，信号采样模块120将第一测试输出信号和采样入射信号做差，即可得到第一时域信号(此处为tdr信号)，进一步的，通过反射系数计算即可得到dut阻抗曲线。
s参数处理模块130用于对第一时域信号进行时域至频域的变换，即对tdr信号进行时域至频域的变换，则可得到s11参数曲线，即回波损耗系数。
图2是本实用新型实施例提供的冲击响应信号的波形示意图，图3是本实用新型实施例提供的s11参数曲线的示意图。参见图2和图3，在上述实施例的基础上，可以理解的是，常见的时域至频域变化是fft运算，在本实施例中可以对tdr曲线先进行微分运算，得到冲击响应，如图2所示，然后进行fft运算，得到幅度和频率的曲线，即s11(回波损耗)参数曲线，如图3所示，由于s11参数通过第一时域信号变换而来，所以可以同时显示第一时域信号和s参数曲线，而且根据采集的信号计算一次就可以得到s参数曲线，速度快，同时可以实现快速刷新显示。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述s参数测量装置可以为具有内置脉冲源的示波器。被测设备150可以为线路板等需要进行阻抗测试的元器件，本实施例对此不作任何限制。
本实用新型实施例的技术方案，该s参数测量装置包括：脉冲信号源，用于产生入射电信号；信号采样模块，所述信号采样模块通过耦合器与所述脉冲信号源相连；其中，所述耦合器用于将所述入射电信号一分二作为采样入射信号和被测设备的测试输入信号，所述信号采样模块用于采集所述采样入射信号和所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号；s参数处理模块，所述s参数处理模块与所述信号采样模块相连，用于控制所述第一时域信号变换为对应的s参数。解决了现有技术中无法进行低频信号的s参数测量，且成本高、测试技术难度大的问题，并进一步地实现同时对时域、频域、阻抗域的电信号特性测试测量，且测量速度快。
图4是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图。参见图4，所述信号采样模块120还用于采集所述被测设备150基于所述测试输入信号产生的第二测试输出信号，以输出第二时域信号。
其中，信号采样模块120为s参数测量装置上具有相同功能的模拟信号采用通道。
具体的，继续参见图4，信号采样模块120可以包括第一信号采样通道和第二信号采样通道，通过第一信号采样通道采集所述采样入射信号和所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号(例如，可以为tdr信号)，通过第二信号采样通道采集所述被测设备150基于所述测试输入信号产生的第二测试输出信号，以输出第二时域信号(例如，可以为tdt信号)。
当然，第一时域信号、第二时域信号也可以分别为tdt信号、tdr信号，上述实施例仅为举例，并不对第一时域信号和第二时域信号的具体内容做限定。
图5是本实用新型实施例提供的阶跃响应信号的波形示意图，图6是本实用新型实施例提供的冲击响应曲线的示意图，图7是本实用新型实施例提供的s21参数曲线的示意图。参见图5、图6和图7，在上述实施例的基础上，被测设备150的响应信号的波形，在时域上即tdt(时域传输)波形，tdt曲线为阶跃响应信号(见图5)，先对阶跃响应曲线进行微分，得到冲击响应曲线(见图6)，然后对冲击响应曲线进行fft运算，得到被测设备150的频率响应函数，即s21(插入损耗)参数曲线。
在上述实施例的基础上，所述s参数测量装置还包括显示模块；
所述显示模块与所述s参数处理模块相连，用于同时显示所述第一时域信号、第二时域信号和所述s参数曲线中的至少两种信号，第一时域信号和/或第二时域信号即tdr信号和/或tdt信号。
其中，显示模块可以为集成在s参数测量装置上的显示装置，例如，s参数测量装置为示波器时，显示模块可以为示波器的显示屏，显示模块还可以为单独与s参数测量装置进行连接使用的显示装置，例如，显示装置为独立的显示屏或具有显示屏的终端设备等。本实施例对显示模块的具体类型和放置位置均不作任何限制，可以为现有技术中任意可以实现显示功能的设备。
在本实施例中，显示模块可以同时显示时域波形、阻抗域波形和s域波形，能够显示更好的低频特性，同时测量速度快。
继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述s参数测量装置还包括时钟模块160；
所述时钟模块160分别与所述脉冲信号源110和所述信号采样模块120相连。
其中，时钟模块160用于产生信号采样模块120的采样时钟，同时用于产生脉冲信号源110的采样时钟，时钟模块160可以采用锁相环(pll)、fpga、时钟芯片等产生采样时钟。
时钟模块160用于保证各个输出在同一个时钟域，例如，脉冲信号源110和信号采样模块120具有同一个时钟域，具有固定的相位关系，尽管由于电路设计，无可避免会有一定的相位差，但可以通过校准进行消除，在本实施例中，最佳的相位关系是0相位差。
图8是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图。参见图8，在上述实施例的基础上，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源111和第二脉冲信号源112，所述耦合器包括第一耦合器141和第二耦合器142，所述信号采样模块包括第一信号采样模块121和第二信号采样模块122；
所述第一信号采样模块121通过所述第一耦合器141与所述第一脉冲信号源111相连，所述第一耦合器141与所述被测设备150的第一端口相连；
所述第二信号采样模块122通过所述第二耦合器142与所述第二脉冲信号源112相连，所述第二耦合器142与所述被测设备150的第二端口相连。
在本实施例中，可以实现完整的2端口s参数测量，参见图8，第二信号采样模块122和被测设备150的第二端口之间通过第二耦合器142相连，第二耦合器142还连接到第二脉冲信号源112，同样第二脉冲信号源112也连接到时钟模块160，和第二信号采样模块122具有固定的相位关系。
第二脉冲信号源112输出，第一脉冲信号源111不输出，即可得到s22(反射系数)参数和s12(串扰)参数的测量。结合第一脉冲信号源111单独输出时的测量，即可实现完整的双端口s参数测量项s11、s12、s21、s22。
图9是本实用新型实施例提供的一种s参数测量装置的结构示意图。参见图9，在上述实施例的基础上，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源111和第二脉冲信号源112，所述耦合器包括第一耦合器141、第二耦合器142、第三耦合器143和第四耦合器144，所述信号采样模块包括第一信号采样模块121、第二信号采样模块122、第三信号采样模块123和第四信号采样模块124；
所述第一信号采样模块121通过所述第一耦合器141与所述第一脉冲信号源111相连，所述第一耦合器141与所述被测设备150的第一端口相连；
所述第二信号采样模块122通过所述第二耦合器142与所述第一脉冲信号源111相连，所述第二耦合器142与所述被测设备150的第二端口相连；
所述第三信号采样模块123通过所述第三耦合器143与所述第二脉冲信号源112相连，所述第三耦合器143与所述被测设备150的第三端口相连；
所述第四信号采样模块124通过所述第四耦合器144与所述第二脉冲信号源112相连，所述第四耦合器144与所述被测设备150的第四端口相连。
在本实施例中，可以实现完整的4端口s参数测量，参见图9，该s参数测量装置包括4个信号采样模块、4个耦合器和2个脉冲信号源，脉冲信号源可以为差分脉冲信号源，即第一脉冲信号源111和第二脉冲信号源112为差分脉冲信号源。
通过控制第一脉冲信号源111和第二脉冲信号源112分别产生入射电信号，并对第一信号采样模块121、第二信号采样模块122、第三信号采样模块123和第四信号采样模块124的信号进行分析，即可得到完整的4端口s参数测量结果为s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24、s31、s32、s33、s34、s41、s42、s43、s44。
可以理解的是，第一脉冲信号源111连接到时钟模块160，和第一信号采样模块121、第二信号采样模块122具有固定的相位关系；第二脉冲信号源112也连接到时钟模块160，和第三信号采样模块123和第四信号采样模块124具有固定的相位关系。
继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述耦合器置于所述s参数测量装置内部；
所述脉冲信号源110的信号输出端与所述耦合器140的信号输入端相连。
在本实施例中，当耦合器140在电信号测量装置内部时，耦合器140有两个输出端子，所述耦合器140的第一信号输出端采用延时线缆与所述被测设备150的信号输入端相连，所述耦合器140的第二信号输出端采用同样规格的延时线缆与所述信号采样模块120相连。
具体的，s参数测量装置触发输入到信号采样模块120上的信号，而后s参数测量装置将控制从s参数测量装置内部的耦合器140分出来的信号，即采样入射信号，经过s参数测量装置内部的耦合器140扇出测试输入信号并沿延时线走到被测设备150时，被测设备150根据测试输入信号的输出阻抗大小，产生第一测试输出信号，第一测试输出信号从被测设备150反射到s参数测量装置内部的耦合器140后，再经过s参数测量装置内部的耦合器140流入s参数测量装置的信号采样模块120中。此时，s参数测量装置采样到的信号，即为采样入射信号和所述被测设备150的第一测试输出信号。
可以理解的是，在上述实施例中，耦合器140置于s参数测量装置内部，则信号的传输均在s参数测量装置内部完成。
继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述耦合器置于所述s参数测量装置外部；
所述s参数测量装置的信号输出端与所述耦合器140的信号输入端相连，所述s参数测量装置的信号输出端用于输出所述脉冲信号源110产生的所述入射电信号。
在本实施例中，当耦合器140在s参数测量装置外部时，将s参数测量装置的信号输出端与耦合器140的信号输入端相连，耦合器140有两个输出端子，所述耦合器140的第一信号输出端采用延时线缆与所述被测设备150的信号输入端相连，所述耦合器140的第二信号输出端采用同样规格的延时线缆与所述信号采样模块120相连。
具体的，s参数测量装置触发输入到信号采样模块120上的信号，而后s参数测量装置将从外部的耦合器140分出来的信号，即入射电信号，经过外部的耦合器140扇出的测试输入信号沿延时线走到被测设备150时，被测设备150根据测试输入信号的输出阻抗，产生第一测试输出信号，第一测试输出信号从被测设备150反射到外部的耦合器140后，再经过外部的耦合器140流入s参数测量装置的信号采样模块120中。此时，s参数测量装置采样到的信号，即为采样入射信号和所述被测设备150的第一测试输出信号。
可以理解的是，在上述实施例中，耦合器140置于s参数测量装置外部，则信号的传输均在通过s参数测量装置与外部的耦合器140交互完成。
需要说明的是，当耦合器140置于s参数测量装置内部时，则将导致s参数测量装置的采样通道需要增加切换，或是将s参数测量装置固定成时域反射测量仪(tdr仪)，无法实现本实用新型实施例所提供的s参数测量装置既可以进行tdr/tdt功能使用，又可以作为示波器使用，同时，操作比较麻烦，而耦合器140置于s参数测量装置外部更灵活，且不仅可以实现tdr/tdt的功能，又可以实现示波器的功能，以此可以实现更多的功能。
本实用新型实施例的技术方案，该s参数测量装置，通过采样被测设备各个端口的入射信号、反射信号和传输信号，通过时域频域变化，实现s参数的测量，还可以实现n端口的s参数测量，n≥1。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种s参数测量装置，其特征在于，包括：
脉冲信号源，用于产生入射电信号；
信号采样模块，所述信号采样模块通过耦合器与所述脉冲信号源相连；其中，所述耦合器用于将所述入射电信号一分二作为采样入射信号和被测设备的测试输入信号，所述信号采样模块用于采集所述采样入射信号和所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第一测试输出信号，以输出第一时域信号；
s参数处理模块，所述s参数处理模块与所述信号采样模块相连，用于控制所述第一时域信号变换为对应的s参数。
2.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述信号采样模块还用于采集所述被测设备基于所述测试输入信号产生的第二测试输出信号，以输出第二时域信号；
所述s参数处理模块还用于控制第二时域信号变换为对应的s参数。
3.根据权利要求2所述的s参数测量装置，其特征在于，所述s参数测量装置还包括显示模块；
所述显示模块与所述s参数处理模块相连，用于同时显示第一时域信号、第二时域信号和所述s参数对应的曲线中的至少两种信号。
4.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述s参数测量装置还包括时钟模块；
所述时钟模块分别与所述脉冲信号源和所述信号采样模块相连。
5.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源和第二脉冲信号源，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述信号采样模块包括第一信号采样模块和第二信号采样模块；
所述第一信号采样模块通过所述第一耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第一耦合器与所述被测设备的第一端口相连；
所述第二信号采样模块通过所述第二耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第二耦合器与所述被测设备的第二端口相连。
6.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述脉冲信号源包括第一脉冲信号源和第二脉冲信号源，所述耦合器包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器，所述信号采样模块包括第一信号采样模块、第二信号采样模块、第三信号采样模块和第四信号采样模块；
所述第一信号采样模块通过所述第一耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第一耦合器与所述被测设备的第一端口相连；
所述第二信号采样模块通过所述第二耦合器与所述第一脉冲信号源相连，所述第二耦合器与所述被测设备的第二端口相连；
所述第三信号采样模块通过所述第三耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第三耦合器与所述被测设备的第三端口相连；
所述第四信号采样模块通过所述第四耦合器与所述第二脉冲信号源相连，所述第四耦合器与所述被测设备的第四端口相连。
7.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述耦合器置于所述s参数测量装置内部；
所述脉冲信号源的信号输出端与所述耦合器的信号输入端相连。
8.根据权利要求1所述的s参数测量装置，其特征在于，所述耦合器置于所述s参数测量装置外部；
所述s参数测量装置的信号输出端与所述耦合器的信号输入端相连，所述s参数测量装置的信号输出端用于输出所述脉冲信号源产生的所述入射电信号。
9.根据权利要求8所述的s参数测量装置，其特征在于，所述耦合器的第一信号输出端与所述被测设备的信号输入端相连，所述耦合器的第二信号输出端与所述信号采样模块相连。
10.根据权利要求1至9任一项所述的s参数测量装置，其特征在于，所述s参数测量装置为示波器。
技术总结