专利名称：避免使用长的测试缆线的用于rf缆线测试的测试方法
技术领域：
本发明与测试电元件的方法有关，具体地说与测试受测单元或缆线的端点物理上相互不接近的缆线的方法有关。
背景技术：
在大多数RF系统内，通常要测试系统内的缆线通路以验证这些缆线能对信号传输的不良影响最小。典型的RF缆线测量的例子是测量插入损耗。插入损耗提供了沿传输线的功率损耗的度量，通常以dB(分贝)计。插入损耗随着缆线的类型、工作频率和缆线长度而改变。
插入损耗测量可以用来查找故障或检验缆线性能。执行这些测量的通用设备为向量网络分析仪(VNA)。向量网络分析仪可以测量和显示电网络的全部振幅和相位特性。典型的是，VNA硬件包括一个扫描信号源、一个分离正反向信号的测试装置和一个相位相干的接收机。
散射参数，或者说s参数，是入射波与反射波之间的反射和传输系数。可以用这些参数来描述一个设备在射频的线性条件下的性状。每个参数通常用幅度、分贝和相位表征。在用分贝表示时为20log(Sij)，因为s参数是波的电压比。对于一个二端口网络来说，S11为输入端的反射系数，S21为正向传输增益，S12为反向传输增益，而S22为输出端的反射系数。用VNA进行S12和S21测量(诸如插入损耗、时间延迟匹配和相位匹配)通常要用到两根测试缆线。在校准了由于VNA、测试缆线和适配器引起的误差后，将一根测试缆线接在VNA的第一端口(port 1)与受测缆线的一个端部之间。将第二根测试缆线接在VNA的第二端口(port 2)与受测缆线的另一个端部之间。如果受测单元或缆线的端点物理上不是相互接近或者测试缆线必需绕过一些障碍，要执行S12或S21测量就可能需要比所希望的或实际的长的测试缆线。
如果测试缆线的长度明显超过需测试的缆线的长度，由测试缆线引入的误差就会导致测量结果的不准确。在很多情况下，需测试的缆线安装在诸如飞机之类的设备内，不能轻易卸下。
用在受测缆线的两端各接一根测试缆线的标准方法测试短缆线按理是可行的。然而，在有些情况下，诸如在测试飞机内的缆线时，会需要长的测试缆线连接到受测缆线的端部。传统的在测试RF缆线线路中利用长的测试缆线的测试方法是不经济，因为要求附加的测试缆线具有耐用性和其他一些缆线特性。长的测试缆线具有较大的插入损耗以及相位和插入损耗的稳定性问题，也会引起安全隐患。例如，人被测试缆线绊倒和引起异物残渣(FOD(Foreign Object Debris))故障或人身伤害的可能性增大。长的测试缆线也增大了测试缆线受机油或油脂侵害或被压或踩上的风险。此外，长的测试缆线可能会妨碍在紧邻区域内执行的其他任务。
因此，有必要开发一种不需要用长测试缆线的缆线测试方法。
发明内容
本发明提供了一种测量缆线的插入损耗的方法。对于一个缆线线路包括三根并行的类似缆线的具体情况，这种方法包括下列步骤测量一个包括串联的第一缆线和第二缆线的第一电路通路的第一插入损耗IL12，测量一个包括串联的第二缆线和第三缆线的第二电路通路的第二插入损耗IL23，测量一个包括串联的第一缆线和第三缆线的第三电路通路的第三插入损耗IL13，以及用下式计算第一缆线的插入损耗IL1IL1=IL12-IL23+IL132]]>这种方法可以还包括用式IL3＝IL13-IL1计算第三缆线的插入损耗IL3的步骤和用式IL2＝IL23-IL3计算第二缆线的插入损耗IL2的步骤。
这种方法还可以扩展到包括另外n根缆线的情况，通过测量第n缆线和第三缆线的串联连接的插入损耗IL3n，和计算所有以后的插入损耗ILn＝IL3n-IL3。
另一方面，本发明提供了一种测量电元件的特性的方法，这种方法包括下列步骤测量一个包括串联连接的第一电元件和第二电元件的第一电路通路的第一特性S12，测量一个包括串联连接的第二电元件和第三电元件的第二电路通路的第二特性S23，测量一个包括串联连接的第一电元件和第三电元件的第三电路通路的第三特性S13，以及用下式计算第一电元件的特性S1S1=S12-S23+S132]]>电元件可以包括例如功率分配器或分相器。所测量的特性可以包括例如相位和相位匹配。
图1至5为用来实现本发明的方法的测试电路的示意图。
图6为可用来实现本发明的方法的开关矩阵的示意图。
具体实施例方式
在存在一些并行的缆线通路的情况下，通过不同受测缆线组合和用代数方式解出所希望的参数就可以不需要长的测试缆线。在这里所说的“一些并行缆线或缆线通路”意味着有三根或更多根具有可兼容工作频率范围的缆线。这些缆线的物理端点应该相互接近到足以使得相同的相对较短的测试缆线(在图1至5中标为18和20)可以接在VNA端口与需测试的缆线的一侧的端部之间和使得相同的相对较短的回接缆线(在图1至5中标为26)可以接到受测缆线的另一侧的端部上。
图1为一个用来实现本发明的方法的测试电路10的原理图。向量网络分析仪(VNA)12包括两个端口14和16，分别与测试缆线18和20连接。测试缆线18通过连接器22接到需测试的第一缆线(标为cable 1)的近端上。测试缆线20通过连接器24接到需测试的第二缆线(标为缆线2)的近端上。缆线1和2的远端用连接器28和30通过回接缆线26相互连接。向量网络分析仪(VNA)用来测量包括串联连接的缆线1和2的缆线通路的插入损耗。VNA可以是任何市场上可买到的VNA。VNA一般用来测量插入损耗。
包括缆线1和2的缆线通路的插入损耗标为IL12。需测试的缆线可能安装在缆线捆束或连接器硬壳内，或者布成可能不能将它们弯曲的方式。而且，就是将缆线弯曲也可能不能使它们物理上相互够及。此外，取决于缆线的类型和要测量的缆线特性，弯曲可能恶化有时甚至破坏诸如相位匹配和插入损耗或VSWR之类的某些缆线特性。
图2为图1这个测试电路的其中缆线1用缆线3代替的示意图。在这样的配置中，向量网络分析仪用来测量包括串联连接的缆线3和2的缆线通路的插入损耗。这个缆线通路的插入损耗标为IL32。本分析假设所有的测试用的是同样的测试缆线、连接器和回接缆线。
图3为缆线3和1连接到向量网络分析仪的测试端口上的测试电路的原理图。在这样的配置中，向量网络分析仪用来测量包括串联连接的缆线3和1的缆线通路的插入损耗。这个缆线通路的插入损耗标为IL13。
图4为缆线3和4连接到向量网络分析仪的测试端口上的测试电路的示意图。在这样的配置中，向量网络分析仪用来测量包括串联连接的缆线3和4的缆线通路的插入损耗。这个缆线通路的插入损耗标为IL34。
图5为缆线3和另一根标为缆线N的缆线连接到向量网络分析仪的测试端口上的测试电路的原理图。在这样的配置中，向量网络分析仪用来测量包括串联连接的缆线3和N的缆线通路的插入损耗。这个缆线通路的插入损耗标为IL3N。
本发明的方法使用了一些较经济的在插入损耗、耐久性和稳定性上比长缆线要求不那么严厉的短测试缆线。这使得在使用期间测试缆线引起故障或受到损伤的可能性减小。此外，短的缆线也不大会妨碍在这个区域内执行的其他任务。
可以将大量的缆线通路分成一些较小的更容易管理的组。在另一种测试配置中，可以使用一个经校准的RF开关矩阵，以避免在测试期间需要来回连接和断开回接缆线。图6为一个可用来使多个缆线的端部相互连接的开关矩阵50的示意图。这个开关矩阵包括多个电路通路，包括可用来提供与图1-4类似的回接连接的开关52、54、56和58。
开关矩阵的回接通路可以连接到需测试的缆线上，从而可以对这些开关进行操作，将缆线连接成不同的测试配置。缆线1的远端连接到线60上，缆线2的远端连接到线62上，缆线3的远端连接到线64上，而缆线4的远端连接到线66上。可以将开关52闭合来形成图1的电路。可以将开关54闭合来形成图2的电路。可以将开关56闭合来形成图3的电路。可以将开关56和58闭合来形成图4的电路。
可以对开关的特性进行校准，也可以用具有已知校准特性的开关。于是，可以将具有各自容差的已知特性用于确定受测缆线的所希望特性的表达式。处理开关特性的方式将取决于矩阵实现情况和所作的假设。或者，也可以是开关本身包括一个自校淮的回接器。此外，这些开关可以由人工操作、计算机控制，或者是自动化的。校准开关矩阵的一种方式是直接将它接到与VNA连接的测试缆线上，在通路内没有受测缆线的情况下执行VNA校淮。然后，可以将所测得的插入损耗用这个测量结果加以修改。
开关矩阵的电路通路可以是具有可以包括在测试公式内的已知特性的通路或匹配通路。回接矩阵内的开关对于系统设计来说可以是内部的开关，也可以是在测试期间从外部接到系统上的开关。开关矩阵可以配合一个内建的测试系统或者作为它的一部分用来检验性能和/或得出需在正常系统操作期间使用的系统校正因子。
本发明并不局限于任何具体系统。可以用一个开关矩阵传送系统产生的测试信号，以自动化方式执行测量。这要求系统加以修改，或者设计成能采用这种测量技术。
此外，本发明不局限于实际用户执行。这种方法可以以清晰、对用户友好的专用于这种应用的方式嵌入诸如网络分析仪之类的检验测量设备内。于是就可以用词或图形用户界面形式的指令指导操作员执行测试设置和互连。然后，设备执行必要的计算，将结果显示在一个或多个屏幕上，或者将结果格式化后供数据下载。如果这已嵌入一个设备或系统内，就可减轻对实际用户的要求，使这个功能自动化。
可以将本发明的一个特定应用用于四个并行RF通路的自动缆线测试。可以将这种方法扩展到包括三个以上的缆线通路。在这种情况下，需测量的缆线可以长到65英尺，横贯飞机的长度。缆线如果已经安装在飞机内，要拆卸是很不方便的。在维护环境内执行这种测试，测量方便和测试迅速是重要的考虑因数。在一个个人计算机控制下的向量网络分析仪通过通用接口总线(GPIB)链路可以执行所有的计算。
以下说明用本发明测量插入损耗的情况。在下面的说明中所用的符号定义如下IL1、IL2、IL3和IL4为缆线的实际插入损耗；而IL12、IL13、IL23和IL34分别为缆线通路1-2、1-3、2-3和3-4的测量插入损耗。
在完成所有的测量后，所有的受测缆线的实际插入损耗可以用以下公式得出IL1=IL12-IL23+IL132---(1)]]>IL3＝IL13-IL1(2)IL2＝IL23-IL3(3)IL4＝IL34-IL3(4)虽然式(1)至(4)所示的这个例子为测量一组四根RF缆线的情况，但这种方法可以应用于任何有三根或更多根缆线的组。为了将这种方法扩展到任意多根缆线，可以用图1-3的测试设置来测量IL12、IL13和IL23。然后，对于所有其余缆线通路可以用图4的设置来测量插入损耗IL3N(其中，N为各个需测试的缆线的序号，而IL3N为缆线3和缆线N串联的综合测量插入损耗)。于是可以用以上的式(1)、(2)和(3)确定插入损耗值IL1、IL2和IL3，再用下式为其余各缆线计算插入损耗值ILN(ILN为缆线N的实际插入损耗)ILN＝IL3N-IL3(5)因此，本发明的这种方法可以很容易扩展。
通过使用本发明的方法，可以只需要比较短和容易得到的RF测试缆线。可以用一个计算机控制器使这些计算很方便实现。
类似的方法可以用来确定诸如相位和缆线通路之间相位匹配和相位之类的其他S12和S21类型的测量。本发明还可以利用在系统通路中的设备对系统特性化或测试系统。这样的设备可以包括例如功率分配器或分相器。
除了RF缆线之外，这种方法可以用来执行光纤缆的链路损耗测试。短的测试缆线具有比长的测试缆线低的故障率。这种方法可以改善维护费用，只会有少数结果由于测试缆线的故障而不准确。其他S12和S21参数可以通过用所希望的参数置换在以上说明中的插入损耗予以测试。
为了测量电元件的其他特性S，这些公式可以修改为S1=S12-S23+S132---(6)]]>S3＝S13-S1(7)S2＝S23-S3(8)S4＝S34-S3(9)SN＝S3N-S3(10)虽然以上是用几个例子来对本发明进行说明的，但对于熟悉该技术的人员来说在不背离如所附权利要求书所给出的本发明的专利保护范围可以对所说明的例子作出各种修改是显而易见的。
权利要求
1.一种测量缆线插入损耗的方法，所述方法包括下列步骤测量一个包括串联连接的第一缆线和第二缆线的第一电路通路的第一插入损耗IL12；测量一个包括串联连接的第二缆线和第三缆线的第二电路通路的第二插入损耗IL23；测量一个包括串联连接的第一缆线和第三缆线的第三电路通路的第三插入损耗IL13；以及用下式计算第一缆线的插入损耗IL1IL1=IL12-IL23+IL132.]]>
2.如权利要求1的方法，还包括下列步骤用下式计算第三缆线的插入损耗IL3IL3＝IL13-IL1以及用下式计算第二缆线的插入损耗IL2IL2＝IL23-IL3。
3.如权利要求2的方法，还包括下列步骤测量一个包括串联连接的第三缆线和第四缆线的第四电路通路的第四插入损耗IL34；以及用下式计算第四缆线的插入损耗IL4IL4＝IL34-IL3。
4.如权利要求2的方法，还包括下列步骤测量一个包括串联连接的第三缆线和第n缆线的第n电路通路的第n插入损耗IL3n；以及用下式计算第n缆线的插入损耗ILnILn＝IL3n-IL3。
5.如权利要求1的方法，其中所述各缆线包括一根电缆。
6.如权利要求1的方法，其中所述各缆线包括一根光纤缆。
7.一种用于测量电元件的特性的方法，包括下列步骤测量一个包括串联连接的第一电元件和第二电元件的第一电路通路的第一特性S12；测量一个包括串联连接的第二电元件和第三电元件的第二电路通路的第二特性S23；测量一个包括串联连接的第一电元件和第三电元件的第三电路通路的第三特性S13；以及用下式计算第一电元件的特性S1S1=S12-S23+S132.]]>
8.如权利要求7的方法，还包括下列步骤用下式计算第三电元件的特性S3S3＝S13-S1以及用下式计算第二电元件的特性S2S2＝S23-S3。
9.如权利要求8的方法，所述方法还包括下列步骤测量一个包括串联连接的第三电元件和第四电元件的第四电路通路的第四特性S34；以及用下式计算第四电元件的特性S4S4＝S34-S3。
10.如权利要求8的方法，还包括下列步骤测量一个包括串联连接的第三电元件和第n电元件的第n电路通路的第n特性S3n；以及用下式计算第n电元件的特性SnSn＝S3n-S3。
11.如权利要求7的方法，其中所述各电元件包括一根电缆。
12.如权利要求7的方法，其中所述各电元件包括一根光纤缆。
全文摘要
本发明提供了一种测量缆线的插入损耗的方法。这种方法包括下列步骤测量一个包括串联连接的第一缆线和第二缆线的第一电路通路的第一插入损耗IL
文档编号G01R31/02GK1831544SQ20061005477
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月10日 优先权日2005年3月11日
发明者格伦·加利·昂格尔, 斯蒂芬·罗伯特·苏亚雷兹 申请人:诺思路·格鲁曼公司