專利名稱：一種低射頻阻抗測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻類，尤其是涉及一種低射頻阻抗測量裝置。

背景技術：
在開發(fā)射頻功率放大器過程中，為了減少需要在實際微帶電路板上的調試量，常應用仿真軟件來優(yōu)化設計射頻功率放大器匹配電路，使外部系統阻抗50Ω經微帶匹配電路變換后在功率晶體管端面得到的阻抗盡量接近功率晶體管模型推導出的目標阻抗，把仿真給出的理論預期結果作為希望實際電路實現達到的終極目標。然而，由于功率晶體管模型固有的誤差、仿真軟件算法誤差以及仿真電路模型與實際電路實現之間的差異，現實情況是新設計的射頻功率放大器總是需要一定的電路參數調整才能達到接近理論預期的結果，而調試后是否已確實達到足夠接近實際功率晶體管的性能極限仍然是未知的，這對于指標余量小的場合是不能令人滿意的。
對一個射頻功率放大器進行測量獲得的結果反映的是功率晶體管與匹配電路共同作用的總效果，如果測量結果不達標，是很難從測量結果中判別問題是出在功率晶體管本身模型的誤差還是出在匹配電路的匹配誤差的；另一方面，匹配電路是以微帶做為電路實現的方式，微帶電路本身的調試手段如貼銅箔、貼電容、割微帶、變換電容值都不是高效的操作，因此實際調試能夠進行的這些嘗試數量很有限，還極易出現無效的往復，結果導致無法獲知功率晶體管的實測性能全貌、無法準確判斷當前調試取得的性能水平離管子性能極限的差距，因而微帶匹配電路參數調整在實際操作起來非常費時、低效。
根據功率放大器的負載線理論，功率放大器的性能與功率晶體管所看到的阻抗有一一對應的關系，因此只要能實際測出功率晶體管所看到的阻抗，那么就很容易從測量結果中分離出匹配電路誤差與功率晶體管模型誤差各自的效果，為準確定位故障根源、判別調試效果及確定電路調試方法提供可靠的數據支持，從而大幅度提高調試效率。
相對于常見測試系統的參考阻抗50Ω，與大功率功率晶體管相關聯的阻抗水平是很低的。對常用的封裝大功率晶體管，器件廠商已將部分匹配電路做到封裝內部從而將封裝端面的阻抗提高到1Ω量級以減小外匹配電路設計的困難。盡管這樣，1Ω量級阻抗在50Ω系統下對應的電壓駐波比為50∶1，如此高駐波的測量精度以及由高駐波換算出來的阻抗精度都是很差的。
本專利所提出裝置的目標就是解決使用矢量網絡分析儀測量1Ω量級低射頻阻抗面臨的精度問題。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種測量1Ω量級低射頻阻抗時能提高測量精度的低射頻阻抗測量裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種低射頻阻抗測量裝置，在被測低射頻阻抗電路與矢量網絡分析儀的同軸測試口之間依次連接第一阻抗變換微帶線、第二阻抗變換微帶線以及同軸過渡微帶線，在第二阻抗變換微帶線端面上矢量網絡分析儀測得的阻抗(ZLM)與被測低射頻阻抗電路的阻抗之間存在關系式

其中，ZL為被測低射頻阻抗電路的阻抗，Z01為第一阻抗變換微帶線的特性阻抗，Z02為第二阻抗變換微帶線的特性阻抗，Z02∶Z01的比值大于1。
所述第一阻抗變換微帶線的線寬為功率晶體管的引線寬度。
所述同軸測試口與同軸過渡微帶線引入的測試誤差由微帶校準件消除，所述微帶校準件由三個同軸-微帶過渡連接器和微帶校準件電路板構成，其中第一同軸-微帶過渡連接器與第一個50Ω終端開路微帶線一起構成Open校準件，第二同軸-微帶過渡連接器與50Ω終端短路微帶線一起構成Short校準件，第三同軸-微帶過渡連接器與第二個50Ω終端開路微帶線和兩個100Ω接地表面安裝電阻一起構成Load校準件，表面安裝電阻的接地由微帶校準件電路板上的6個金屬化過孔來實現。
所述第一阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線；第二阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線。
所述同軸過渡微帶線為50Ω微帶線。
所述同軸測試口為50Ω同軸測試口。
本發(fā)明為了消除直接用50Ω測試系統測量1Ω量級阻抗存在的巨大測量誤差，在被測低射頻阻抗電路(如圖1中輸出匹配電路，即為低射頻阻抗微帶電路)端面附加兩節(jié)四分之一波長阻抗變換微帶線(即稱之為90o阻抗變換線)將被測阻抗提高到更高的阻抗水平進行測量，其測量原理如圖1所示。
圖1所示是使用矢量網絡分析儀測量功率晶體管輸出端看到的負載阻抗ZL的測試原理框圖，ZL是輸出匹配電路將系統阻抗Z0＝50Ω變換過來的。由于ZL為1Ω量級的低射頻阻抗，為了減小測試誤差，在輸出匹配電路與矢量網絡分析儀的50Ω同軸測試口之間插入了90o阻抗變換線Z01、90o阻抗變換線Z02以及同軸-微帶過渡(即50Ω同軸過渡微帶線)。阻抗變換線都是用微帶線實現的。
兩節(jié)90o阻抗變換微帶線用于將1Ω量級的低射頻阻抗ZL變換到10Ω量級，10Ω量級阻抗在50Ω測試系統中對應的電壓駐波比為5∶1，遠小于直接測量對應的電壓駐波比50∶1，這樣的駐波水平在50Ω測試系統下的測量精度是有保證的；同軸-微帶過渡用于實現50Ω微帶線到矢量網絡分析儀50Ω同軸測試口之間的過渡，是用同軸測試系統測量微帶電路不可避免的不連續(xù)結構。
為了準確模擬功率晶體管引線寬度與輸出匹配電路微帶線寬度之間連接處存在的寬度不連續(xù)性效應，與輸出匹配電路連接的90o阻抗變換微帶線Z01的寬度限定為功率晶體管引線的寬度。根據傳輸線理論，經過兩節(jié)90o阻抗變換微帶線的阻抗變換作用，在90o阻抗變換微帶線Z02端面上矢量網絡分析儀測得的阻抗為

ZL為輸出匹配電路的阻抗，Z01為第一阻抗變換微帶線的特性阻抗，Z02為第二阻抗變換微帶線的特性阻抗。為了將1Ω量級的低射頻阻抗ZL變換到10Ω量級，要求Z02∶Z01的比值大于1。微帶線的特性阻抗取決于微帶線寬、電路板介質厚度和介電常數，對選定的電路板材料和厚度，微帶線越寬，特性阻抗越小，因此Z02∶Z01的比值由第二阻抗變換微帶線寬度來決定。
由上式可見，兩節(jié)阻抗變換微帶線的特性阻抗比值的平方等于兩節(jié)阻抗變換微帶線實現的阻抗變換比，這個特點有利于降低微帶線線寬制作誤差所引起的阻抗變換比誤差。同時，兩節(jié)90o阻抗變換微帶線方案降低了每一節(jié)阻抗變換微帶線兩端的阻抗差距，因此有更寬的工作帶寬。根據公式，測出ZLM即可輕而易舉由公式解出ZL。
基于同軸系統的矢量網絡分析儀測量參考面在同軸測試電纜口(即同軸測試口處)，測試微帶電路時結果中還包含有同軸-微帶過渡的影響。為了消除這種影響帶來的測試誤差，需要將測量參考面移到微帶參考面(見圖1)，這就需要微帶校準件來消除上述測試誤差。
對3GHz以下頻率，高質量微帶負載是可以實現的，因此測量負載阻抗時使用包括開路(Open)、短路(Short)、負載(Load)三種校準件的OSL一端口校準算法。通過對微帶Open、Short、Load校準件分別進行校準測量后，測量參考面被自動設定到圖1中的微帶參考面。
本發(fā)明的有益效果是通過兩節(jié)阻抗變換微帶線把低射頻阻抗微帶電路的阻抗水平提高到矢量網絡分析儀能夠精確測量的水平，從而消除了直接測量低射頻阻抗誤差大的問題；微帶校準件消除了同軸測試口與同軸-微帶過渡部分引入的測試誤差，使測量精度進一步提高。另外，本實用新型具有結構簡單、測量精度好、成本低廉等優(yōu)點。



本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發(fā)明的測試原理示意圖； 圖2是低射頻阻抗微帶電路的版圖a； 圖3是附加兩節(jié)阻抗變換微帶線的低射頻阻抗微帶電路3的版圖； 圖4是微帶校準件電路4的版圖； 圖5是本發(fā)明低射頻阻抗微帶電路具體的測量原理示意圖。

具體實施例方式 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發(fā)明一種低射頻阻抗測量裝置，在被測低射頻阻抗電路與矢量網絡分析儀的同軸測試口之間依次連接第一阻抗變換微帶線、第二阻抗變換微帶線以及同軸過渡微帶線(即低射頻阻抗微帶電路的低射頻阻抗端與兩節(jié)阻抗變換微帶線的低射頻阻抗端聯接在一起)，在第二阻抗變換微帶線端面上矢量網絡分析儀測得的阻抗ZLM與被測低射頻阻抗電路的阻抗之間存在關系式，即為

其中，ZL為輸出匹配電路的阻抗，Z01為第一阻抗變換微帶線的阻抗，Z02為第二阻抗變換微帶線的阻抗，ZLM為在第二阻抗變換微帶線端面上矢量網絡分析儀測得的阻抗，Z02∶Z01的比值大于1。
所述第一阻抗變換微帶線的線寬為功率晶體管的引線寬度。
所述同軸測試口與同軸過渡微帶線引入的測試誤差由微帶校準件消除，所述微帶校準件由三個同軸-微帶過渡連接器和微帶校準件電路板構成，其中第一同軸-微帶過渡連接器與第一個50Ω終端開路微帶線一起構成Open校準件，第二同軸-微帶過渡連接器與50Ω終端短路微帶線一起構成Short校準件，第三同軸-微帶過渡連接器與第二個50Ω終端開路微帶線和兩個100Ω接地表面安裝電阻一起構成Load校準件，表面安裝電阻的接地由微帶校準件電路板上的6個金屬化過孔來實現。
所述第一阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線；第二阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線。
所述同軸過渡微帶線為50Ω微帶線。
所述同軸測試口為50Ω同軸測試口。
本發(fā)明中， 圖2為低射頻阻抗微帶電路的版圖a，是需要測知其阻抗的部分。
圖3為附加兩節(jié)90o阻抗變換微帶線的低射頻阻抗微帶電路3的版圖，它包括低射頻阻抗微帶電路的版圖a、90o阻抗變換微帶線Z01的版圖b、90o阻抗變換微帶線Z02布版圖c、50Ω微帶線的版圖d。
圖4是微帶校準件電路板4的版圖，它包括第一個50Ω終端開路微帶線e、50Ω終端短路微帶線f、第二個50Ω終端開路微帶線g。第一個50Ω終端短路微帶線f的終端對背面地的短路由金屬化過孔i來實現。
圖5是低射頻阻抗微帶電路的測量原理示意圖。測量裝置包括兩個部分50Ω同軸匹配負載1、低射頻阻抗微帶電路3左右兩側的2個同軸-微帶過渡連接器2、附加兩節(jié)微帶阻抗變換微帶線(第一阻抗變換微帶線和第二阻抗變換微帶線)的低射頻阻抗微帶電路3組成被測件；三個同軸-微帶過渡連接器2、微帶校準件電路板4構成完整的OSL校準件(微帶校準件)，其中第一同軸-微帶過渡連接器2與第一個50Ω終端開路微帶線e一起構成Open校準件，第二同軸-微帶過渡連接器2與50Ω終端短路微帶線f一起構成Short校準件，第三同軸-微帶過渡連接器2與第二個50Ω終端開路微帶線g和兩個100Ω接地表面安裝電阻h一起構成Load校準件，表面安裝電阻h的接地由微帶校準件電路板4上的6個金屬化過孔j來實現。同軸-微帶過渡連接器2的同軸口與矢量網絡分析儀的測試電纜端口重合，即同軸測試口，同軸測試口為圖5中的同軸參考面。使用微帶校準件消除同軸-微帶過渡連接器2和50Ω微帶線d組合在一起形成的不連續(xù)性對測量結果的影響。
整個阻抗測試過程分兩步進行。
第一步，建立OSL微帶校準數據文件。建立校準數據文件需要測量自制OSL微帶校準件Open的邊緣電容(電容系數)，這可利用矢量網絡分析儀測出，基本步驟為(1)在矢量網絡分析儀的同軸測試口進行OSL一端口校準；(2)將Short接到矢量網絡分析儀的同軸測試口測量S11的相位，然后更改端口擴展量直到S11的相位為180o；(3)換接Open到矢量網絡分析儀的同軸測試口測量S11并以Smith導納圓圖顯示格式，從圓圖上讀取電容值作為微帶Open校準件的電容系數；(4)用測得的電容系數建立自制微帶校準數據文件；(5)選用自制微帶校準數據文件，用自制微帶校準件進行OSL校準后進行阻抗測量。
第二步，阻抗測量。換接被測件到矢量網絡分析儀的同軸測試口測量S11并以Smith阻抗圓圖顯示格式，從圓圖上讀取被測件在微帶參考面的阻抗值ZLM，然后用前面關于ZLM和ZL的關系式算出ZL。
如

Z02∶Z01的比值預先設定，假定該比值為5(改變第二微帶線的寬度即Z02可以調整該比值，該比值為大于1，調整微帶線時，微帶線越寬，特性阻抗Z02越小)。為了提高測量精度，本發(fā)明引用了微帶校準件，由于圖5中采用微帶校準件消除了同軸-微帶過渡連接器2和50Ω微帶線d組合在一起形成的不連續(xù)性對測量結果的影響，消除了同軸-微帶過渡連接器2和50Ω微帶線d帶來的測試誤差，因此矢量網絡分析儀的測量參考面被自動設定到圖5中的微帶參考面，當矢量網絡分析儀對在圖5中在低射頻阻抗微帶電路3中連接的同軸-微帶過渡連接器2端面進行測量時，矢量網絡分析儀顯示的值是微帶參考面處的值，如果測試值為ZLM＝10+j10Ω，那么根據公式

ZL＝0.4+j0.4Ω。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種低射頻阻抗測量裝置，其特征在于在被測低射頻阻抗電路與矢量網絡分析儀的同軸測試口之間依次連接第一阻抗變換微帶線、第二阻抗變換微帶線以及同軸過渡微帶線，在第二阻抗變換微帶線端面上矢量網絡分析儀測得的阻抗(ZLM)與被測低射頻阻抗電路的阻抗之間存在關系式其中，ZL為被測低射頻阻抗電路的阻抗，Z01為第一阻抗變換微帶線的特性阻抗，Z02為第二阻抗變換微帶線的特性阻抗，Z02Z01的比值大于1。
2.根據權利要求1所述的低射頻阻抗測量裝置，其特征在于所述第一阻抗變換微帶線的線寬為功率晶體管的引線寬度。
3.根據權利要求1所述的低射頻阻抗測量裝置，其特征在于所述同軸測試口與同軸過渡微帶線引入的測試誤差由微帶校準件消除，所述微帶校準件由三個同軸-微帶過渡連接器和微帶校準件電路板構成，其中第一同軸-微帶過渡連接器與第一個50Ω終端開路微帶線一起構成Open校準件，第二同軸-微帶過渡連接器與50Ω終端短路微帶線一起構成Short校準件，第三同軸-微帶過渡連接器與第二個50Ω終端開路微帶線和兩個100Ω接地表面安裝電阻一起構成Load校準件，表面安裝電阻的接地由微帶校準件電路板上的6個金屬化過孔來實現。
4.根據權利要求1或2所述的低射頻阻抗測量裝置，其特征在于所述第一阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線；第二阻抗變換微帶線為90o阻抗變換線。
5.根據權利要求1或3所述的低射頻阻抗測量裝置，其特征在于所述同軸過渡微帶線為50Ω微帶線。
6.根據權利要求1或3所述的低射頻阻抗測量裝置，其特征在于所述同軸測試口為50Ω同軸測試口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于輔助射頻功率放大器開發(fā)的低射頻阻抗測量裝置，包括50Ω同軸匹配負載(1)、同軸一微帶過渡連接器(2)、附加兩節(jié)阻抗變換微帶線的被測低射頻阻抗電路(3)、微帶OSL校準電路板(4)，兩節(jié)阻抗變換微帶線(b、c)把低射頻阻抗微帶電路(a)的阻抗水平提高到矢量網絡分析儀能夠精確測量的水平，從而消除了直接測量低射頻阻抗誤差大的問題；微帶OSL校準件消除了同軸測試口與微帶電路過渡部分引入的測試誤差，使測量精度進一步提高。本發(fā)明具有結構簡單、測量精度好、成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號G01R27/02GK101782609SQ200910308560
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者鐘名慶 申請人:芯通科技(成都)有限公司