CN103176056A - 基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置及方法，属于测量技术领域。本发明的主控计算机通过GPIB接口卡与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪的一端口经过射频电缆与N/TNC连接器连接，N/TNC连接器在同轴谐振腔的短路端产生激励，矢量网络分析仪的二端口经过射频电缆与射频探针的一端连接，射频探针的另一端深入同轴谐振腔的开路端内部6mm以提取信号，贴片电容置于同轴谐振腔的开路端，贴片电容的一端连接同轴谐振腔的内导体，另一端连接同轴谐振腔的外导体。

Description

基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置及方法

技术领域

本发明涉及基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置及方法，属于测量技术领域。

背景技术

评估高频陶瓷贴片电容最重要的参数之一是电容的品质因数（Q值）或者相关的等效串联电阻（ESR）。理想的电容的是没有损耗的的ESR等于0，而实际上，电容的ESR等于介质损耗与金属损耗之和，通常以毫欧姆为单位。如今射频电路中都用到了陶瓷电容，所以评估陶瓷贴片电容对线路性能的影响十分重要。

在高频陶瓷贴片电容生产的产业中，为了能测量出高频陶瓷贴片电容的等效串联电阻和品质因数，美国BOONTON公司制造出34A同轴谐振腔，提供测量频率在100MHz-2200MHz贴片电容的性能的解决方案。该34A同轴谐振腔的一端中心导体外壁相接，实现短路；另一端与外壁不相接，实现开路。

原测量系统是34A同轴谐振腔与频率发生器和毫伏表相连接，频率发生器产生的射频信号在短路端通过探针耦合进入谐振腔，毫伏表接收来自开路端由探针耦合到的射频信号。主控计算机利用GPIB卡与频率发生器和毫伏表的通信，主控计算机控制频率发生器输出需要测量的不同的频率信号，然后读出毫伏表上相应的电压响应。

34A谐振腔的短路端使用N/TNC型转接头与射频电缆连接，并在TNC头内外导体之间焊接一个50ohm的高精度电阻，用于增强激励。开路端处连接BOONTON公司所制造的34-1A高阻抗探针，该探针在结构上被设计和制造为消除任何与腔体的谐振效应和减小噪声。

从工业测量的角度考虑，应当尽量保证测量的精度和稳定性，缩短测量的时间。该测量装置由于时间过于长久，出现稳定性差，测量值出现较大误差等现象，而且测量一次的过程需要半个小时左右。因此，需要更加先进的测量仪器实现更快的测量速度，更高的稳定性和准确度。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置及方法。

本发明采取的技术方案如下：

本发明的主控计算机通过GPIB接口卡与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪的一端口经过射频电缆与N/TNC连接器连接，N/TNC连接器在同轴谐振腔的短路端产生激励，矢量网络分析仪的二端口经过射频电缆与射频探针的一端连接，射频探针的另一端深入同轴谐振腔的开路端内部6mm以提取信号，贴片电容置于同轴谐振腔的开路端，贴片电容的一端连接同轴谐振腔的内导体，另一端连接同轴谐振腔的外导体。

矢量网络分析仪为信号收发设备，矢量网络分析仪用于在所述主控计算机的控制下产生指定参数的脉冲射频信号，所述脉冲射频信号经由射频电缆和N/TNC连接器耦合到所述同轴谐振腔中，脉冲射频信号在主控计算机控制下接收射频探针所提取到的射频散射特性数据，主控计算机内包括测量软件，测量软件实现射频散射特性的测量并对这些数据进行处理和计算。

测量贴片电容的方式为并联测量。

矢量网络分析仪产生的脉冲射频信号的并联模式测量频率范围为100MHz-2000MHz，容值测量范围为0.1pF-1000pF；

矢量网络分析仪测量同轴谐振腔的散射特性曲线为插入损耗（S21）曲线的峰值频率和6dB带宽。

测量软件还包括数据处理、结果计算和自动保存模块。

本文发明原理及有益效果：本发明的射频探针深入到同轴谐振腔内6mm，实现与同轴谐振腔的电耦合。为了实现稳定和快速的测量，本发明采用USB/GPIB接口卡作为通信工具。高速USB2.0提供快速、简便的“即插即用”连接和自动配置，且GPIB通信方式能够提供大于1.15MB/s的数据传输速率。由于采用了上述技术方案，本发明不仅便于生产，而且成本非常低廉适于广泛推广。

附图说明

图1是本发明的组成框图。

图2是本发明的射频探结构简图。

图3是本发明的自动化测量流程图。

图4是本发明的并联测量不同容值的ESR随频率变化的对比图。

图5是本发明的并联测量安装图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的一个实施例：

如图1所示：主控计算机1通过GPIB接口卡2与矢量网络分析仪3连接，矢量网络分析仪3的一端口31经过射频电缆41与N/TNC连接器5连接，N/TNC连接器5在同轴谐振腔6的短路端61产生激励，矢量网络分析仪3的二端口32经过射频电缆42与射频探针7（如图2所示）的一端连接，射频探针7的另一端71深入同轴谐振腔6的开路端62内部6mm以提取信号，贴片电容8置于同轴谐振腔6的开路端62，贴片电容8的一端连接同轴谐振腔6的内导体63，另一端连接同轴谐振腔6的外导体64。

矢量网络分析仪3为信号收发设备，矢量网络分析仪3用于在所述主控计算机1的控制下产生指定参数的脉冲射频信号，所述脉冲射频信号经由射频电缆41和N/TNC连接器5耦合到所述同轴谐振腔6中，脉冲射频信号在主控计算机1控制下接收射频探针7所提取到的射频散射特性数据，主控计算机1内包括测量软件，测量软件实现射频散射特性的测量并对这些数据进行处理和计算。测量软件还包括数据处理、结果计算和自动保存模块。

如图5所示：测量贴片电容8的方式为并联测量。

矢量网络分析仪3产生的脉冲射频信号的并联模式测量频率范围为100MHz-2000MHz，容值测量范围为0.1pF-1000pF；

如图4所示：初始化矢量网络分析仪3之后，首先在频率范围100MHz-2000MHz内扫描装置与贴片电容的插入损耗曲线，用数值算法粗略地找到整个装置的N个不同的谐振频率，N与贴片电容容值大小有关；然后分别细致地扫描上述N个谐振频率，测量每个谐振频率处的插入损耗曲线的峰值频率和6dB带宽，直到N次测量完成；最后根据美国工业协会EIA RS-483测量标准计算贴片电容的容值、ESR和Q值。计算结果可以按照一定格式保存到EXCEL2003中。

如图3所示：图3为本装置测量常用贴片电容典型容值的等效串联电阻与频率的关系。从图3中的测量曲线可知，贴片电容的等效串联电阻非常小，在毫欧姆级。等效串联电阻随着容值的增大而减小，并随着频率的增大而增大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置，其特征在于：主控计算机（1）通过GPIB接口卡（2）与矢量网络分析仪（3）连接，矢量网络分析仪（3）的一端口（31）经过射频电缆（41）与N/TNC连接器（5）连接，N/TNC连接器（5）在同轴谐振腔（6）的短路端（61）产生激励，矢量网络分析仪（3）的二端口（32）经过射频电缆（42）与射频探针（7）的一端连接，射频探针（7）的另一端（71）深入同轴谐振腔（6）的开路端（62）内部6mm以提取信号，贴片电容（8）置于同轴谐振腔（6）的开路端（62），贴片电容（8）的一端连接同轴谐振腔（6）的内导体（63），另一端连接同轴谐振腔（6）的外导体（64）。 

2.根据权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置实现测量方法，其特征在于：矢量网络分析仪（3）为信号收发设备，矢量网络分析仪（3）用于在所述主控计算机（1）的控制下产生指定参数的脉冲射频信号，所述脉冲射频信号经由射频电缆（41）和N/TNC连接器（5）耦合到所述同轴谐振腔（6）中，脉冲射频信号在主控计算机（1）控制下接收射频探针（7）所提取到的射频散射特性数据，主控计算机（1）内包括测量软件，测量软件实现射频散射特性的测量并对这些数据进行处理和计算。 

3.根据权利要求2所述的基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置实现测量方法，其特征在于：测量贴片电容（8）的方式为并联测量。 

4.根据权利要求2所述的基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置实现测量方法，其特征在于：矢量网络分析仪（3）产生的脉冲射频信号的并联模式测量频率范围为100MHz-2000MHz，容值测量范围为0.1pF-1000pF。 

5.根据权利要求2所述的基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置实现测量方法，其特征在于：矢量网络分析仪（3）测量同轴谐振腔的散射特性曲线为插入损耗曲线的峰值频率和6dB带宽。 

6.根据权利要求2所述的基于矢量网络分析仪的贴片电容测试装置实现测量方法，其特征在于：测量软件还包括数据处理、结果计算和自动保存模块。 

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