CN105264398A

CN105264398A - 固态阻抗调谐器

Info

Publication number: CN105264398A
Application number: CN201480030548.9A
Authority: CN
Inventors: A·鲍迪亚夫; R·迈尔; G·R·辛普森
Original assignee: Maury Microwave Inc
Current assignee: Maury Microwave Inc
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: EP3004911B1; CN105264398B; CA2913268C; US20140354294A1; US9964580B2; CA2913268A1; EP3004911A1; WO2014194256A1; US20170285085A1; US9660607B2

Abstract

一种固态阻抗调谐器(30)或阻抗调谐器系统，包括外壳结构(36)以及被电组合并且布置在外壳结构内的一个封装件中的至少两个固态调谐器模块(10)。每个调谐器模块包括至少一个固态控制元件。另一实施例涉及以标准化系统架构配置的阻抗调谐器模块卡。该卡包括底盘板以及集成在该卡上并且被支承在底盘板上或者由底盘板来支承的至少一个固态调谐器模块，每个模块包括至少一个固态控制元件。公开了一种用于校准包括被组合在一个封装件中的至少两个固态调谐器模块的固态阻抗调谐器的方法。

Description

固态阻抗调谐器

背景技术

阻抗调谐器用于向被测设备呈现阻抗(也被称为VSWR、gamma、反射、回波损耗)并且根据所述阻抗来测量其性能。存在各种形式的阻抗调谐器，包括机械滑动螺钉调谐器，机械滑动螺钉调谐器使用机械探针结合板状线(slabline)并且其探针位置指示所得到的阻抗。探针关于板状线的水平位置通常影响向被测设备(DUT)呈现的阻抗的相位，而探针的竖直位置通常影响向DUT呈现的阻抗的幅度。因为可以以很高的分辨率以极小的步长来移动探针，所以可以任意生成几千个、几万个或者甚至几十万个阻抗状态。优点包括高的分辨率、高的点计数、高的功率容量和宽的频率带宽。缺点包括调谐速度以及尺寸和重量。

电子阻抗调谐器利用PIN二极管或开关，具有固定的或扫频偏置电压和电流，其产生非均匀的低密度阻抗曲线。美国专利5034708和5276411中描述了电子或固态阻抗调谐器的示例，这两个专利的全部内容通过引用被合并在本文中。电子或固态调谐器的优点包括高的调谐速度以及小的尺寸和重量。缺点包括低的点密度和低的功率容量。

重要的是应当注意，高的调谐速度和高的点密度是阻抗调谐器的主要要求中的两个要求。

无源负载牵引(loadpull)系统已经广泛地用于特征化微波设备。负载牵引系统在受控条件下测量DUT，包括由DUT查看的受控的阻抗。受控的阻抗可以包括DUT的任何端口上的阻抗，并且典型的负载牵引测量会测量多个阻抗下的DUT性能以示出阻抗对DUT性能的影响。能够被控制和/或改变的一些其它条件包括频率、功率水平、偏置值或温度。

在本文档中，阻抗、反射或反射系数全部作为一般术语使用以描述在RF端口处看到的RF终止。它们是离开RF端口的信号以及进入端口的相同频率的信号的函数。反射系数通过以下表达式与阻抗相关：

Z = Z_{0} \frac{(1 + Γ)}{(1 - Γ)},

其中Z是阻抗，Γ是反射系数。两个术语包含相同的信息，因此如果一个术语已知，则另一个也已知。因此，在本文档中，它们将可互换地使用。

调谐分辨率是指示可用的阻抗在阻抗或反射平面中有多彼此接近的术语。高分辨率(或者精细分辨率)表示可用阻抗之间的间隙非常小。低分辨率意指可用阻抗之间的间隙较大。

匹配范围是指示能够由调谐器在期望的相位范围上实现的最大反射的术语。作为阻抗调谐器规范，这一术语通常表示所有或者多数反射相位值(以实现调谐分辨率)。然而，可以修改用于调谐器系统的这一定义以意指有限的相位范围上的最大反射。例如，很多功率晶体管在基频需要低的阻抗，因此仅在史密斯图的低阻抗(左侧)需要高的匹配范围。

自动化负载牵引系统已经广泛地用在机械调谐器中，然而尺寸和低的速度仍然是限制。使用PIN二极管作为开关元件的固态调谐器也已经用于负载牵引系统，并且这些调谐器可以提供大的速度优势，但是它们具有有限的调谐分辨率。

附图说明

本领域技术人员在结合附图阅读时根据下面的详细描述将很容易理解本公开内容的特征和优点，在附图中：

图1是示出固态控制元件阵列的示例性实施例的示意图。

图2图示包括连接到组合器电路的两个控制元件阵列的调谐器模块的示例性实施例。

图3图示包括级联在一起并且布置在外壳或封装件(package)内的两个调谐器模块的固态调谐器系统的另一示例性实施例。图3A图示示例性调谐器系统的外部配置。

图4是由包括两个级联的调谐器模块的调谐器系统的示例性实施例提供的不同的阻抗值的史密斯图表示。

图5图示包括级联在一起并且布置在外壳内的三个调谐器模块的调谐器系统的示例性实施例。

图6图示包括级联在一起并且布置在外壳内的四个调谐器模块的调谐器系统的示例性实施例。

图7图示调谐器系统的示例性实施例，其中双固态调谐器和三固态调谐器系统被组合在一个封装件或外壳中。

图8图示用于测量被测设备(DUT)的特性的测量系统的示例性实施例，其中两个固态调谐器模块被组合在单个封装件中并且用于源调谐，并且三个调谐器被组合在单个封装件中并且用于负载调谐。

图9图示用于测量DUT的特性的测量系统的示例性实施例，其中两个固态调谐器模块被组合在单个封装件中并且用于源调谐，并且两个双调谐器模块各自被组合在外壳中，并且被级联在一起并且用于负载调谐。

图10图示用于测量DUT的特性的测量系统的示例性实施例，其中两个固态调谐器模块被组合在单个封装件中并且用于源调谐，并且机械调谐器用于负载调谐。

图11图示用于测量DUT的特性的示例性测量系统，其采用被组合在单个封装件中并且用作负载调谐器的三固态调谐器。

图12图示用于测量DUT的特性的另一示例性测量系统，其采用被组合在单个封装件中并且用作负载调谐器的三固态调谐器，其中DUT、负载调谐器与信号分析器之间连接有分路器/耦合器。

图13是图示用于多个级联的固态调谐器的示例性校准方法的流程图。

图14是图示用于多个级联的固态调谐器的另一示例性校准方法的流程图。

图15是图示用于多个级联的固态调谐器模块的示例性校准方法的流程图，其中每个调谐器模块具有外部连接器。

图16描绘其中已经安装有多个模块卡的PXI底盘(chassis)的前视图，多个模块卡包括示例性调谐器模块卡。图17是调谐器模块卡的示意性侧视图。图18是调谐器模块卡的前视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中以及在附图中的若干图中，相似的元素用相似的附图标记来识别。附图并未按比例，并且可以出于说明目的而对相关特征尺寸进行放大。

以下术语适用于本文中所给出的描述。控制元件是可用于控制阻抗的具有可控的RF属性的固态设备。示例包括PIN二极管、FET或其它类型的晶体管。控制元件可以用作每个元件具有两个状态或者具有多于两个状态的开关设备。诸如图1所示的控制元件阵列是具有多个控制元件的电路。调谐器模块是可以调谐阻抗并且通常包括多个控制元件的固态电路。例如，图2示出包括两个控制元件阵列和组合器的调谐器模块。图2的示图在本文中用于表示调谐器模块，但是应当理解，可以使用不同类型的调谐器模块。固态调谐器可以在一个封装件中包含一个或多个调谐器模块，其中每个调谐器端口具有外部连接器。固态调谐器系统是在一个封装件中的一个或多个固态调谐器。测量系统包括一个或多个固态调谐器连同测量仪器。测量系统还可以包括诸如机械调谐器等其它类型的调谐器。

本发明的实施例包括采用多个固态调谐器模块的新的电子自动化固态调谐器或固态调谐器系统，多个固态调谐器模块当被组合激活时可以生成几万个或者几十万个阻抗状态。这样的固态调谐器可以采用串联或并联级联的多个调谐器模块，其中每个调谐器模块可以包括组合在一起的多个控制元件阵列。控制元件阵列可以包括以预定长度间隔开的数目N个控制元件(诸如开关)以及其偏置电路。每个控制元件可以被单独地打开(即到传导(conductive)状态)，或者多个控制元件可以被同时打开，以产生具有固定的幅度和相位的特定的阻抗。在其它实施例中，到每个控制元件的偏置电压可以具有在打开和关闭控制元件的电压电平(level)之间的一个或多个中间电平。

为了示例而假定每个控制元件阵列具有24个单独的控制元件，并且一次仅激活一个控制元件，阵列存在25个单独的阻抗状态。因此，两个控制元件阵列组合在其中的调谐器模块具有25*25＝625个阻抗组合。串联级联两个调谐器模块提供625*625＝390,625个阻抗状态。

同时激活每个阵列中的多个控制元件增加反射的幅度，从而使得能够实现更大的调谐范围。

本发明的实施例包括其中多个调谐器模块被组合到封装件或外壳中的固态调谐器或调谐器系统。这将减小损失，从而改善匹配范围。这消除了调谐器之间的外部互连，以改善稳定性和可重复性。减小的损失也改善了匹配范围。

这还使得能够将多于两个固态调谐器组合以给出更完全的阻抗覆盖。

通常，级联多个调谐器实现了用于组合中的每个调谐器的一个自由度。因此，如果级联两个调谐器，则可以独立地控制两个频率。如果级联三个调谐器，则可以独立地控制三个频率。如果级联四个调谐器，则可以独立地控制四个频率，对于任何数目的调谐器以此类推。

将比具有独立的阻抗控制的频率的数目更多的调谐器组合改善了频率之间的调谐分辨率以及调谐独立性。例如，三个组合的调谐器将改善两个频率处的调谐分辨率以及独立性。四个或五个组合的调谐器将改善三个频率处的调谐分辨率和独立性，以此类推。这一原理独立于调谐器是否全部在一个封装件中还是在多个封装件中。然而，单个封装件概念由于更低的损失、更好的匹配范围和更高的稳定性而仍然提供改进的性能。

将两个或多个调谐器放在一个封装件中以控制两个频率，由于更低的损失和更好的匹配范围而改善了现有技术，但是调谐分辨率和调谐独立性将仍然具有一些限制。

组合在一个封装件中的两个固态调谐器使得能够使用比现有技术更好的匹配范围来独立地控制两个频率处的阻抗。被组合的多于两个固态调谐器在要独立地控制两个频率时将给出更好的阻抗分辨率和更好的调谐独立性。

图1是示出固态控制元件阵列10的示例性实施例的示意图，固态控制元件阵列10包括沿着传输线16布置并且通过传输线分段18与相邻的元件分离的N个固态控制元件S1……SN。控制元件可以是PIN二极管或者其它固态开关设备，诸如FET或其它晶体管。每个控制元件由控制线L1……LN来控制。控制器22被配置成通过向对应的控制线施加控制信号来选择性地打开或关闭每个控制元件，使得在任何给定时间仅有一个控制元件处于传导状态。由电源16向传输线16施加偏置电压。仅在所描述的程度上的这样的阵列在现有技术中已知，例如如美国5034708和美国5276411中所描述的。可以替选地采用由固态元件控制的其它类型的阵列，例如不同长度的开关传输线，其中线长度由固态开关元件来控制。

阵列10包括RF输入端口12和RF输出端口14，RF输出端口14在本示例实施例中连接到接地，然而在其它实施例中，输出端口可以是开路(opencircuited)或连接到负载。通过打开控制元件中的不同的控制元件(即将其设置为传导状态)同时维持控制元件中的其余控制元件处于非传导状态，可以改变由阵列10向输入端口12呈现的阻抗。

根据一个特征，阵列10的多个控制元件可以被同时接通。例如，可以接通三个连续的控制元件——如S1、S2和S3，同时断开其余控制元件。如果S14打开，则也可以打开S15和S16。替选地，可以同时接通多个非连续的控制元件，同时将其余控制元件设置为关闭状态。阵列中的多个控制元件的连续激活增加了反射的幅度，从而使得能够实现更大的调谐范围。

根据另一方面，可以组合两个或更多控制元件阵列10以在单个外壳中形成调谐器模块。图2图示包括连接到组合器电路24的两个控制元件阵列10的示例性调谐器模块30。电路24可以是3dB混合(hybrid)耦合器、或者其它类型的组合器网络或设备。在本示例中，每个阵列10的RF输入端口12分别连接到耦合器网络的耦合端口，并且混合组合器的输入和传输端口是调谐器模块30的端口1和端口2RF连接器端口32和34。调谐器模块30包括封闭阵列10和组合器34的外壳36。这一构造的优点在于，阵列与组合器之间的连接不需要可移除或者被移除和重新连接用于每个使用。

根据第四方面，可以在用虚线38指示的公共印刷线路板(PWB)上构造或安装两个控制阵列10和组合器电路24。在示例性实施例中，控制元件阵列可以由表面安装技术(SMT)来制造，在SMT中，离散的控制元件芯片被安装到PWB。当然，其它实施例可以采用其它构造技术。

图3图示另一实施例，其中固态调谐器系统50包括级联在一起并且布置在外壳52内的两个调谐器模块30-1和30-2。系统50包括被标记为54的RF端口1和被标记为56的RF端口2。第一模块10-1的端口1(32-1)连接到调谐器系统RF端口1(54)，第二模块的端口2(34-2)连接到调谐器系统RF端口2(56)。第一模块的端口2(34-1)连接到第二模块的端口1(32-2)。因此，固态调谐器模块50包括组合在一个外壳内的两个调谐器模块10。调谐器系统50替选地可以包括外部RF端口54A、56A，而非在调谐器模块30-1和30-2之间的内部连接35。在这种情况下，用户被给予通过使用连接端口54A和56A的RF跨接电缆来将两个调谐器模块级联在一起的灵活性以及以其它方式来使用调谐器模块(例如作为分离的调谐器)的灵活性。

图3A图示如以上所描述的示例性调谐器系统50'的外部配置，其中调谐器系统的电路被布置在外壳52内。分离的RF连接器54、54A、56和56A被安装到外壳用于测量系统中的连接。调谐器系统50'具有两个调谐器模块，每个调谐器模块具有外部RF端口1和2，每个RF端口分别对应于连接器54、54A、56、56A。系统还包括控制信号和dc电源连接器(图3A中未示出)。

图4是由包括两个级联的调谐器模块的调谐器系统50的示例性实施例提供的不同的阻抗值的史密斯图表示。

图5图示另一实施例，其中固态调谐器60包括级联在一起并且布置在外壳或封装件62内的三个调谐器模块30-1、30-2和30-3。调谐器60包括标记为64的RF端口1和标记为66的RF端口2。第一模块30-1的端口1连接到调谐器RF端口1(64)，第三模块30-3的端口2连接到调谐器RF端口2(66)。第一模块的端口2连接到第二模块的端口1，第二模块的端口2连接到第三模块的端口1。

固态调谐器或调谐器系统可以由被布置成级联配置的N个固态调谐器模块构成。图5示出其中N＝3的情况。图6图示在调谐器系统70中的其中N＝4的另一实施例，调谐器系统70包括级联在一起并且布置在外壳或封装件72内的四个调谐器模块30-1、30-2、30-3和30-4。系统70包括标记为74的RF端口1和标记为76的RF端口2。第一模块30-1的端口1连接到调谐器系统RF端口1(74)，第四模块30-4的端口2连接到调谐器系统RF端口2(76)。第一模块的端口2连接到第二模块的端口1，第二模块的端口2连接到第三模块的端口1。第三模块的端口2连接到第四模块的端口1。当然，对于特定的应用，可以增加级联的固态阻抗调谐器模块的数目使其超过4。

图7图示固态调谐器系统80的另一示例性实施例，其中双固态调谐器50(如图3中)与三固态调谐器60(如图5中)被封装在单个外壳或封装件82中。相应的双调谐器和三调谐器的RF端口(54、56、64、66)被引出用于测量系统中的连接。

图8图示用于测量DUT102的特性的示例性测量系统100。在本实施例中，双固态调谐器50的RF端口2(56)连接到第一DUT端口102A以用作用于RF源110的源调谐器，RF源110连接到调谐器50的RF端口1(54)。三固态调谐器60具有连接到第二DUT端口102B的RF端口2(64)以用作负载调谐器。功率计或其它信号分析器112连接到RF端口2(66)。系统100例如可以对DUT执行负载牵引测量。

图9图示用于测量DUT122的特性的另一示例性测量系统120。在本实施例中(如同图8的系统100)，双固态调谐器50的RF端口2(56)连接到第一DUT端口122A以用作用于RF源130的源调谐器，RF源130连接到调谐器50的RF端口1(54)。两个双固态调谐器50-1和50-2级联在一起以用作用于DUT122的负载调谐器。调谐器50-1的RF端口1(54-1)连接到第二DUT端口122B以级联两个调谐器。调谐器54-1的RF端口2(56-1)连接到第二双固态调谐器50-2的RF端口1(54-2)。调谐器50-2的RF端口2(56-2)连接到功率计或其它信号分析器132。在替选实施例中，两个双固态调谐器50-1和50-2可以组合到一个封装件中以使得一个固态调谐器系统能够用作用于DUT的负载调谐器。这一系统可以用于对DUT122执行负载牵引测量。

图10图示用于测量DUT140的特性的又一测量系统140。这一系统使用双固态调谐器系统50作为源调谐器，双固态调谐器系统50连接在RF源150与第一DUT端口142A之间。在本实施例中，采用机械调谐器144作为负载调谐器，机械调谐器144连接在第二DUT端口142B与功率计或信号分析器152之间。机械调谐器在本领域公知；一个类型的机械调谐器是机电调谐器，其使得调谐器操作能够自动化。示例性机电调谐器在市面上可获得，例如从MauryMicrowave公司。系统140例如可以用于执行负载牵引测量。

图11图示用于测量DUT162的特性的示例性测量系统160。在本示例中，负载调谐器是三固态调谐器60，三固态调谐器60的RF端口1(64)连接到第一DUT端口162A，三固态调谐器60的RF端口2(66)连接到功率计其它信号分析器164。本示例中的DUT162可以生成其自己的源信号，或者被配置成无线地接收源信号(用于例如其中DUT是蜂窝电话芯片或设备的情况)。

图12图示用于测量DUT172的特性的又一示例性测量系统170。在本示例中，负载调谐器是三固态调谐器60。分路器/耦合器176具有连接到第一DUT端口172A的端口176A。第二分路器/耦合器端口176B连接到功率计或信号分析器174。调谐器60的RF端口1(64)连接到第三分路器/耦合器端口176C。来自DUT172的端口172A的信号的部分耦合到功率计或信号分析器，该信号的另一部分耦合到负载调谐器60的RF端口1。第二RF端口2(66)可以连接到负载或者作为测量系统的部分的其它仪器。DUT172在本示例中可以生成其自己的源信号，或者被配置成无线地接收源信号(用于例如其中DUT是蜂窝电话芯片或设备的情况)。

下面的术语适用于本文中所给出的描述。调谐器模块的状态是使用该调谐器模块设置一个特定阻抗的一个控制设置。固态调谐器或调谐器系统的状态是该固态调谐器或调谐器系统中的所有调谐器模块的状态的一个特定组合。调谐器模块的Z0状态是理想地应当具有低的反射的指定状态。固态调谐器或调谐器系统的Z0状态是其中所有内部调谐器模块被设置成其相应的Z0状态的调谐器状态。整个调谐器本体意指处于Z0状态的完全固态调谐器或调谐器系统。

用于具有多个调谐器模块的固态调谐器的示例性校准方法300包括以下步骤，并且在图13中图示。

在步骤302：1.在要连接到调谐器连接器的参考平面针对2端口测量校准网络分析器。保存这一校准并且将其称为Calset1。2.将固态调谐器的端口2连接到Calset1参考平面的端口2。3.再次校准网络分析器，其中端口1的参考平面是与Calset1中的端口1相同的参考平面，并且端口2的参考平面是固态调谐器的端口1。保存这一校准并且将其称为Calset2。将调谐器的端口1连接到参考平面1，这对于两个Calset而言相同。

在步骤304，确定是否已经校准所有的调谐器模块。如果是，则校准完成。如果否，则在306选择下一调谐器模块。

在308，如果要校准的下一调谐器模块是调谐器模块1，则选择Calset1(310)。否则，选择Calset2(318)。在312、314，如下针对所选择的调谐器模块的每个期望的状态测量整个调谐器的s参数。

a)除了被校准的调谐器模块(调谐器模块N)之外，将全部调谐器模块留在Z0状态。

b)针对调谐器模块N的每个期望的状态测量整个调谐器的s参数。这可以是调谐器模块N的全部可用状态或者可用状态的子集。将调谐器模块N的全部s参数保存在文件中。

在以上过程中用Calset1校准的调谐器模块的s参数包括处于Z0状态的整个调谐器本体。其余调谐器模块的s参数不包括整个调谐器本体。这意指在将固态调谐器中的所有调谐器模块的已校准s参数在数学上级联在一起时，整个调谐器本体将仅被包括一次，因此其余s参数将是正确的。每个调谐器模块的状态可以独立于全部其它调谐器模块来选择，并且级联应当使用与每个调谐器模块的所选择的状态相关联的s参数。

该过程可以变化并且仍然得到有效的结果。一些有效的变化包括以下各项：

1)调谐器模块中的任何一个调谐器模块可以使用Calset1来校准(其包括整个固态调谐器本体)，只要所有其余调谐器模块使用Calset2来校准(其排除整个固态调谐器本体)。

2)该过程的顺序也可以变化。两个校准可以按照任何顺序来进行，并且所有调谐器模块的校准可以按照任何顺序来进行。另外，没有必要用于特定的应用的调谐器模块可以留在Z0状态，并且跳过用于该调谐器模块的校准。

3)在以上过程中，Calset2的两个参考平面都在固态调谐器的端口1处。如果在固态调谐器的端口2处使用两个参考平面来产生Calset2，则其也会起作用。

4)可以使用全新的校准来产生Calset2，或者可以如下自动产生Calset2：

a)使用Calset1测量处于Z0状态的整个调谐器本体的s参数。

b)将具有Calset1的端口1或端口2的错误项的整个调谐器本体的s参数级联，并且保存新的错误项作为Calset2。这一方法应当给出相同的结果，但是可以更方便。

用于具有多个调谐器模块的固态调谐器的另一示例性校准方法350包括以下步骤，并且在图14中图示：

在步骤352：1.在要连接到调谐器连接器的参考平面针对2端口测量校准网络分析器。2.在已校准参考平面将调谐器连接到网络分析器。3.将调谐器设置为Z0状态。4.测量处于Z0状态的整个调谐器本体的s参数。

在步骤354，确定是否已经校准所有的调谐器模块。如果是，则校准完成。如果否，则在356选择下一调谐器模块。

在步骤362-366，如下一次一个校准每个调谐器模块：

A)除了被校准的调谐器模块以外，将全部调谐器模块留在Z0状态。针对被校准的调谐器模块的每个期望的状态测量调谐器的s参数。这可以是这一调谐器模块的全部可用状态或者可用状态的子集(362)。

B)如果调谐器模块不是调谐器模块1(364)，则将固态调谐器的Z0状态从每个已校准状态的s参数中去嵌入(366)。可以在这一去嵌入中使用以下等式：

S_{22 a} = \frac{S_{22 c} - S_{22 b}}{S_{11 b} (S_{22 c} - S_{22 b}) + S_{12 b} S_{21 b}}

S_{12 a} = \frac{S_{12 c} (1 - S_{22 a} S_{11 b})}{S_{12 b}}

S_{21 a} = \frac{S_{21 c} (1 - S_{22 a} s_{11 b})}{S_{12 b}}

S_{11 a} = S_{11 c} - \frac{S_{12 a} S_{21 a} S_{11 b}}{1 - S_{22 a} S_{11 b}}

其中Sa是所得到的2端口s参数集合，Sb是整个调谐器本体的2端口s参数集合，Sc是原始测量的s参数集合。

重复该过程直到已经校准了所有的调谐器模块(步骤354)。将所有这些测量的s参数保存在文件中(360)。

该过程可以变化并且仍然得到有效的结果。一些有效的变化包括：

1)调谐器模块中的任何一个调谐器模块可以保持未去嵌入(因此包括整个调谐器本体的s参数)，只要所有的其余调谐器模块被去嵌入。

2)去嵌入可以通过其它数学方法来进行，诸如使用矩阵而非所列出的离散的等式。

3)所测量的s参数可以保存在多个电子文件(例如每个调谐器模块有一个文件)中，或者可以全部组合到一个文件中。这适用于所有校准方法，因为意图在于以使得s参数数据能够被检索用于稍后使用的方式来保存s参数。

以上的示例性校准过程中的每个过程也可以用于校准分离的级联的调谐器以及调谐器内的多个调谐器模块。

其中每个调谐器模块具有外部连接器的用于具有多个调谐器模块的固态调谐器的另一示例性校准方法包括以下步骤，并且在图15中图示：

在步骤372，在要连接到调谐器连接器的参考平面针对2端口测量校准网络分析器。

在374-386，如下一次一个校准每个调谐器模块：

A)在376，使用调谐器模块的外部连接器将该调谐器模块连接到网络分析器。如果在调谐器及其校准数据的稍后使用中将连接适配器或其它项目(item)，则可以认为它们是调谐器模块的部分。

B)在380，如果尚未测量模块的所有期望的状态，则针对每个期望的状态计算调谐器模块的s参数。这可以是这一调谐器模块的全部可用状态或者可用状态的子集。

C)可选地，步骤382，如果诸如跨接电缆等互连的项目要用于将这一调谐器模块连接到另一调谐器模块，则进行以下操作(384)：

i)将互连的项目连接到网络分析器并且测量其s参数。

ii)将互连的项目的所测量的s参数与调谐器模块的每个测量的状态的调谐器模块的s参数在数学上级联。结果是，互连的项目被包括在这一调谐器模块的校准中。

D)将用于调谐器模块的每个测量的状态的最终s参数保存在文件中用于稍后使用(386)。

在以上过程中，调谐器模块可以按照任何顺序来级联。意图在于使得能够在数学上被级联的s参数能够在稍后在应用中使用时正确地匹配调谐器的整个s参数，用于已校准调谐器模块状态的任何校准。例如，如果跨接电缆用于互连调谐器模块，则其必须被包括。

该过程可以变化以满足意图应用的要求。例如，代替在校准中包括互连跨接电缆，可以按照与针对互连项目所描述的类似的方式来包括能够在稍后在调谐器的使用中被连接的任何事物。

根据另外的方面，固态调谐器可以在印刷电路卡上来实现，用于在向安装在连接器插座中的卡提供控制和功能的底盘中使用。例如，被称为PXI(用于仪器的PCI扩展)的模块仪器平台在仪器行业公知，并且被PXISystemsAlliance推广。具有标准化形状因子的模块或者符合PXI架构的模块可以通过到底盘连接器的连接而安装在底盘中。PXISystemsAlliance已经发布了用于PXI标准和架构的规范，并且这些规范在http://pxisa.org/Specifications/可获得。规范文档中的示例性规范文档是2004年9月22日的“PXI-1HardwareSpecificationRev.2.2”以及2012年10月18日的“PXI-4ModuleDescriptionRev.1.1”；这些文档的整个内容通过本引用被合并在本文中。底盘包括通常具有多个连接器的背板(backplane)以向安装在底盘上的模块提供功率和控制信号。底盘通常包括嵌入式计算机或控制器模块，嵌入式计算机或控制器模块可以被编程为控制所安装的模块的功能和操作。底盘的前面板使得能够访问每个所安装的模块上的端口和连接器。

图16描绘其中已经安装有多个模块卡的PXI底盘400的前视图，PXI底盘400包括示例性调谐器模块卡450。调谐器模块卡具有用于PXI系统的标准化的形状因子或架构以及集成在卡中的至少一个固态调谐器模块。图17和图18图示该卡450的示例性特征，其中图17是卡的侧视图，图18是前视图。这一示例性调谐器模块卡包括底盘板452，底盘板452上安装有用于以上关于图3所描述的两个调谐器模块30的相应的印刷电路板38。替选地，调谐器模块可以制造在公共印刷电路板(例如底盘板452)上。模块卡包括附接在底盘板的端部处的面板456，面板456支承用于调谐器模块卡的外部连接器。例如，外部连接器可以包括用于图3中图示的示例性调谐器配置的同轴的RF连接器54、54A、56、56A。面板还支承外部连接器用于外部供应的控制信号，例如用于外部触发的触发信号。

边缘连接器454从底盘板452的后沿延伸并且以传统的方式被配置用于到PXI底盘背板板子上的对应的连接器的连接。背板包含多个PXI控制器和外围槽，其提供每个PXI模块的触发、时钟信号、通信和控制。

背板板子被配置成向模块卡450提供控制信号和dc功率，包括功率和控制信号，以操作调谐器模块卡的固态调谐器模块。与调谐器模块卡450的通信可以通过背板来执行。

每个调谐器模块卡上的外部RF连接器使得能够通过使用短的RF跨接电缆来很容易地级联多个调谐器模块或调谐器模块卡。可以使用公共定时时钟用于多个卡。关于分离的外部固态调谐器的使用，图16-图18中图示的模块格式提供成本和速度方面的优势。

可以替选地使用用于模块的其它标准化架构，例如VME、VXI、PCI、PCI总线(express)和PXI总线。

虽然以上已经描述和说明了主题的特定实施例，然而本领域技术人员可以在没有偏离本发明的范围和精神的情况下对其做出各种修改和变化。

Claims

1.一种固态阻抗调谐器或阻抗调谐器系统，被配置成向被测设备(DUT)呈现阻抗并且在测量系统中实现根据这样的阻抗来测量所述DUT的性能，所述阻抗调谐器或阻抗调谐器系统包括：

外壳结构；

电组合并且布置在所述外壳结构以内的至少两个固态调谐器模块；并且

其中所述至少两个调谐器模块中的每个调谐器模块包括至少一个固态控制元件。

2.一种电子自动化固态阻抗调谐器或阻抗调谐器系统，包括：

单个外壳结构；

多个固态调谐器模块，每个模块包括至少一个固态控制元件；并且其中

所述调谐器模块串联或并联地级联并且布置在所述单个外壳结构中。

3.根据权利要求2所述的固态调谐器或调谐器系统，其中每个调谐器模块包括包含数目N个控制元件的至少一个控制元件阵列。

4.根据权利要求3所述的固态阻抗调谐器或调谐器系统，其中每个控制元件被配置成单独地或者与其他控制元件同时地被调谐到传导状态以产生具有固定的幅度和相位的特定的阻抗。

5.一种在RF频率可操作的固态阻抗调谐器或调谐器系统，包括：

第一RF端口和第二RF端口；

控制元件阵列，被配置成具有被同时打开以实现期望的阻抗状态的多个固态控制元件；

所述阻抗调谐器或调谐器系统被配置成向被测设备(DUT)呈现阻抗并且在测量系统中实现根据这样的阻抗来测量所述DUT的性能。

6.根据权利要求5所述的阻抗调谐器或调谐器系统，其中：

所述控制元件阵列包括沿着RF传输线布置并且通过传输线分段与相邻的控制元件分离的N个固态控制元件S1……SN；以及

每个控制元件由控制线L1……LN来控制；

并且所述阻抗调谐器或调谐器系统还包括：

控制器，被配置成通过向对应的控制线施加控制信号以改变由所述控制元件阵列在所述第一RF端口处呈现的阻抗来选择性地打开或关闭每个控制元件；

所述控制器被配置成选择性地同时打开多个控制元件以实现所述期望的阻抗状态。

7.根据权利要求6所述的阻抗调谐器或调谐器系统，其中被选择性地同时打开的所述多个控制元件是连续的控制元件。

8.一种用于测量被测设备(DUT)的特性的测量系统，包括：

至少一个固态调谐器或调谐器系统，包括在单个外壳结构中组合的至少两个固态调谐器模块；并且

其中所述至少两个固态调谐器模块中的每一个至少包括固态控制元件；

所述至少一个固态调谐器或调谐器系统被配置成选择性地向被测设备(DUT)呈现不同的阻抗并且实现通过所述测量系统根据这样的阻抗来测量所述DUT的性能。

9.一种以标准化系统架构配置的调谐器模块卡，所述卡包括：

底盘板；

至少一个固态调谐器模块，集成在所述卡上并且被支承在所述底盘板上或者由所述底盘板来支承，所述至少一个固态调谐器模块中的每个固态调谐器模块包括至少一个固态控制元件；

底盘电连接器，电连接到所述至少一个固态调谐器模块并且被配置用于到背板底盘上的对应的背板连接器的连接以供应电功率和控制信号来操作所述至少一个固态调谐器模块。

10.根据权利要求9所述的调谐器模块卡，还包括：

面板，固定到所述底盘板；

多个外部电连接器，由所述面板来支承，所述多个外部电连接器包括与所述至少一个固态调谐器模块电连接的至少第一同轴RF连接器和第二同轴RF连接器。

11.根据权利要求10所述的调谐器模块卡，其中所述至少一个固态调谐器模块包括相应的第一固态调谐器模块和第二固态调谐器模块，并且所述至少第一同轴RF连接器和第二同轴RF连接器被配置成允许通过RF跨接电缆来级联所述第一固态调谐器模块和所述第二固态调谐器模块。

12.根据权利要求9所述的调谐器模块卡，其中所述标准化架构符合PXI架构。

13.一种用于校准固态阻抗调谐器的方法，所述固态阻抗调谐器包括在一个外壳中组合并且具有外部RF端口1和2的至少两个固态调谐器模块，所述方法包括以下步骤：

1)在要连接到所述调谐器RF端口1和2的参考平面处针对2端口测量校准网络分析器，并且保存所述校准数据作为第一网络分析器校准集合；

2)将所述固态调谐器的RF端口2连接到所述第一网络分析器校准集合的所述参考平面的所述端口2；

3)再次校准所述网络分析器，其中所述端口1的所述参考平面是与所述第一网络分析器校准集合中的端口1相同的参考平面，并且所述端口2的所述参考平面是所述阻抗调谐器的端口1，并且保存所述校准数据作为第二网络分析器校准集合；

4)将所述调谐器的端口1连接到参考平面1，所述参考平面1对于所述第一网络分析器校准集合和第二网络分析器校准集合两者而言相同；

5)除了第一调谐器模块以外，将所有的所述调谐器模块置于Z0状态，针对所述第一调谐器模块的每个期望的状态来选择所述第一网络分析器校准集合并且测量整个调谐器的s参数，并且保存所有这些测量的s参数作为第一调谐器数据集合；

6)按照如下方式一次一个校准其余调谐器模块中的每个调谐器模块：

a)除了被校准的调谐器模块(调谐器模块N)，使所有的所述调谐器模块留在所述Z0状态；

b)针对调谐器模块N的每个期望的状态来选择所述第二网络分析器校准集合并且测量整个调谐器的s参数，并且保存调谐器模块N的所有s参数作为第N调谐器数据集合。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

使用与每个调谐器模块的所选择的状态相关联的s参数，将所述固态调谐器中的所有调谐器模块的已校准s参数在数学上级联在一起。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将步骤5和步骤6中的所测量的s参数保存在一个或多个数据文件中。

16.一种用于校准固态阻抗调谐器的方法，所述固态阻抗调谐器包括在一个封装件中组合并且具有外部RF端口1和2的至少两个固态调谐器模块，所述方法包括以下步骤：

步骤1.在要连接到所述外部RF端口的参考平面处针对2端口测量校准网络分析器；

步骤2.在已校准参考平面处将所述固态调谐器连接到所述网络分析器；

步骤3.将所述固态调谐器的所述至少两个固态调谐器模块中的每个固态调谐器模块设置为Z0状态；

步骤4.测量处于所述Z0状态的整个固态调谐器的s参数；

步骤5.通过在所有其他调谐器模块被设置为所述Z0状态的情况下针对被校准的调谐器模块的每个期望的状态测量整个固态调谐器的s参数来测量所述至少两个固态调谐器模块中的第一固态调谐器模块的s参数；

步骤6.通过在所有其他调谐器模块被设置为所述Z0状态的情况下针对被校准的调谐器模块的每个期望的状态测量整个固态调谐器的s参数来测量所述至少两个固态调谐器模块中的第二固态调谐器模块的s参数；

步骤7.将所述整个固态调谐器的s参数从所述至少两个固态调谐器模块中的所述第二固态调谐器模块的s参数中去嵌入。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

步骤8.重复步骤6和步骤7直到已经校准所述至少两个调谐器模块中的所有调谐器模块。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

将步骤4、步骤5、步骤6和步骤7中的所测量的s参数保存在一个或多个数据文件中。