CN106970344A - 一种降低开路器校准件边缘电容的方法及开路器校准件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试仪器领域，具体公开了一种降低开路器校准件边缘电容的方法,将开路器校准件的电容设置为同轴渐变电容，即可有效降低开路器校准件结束端的边缘电容；还公开了一种开路器校准件，开路器校准件包括外导体、内导体；外导体为空心壳体，其内部具有锥形腔室，内导体为实心锥形芯体；内导体同轴安装在外导体的锥形腔室内，外导体和内导体的开始端的端面为大直径端，且处在同一端面上，沿开路器校准件轴向，任意一个径向截面上外导体的内径与内导体外径的比值为定值。本发明将外导体与内导体设计成为锥形结构，有效降低了两导体结束端的边缘电容，减小了矢量网络分析仪的测量误差。

Description

一种降低开路器校准件边缘电容的方法及开路器校准件

技术领域

本发明涉及测试仪器领域，尤其涉及一种降低开路器校准件边缘电容的方法及开路器校准件。

背景技术

矢量网络分析仪是一种主要的微波测量工具，广泛用于射频微波器件的特性测量中，如衰减器、滤波器、功分器等无源器件及放大器等有源器件的测试。

矢量网络分析仪区别于其他仪器的重要特征是需要复杂的校准算法，常见的矢量网络分析仪校准方法有SOLT方法及TRL方法。

SOLT方法主要应用于同轴系统测试，如最常见的接口为SMA的待测器件。SOLT校准方法即采用开路(Open)，短路(Short)及负载(Load)三个校准件完成单端口校准，对于二端口网络还需要直通(Thru)校准件。在校准过程中，系统的精度非常依赖校准件，校准件的精度直接决定了测量结果的精度。对于单端口网络校准时使用的三个校准件，其中短路器由于本身的特性，其偏离理性短路器的偏差非常小，在大多数情况下可以忽略不计；负载校准件的主要指标为回波损耗，现在设计良好的负载校准件在整个频段内的回波损耗>40dB，满足了大部分测试要求；开路器校准件由于边缘电容的存在很难准确的刻画出其特性，在校准的过程中，必须将开路器校准件的校准电容予以补偿，即校准过程中去除开路器边缘电容的影响，但是在实际操作中，由于操作过程不同，往往会引入误差，影响校准效果。

由上面描述可知，降低或去除开路器校准件边缘电容成为了提高矢量网络分析仪精度和可靠性的有效研究方向。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种降低开路器校准件边缘电容的方法。

一种降低开路器校准件边缘电容的方法，将开路器校准件的电容设置为同轴渐变电容，其中将开路器校准件的轴线开始端的内导体与外导体尺寸分别设置为与矢量网络分析仪端口相配合的尺寸，将开路器校准件轴线结束端的内导体和外导体尺寸设置为小于轴线开始端的内导体与外导体的尺寸；

轴线开始端至轴线结束端的距离为l；z为轴线上位于轴线开始端至轴线结束端之间任意点与轴线开始端之间的距离，且z≤l；内导体直径用d(z)表示，外导体直径用D(z)表示，同轴渐变电容的阻抗其中μ为磁导率，ε为介电常数；外导体直径D(z)与内导体直径d(z)的比值为定值。

进一步的，外导体直径D(z)与内导体直径d(z)为直线函数。

进一步的，在开路器校准件的轴线上，内导体的轴线结束端至轴线开始端的距离小于外导体的轴线结束端至轴线开始端的距离。

本发明的一种降低开路器校准件边缘电容的方法，具有以下有意效果：

(1)改变开路器校准件结构，使其在保持各部分阻抗不变的基础上，设计其电容为渐变电容，即在开路器校准件末端电容设计为远小于其开始端电容，实现了有效降低边缘电容效应。

(2)开路器校准件的电容设计为均匀渐变的结构，避免电容变化幅度过大带来的其它影响以及降低标准及制备难度。

为解决上述问题，本发明还提供一种开路器校准件，包括外导体、内导体，,外导体为空心壳体，其内部具有锥形腔室；内导体为实心锥形芯体；内导体同轴安装在外导体的锥形腔室内，且外导体和内导体的开始端的端面为大直径端，且处在同一端面上，其中沿开路器校准件轴向，任意一个径向截面上外导体的内径与内导体外径的比值为定值。

进一步的，开孔器校准件还包括屏蔽罩，屏蔽罩固定安装在外导体的结束端上。

进一步的，外导体开始端设有外螺纹，内导体开始端的端部开有插孔，开路器校准件可通过外螺纹旋紧安装在矢量网络分析仪端口上，矢量网络分析仪端口的插针插入插孔内。

进一步的，外导体与内导体的结束端平齐设置。

进一步的，在开路器校准件的轴线上，内导体的结束端至开始端的距离小于外导体的结束端至开始端的距离。

进一步的，开路器校准件还包括绝缘内部支撑件，内导体通过内部绝缘支撑件固定在外导体的锥形腔室内。

进一步的，内导体与外导体的材质均为黄铜，且表面镀金处理。

本发明的一种降低开路器校准件边缘电容的方法及开路器校准件，具有以下有益效果：

1、将外导体与内导体设计成锥形结构，有效降低了两导体结束端的边缘电容，减小矢量网络分析仪的测量误差；

2、沿开路器校准件轴向，任意一个径向截面处上外导体锥形腔室的外径与内导体外径之比为定值，保持校准件的传输阻抗值为定值；

3、外导体与内导体的材质均为黄铜，且表面镀金处理，提高导电性能；

4、外导体与内导体通过由聚四氟乙烯制成的内部绝缘支撑件固定两者之间的位置，不影响电磁波的传输。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明第一个实施例的等效电路图；

图2为本发明开路器校准件的装置图；

图3为本发明开路器校准件的剖视图(一)；

图4为本发明开路器校准件的剖视图(二)；

图5为本发明开路器校准件中绝缘支撑件的结构图(一)；

图6为本发明开路器校准件中绝缘支撑件的结构图(二)；

图中：1-外导体、2-内导体、3-锥形腔室、4-屏蔽罩、5-外螺纹、6-插孔、7-绝缘支撑件。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

一种降低开路器校准件边缘电容的方法，将开路器校准件的电容设置为同轴渐变电容，其中将开路器校准件的轴线开始端的内导体与外导体尺寸分别设置为与矢量网络分析仪端口相配合的尺寸，将开路器校准件轴线结束端的内导体和外导体尺寸设置为小于轴线开始端的内导体与外导体的尺寸；

轴线开始端至轴线结束端的距离为l；z为轴线上位于轴线开始端至轴线结束端之间任意点与轴线开始端之间的距离，且z≤l；内导体直径用d(z)表示，外导体直径用D(z)表示，同轴渐变电容的阻抗其中μ为磁导率，ε为介电常数；外导体直径D(z)与内导体直径d(z)的比值为定值。

对于同轴渐变电容的特性阻抗分析如下：

取传输线上长度很小的一段，其长度为Δz,则其等效电路如图1所示，设定R(z)为在z处单位长度的串联电阻，L(z)为在z处单位长度的串联电感，G(z)为在z处单位长度的并联电导，C(z)为在z处单位长度的并联电容，i(z,t)、v(z,t)分别为加载到这一微小传输段的电流及电压，所以在Δz处，电阻、电感、电导、电容值分别为RΔz、LΔz、GΔz、CΔz；i(z+Δz,t),v(z+Δz,t)，分别为输出端的电流及电压信号函数，则这一小段传输线满足电报方程，即：

其中，当假设传输线近似零损耗的时候(对于开路器校准件来讲，计算阻抗时可忽略损耗)，此时，这一微小段传输线阻抗为：

其中：

μ为磁导率，D(z)为外导体在z处的直径，d(z)为内导体在z处的直径，ε为介电常数。从而

即特性阻抗仅仅与外导体直径与内导体直径的比值有关。当传输线D(z)/d(z)的值为定值时，则传输线的阻抗也一致。

具体的，将外导体直径D(z)与内导体直径d(z)的函数设置为直线函数。

具体的，在开路器校准件的轴线上，内导体的轴线结束端至轴线开始端的距离小于外导体的轴线结束端至轴线开始端的距离，即外导体的长度大于内导体的长度，这种结构在上述的结构基础上，更加减小边缘电容对测量结果的影响，提高开路器校准件的测量精度。

一种开路器校准件，如图2与图3所示，包括外导体1、内导体2，外导体1为空心壳体，其内部具有锥形腔室3；内导体2为实心锥形芯体；内导体2同轴安装在外导体1的锥形腔室3内，且外导体1和内导体2的开始端的端面为大直径端，且处在同一端面上，其中沿开路器校准件轴向，任意一个径向截面上外导体1的内径与内导体2外径的比值为定值。优选的，外导体1与内导体2的结构均为圆锥形。

具体的，开路器校准件还包括屏蔽罩4，屏蔽罩4固定安装在外导体1的结束端上，设置屏蔽罩4可防止电磁波对外辐射，本实施例对屏蔽罩4的形状不做具体限制，现有的开路器校准件中的屏蔽罩4结构便可使用在本实施例中，优选的，屏蔽罩4的形状为圆柱体。

具体的，开路器校准件的外导体1开始端设有外螺纹5，内导体2开始端的端部开有插孔6，开路器校准件可通过外螺纹5旋紧安装在矢量网络分析仪端口上，矢量网络分析仪端口的插针插入插孔6内，开路器校准件的开始端结构与现有技术中的同轴开路器校准件相同，可直接安装在现有的矢量网络分析仪上进行测试校准，不需要专门设置与本实施例配套的矢量网络分析仪端口。由于本实施例的开路器校准件外部形状为锥形结构，并在锥形结构的末端设置屏蔽罩4，由于屏蔽罩4的端面大于锥形结构的末端端面，所以在使用时易发生损坏或折断的情况，故优选的，在开路器校准件的外部由绝缘材质包覆，将外部形状改变成圆柱状，这种形状在使用时，即便于拔插，且不易折断，增长了开路器校准件的使用寿命。

具体的，如图3所示，开路器校准件的外导体1与内导体2的结束端平齐设置。

具体的，如图4所示，在开路器校准件的轴线上，内导体2的结束端至开始端的距离小于外导体1的结束端至开始端的距离，即外导体1的长度大于内导体2的长度，这种结构在上述的结构基础上，更加减小边缘电容对测量结果的影响，提高开路器校准件的测量精度。

具体的，开路器校准件还包括内部绝缘支撑件7，内导体2通过内部绝缘支撑件7固定在外导体1的锥形腔室3内，本实施例中，对内部绝缘支撑件7的具体形状不做限定，只需达到内导体2与外导体1之间相互固定，如图5与图6所示为本实施例列举的两种固定方式；内部绝缘支撑架的材质为绝缘材质即可，优选的，选用聚四氟乙烯材料制成。

具体的，为了使开路器校准件的内导体2与外导体1具有更好的导电性能，将内导体2与外导体1的材质均设置为黄铜，且在内导体2与外导体1的表面上镀金处理。

整个开路器校准件，将电容设计成为同轴渐变电容，使内导体与外导体的开始端截面面积大于结束端的截面面积，结束端的截面面积减小，可有效降低电容的边缘效应，使矢量网络分析仪在校准时，不会出现较大偏差，也进一步的减少矢量网络分析仪对外部仪器的测量误差。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种降低开路器校准件边缘电容的方法，其特征在于，将所述开路器校准件的电容设置为同轴渐变电容，其中：

将所述开路器校准件的轴线开始端的内导体与外导体尺寸分别设置为与矢量网络分析仪端口相配合的尺寸，将所述开路器校准件轴线结束端的内导体和外导体尺寸设置为小于轴线开始端的内导体与外导体的尺寸；

所述轴线开始端至所述轴线结束端的距离为l；z为轴线上位于轴线开始端至轴线结束端之间任意点与轴线开始端之间的距离，且z≤l；所述内导体直径用d(z)表示，所述外导体直径用D(z)表示，所述同轴渐变电容的阻抗其中μ为磁导率，ε为介电常数；所述外导体直径D(z)与所述内导体直径d(z)的比值为定值。

2.根据权利要求1所述的一种降低开路器校准件边缘电容的方法，其特征在于，外导体直径D(z)与所述内导体直径d(z)为直线函数。

3.根据权利要求2所述的一种降低开路器校准件边缘电容的方法，其特征在于，在所述开路器校准件的轴线上，所述内导体的轴线结束端至轴线开始端的距离小于所述外导体的轴线结束端至轴线开始端的距离。

4.一种开路器校准件，包括外导体、内导体，其特征在于,所述外导体为空心壳体，其内部具有锥形腔室；所述内导体为实心锥形芯体；所述内导体同轴安装在所述外导体的锥形腔室内，且所述外导体和所述内导体的开始端的端面为大直径端，且处在同一端面上，其中：

沿所述开路器校准件轴向，任意一个径向截面上所述外导体的内径与所述内导体外径的比值为定值。

5.根据权利要求4所述的开路器校准件，其特征在于，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩固定安装在所述外导体的结束端上。

6.根据权利要求5所述的开路器校准件，其特征在于，所述外导体开始端设有外螺纹，所述内导体开始端的端部开有插孔，所述开路器校准件可通过所述外螺纹旋紧安装在矢量网络分析仪端口上，矢量网络分析仪端口的插针插入所述插孔内。

7.根据权利要求6所述的开路器校准件，其特征在于，所述外导体与所述内导体的结束端平齐设置。

8.根据权利要求6所述的开路器校准件，其特征在于，在所述开路器校准件的轴线上，所述内导体的结束端至开始端的距离小于所述外导体的结束端至开始端的距离。

9.根据权利要求1-8任一项所述的开路器校准件，其特征在于，还包括内部绝缘支撑件，所述内导体通过所述内部绝缘支撑件固定在所述外导体的锥形腔室内。

10.根据权利要求9所述的开路器校准件，其特征在于，所述内导体与外导体的材质均为黄铜，且表面镀金处理。