CN109164406A - 一种测试夹具的散射参数提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于微波测量及校准技术领域，提供了一种测试夹具的散射参数提取方法，包括：根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；根据微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具；将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据TRL校准件的传输矩阵参数计算测试夹具的散射参数。本发明能够利用已知散射参数的不包含馈线的TRL校准件夹具与测试夹具直接级联测试，可快速准确的提取测试夹具的散射参数，从而无需重新制作基于新测试夹具且包含馈线的TRL校准件，减小了测试夹具散射参数的误差。

Description

一种测试夹具的散射参数提取方法
技术领域
本发明属于微波测量及校准技术领域，尤其涉及一种测试夹具的散射参数提取方法。
背景技术
测试夹具是测试工程师得到封装微波功率器件微波特性的必要载体，有固定被测件、馈电、预匹配等功能。对于测试开发人员，只有得到被测器件实际端面的微波参数才有实际意义，这就要求必须实现测试夹具S参数(散射参数)的去嵌入。那么，如何提取准确的夹具S参数显得至关重要。
TRL校准作为精度较高的校准方法，TRL校准件具有设计简单的特点，因此被工程人员广泛应用微波测量校准。封装微波功率器件作为有源器件，直流偏置加电往往通过馈电线实现，但微波测试夹具S参数会受到馈电线以及旁路电容、去耦电容、隔直电容的影响；如果直接利用TRL校准件进行校准来提取测试夹具S参数，就要求制作的直通校准件Thru、延迟校准件Line和反射校准件Reflect的馈电线尺寸以及旁路电容、去耦电容位置和微波特性完全一致，才能保证夹具S参数提取的正确性；否则提取得到的夹具S参数将引入误差，进而传递给测试误差。
实际情况是，三个校准件的旁路电容、去耦电容的位置，电容本身的微波特性都会有所差别，因此通过TRL校准直接提取得到的夹具S参数必然存在误差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种测试夹具的散射参数提取方法，以解决现有技术中通过TRL校准件直接提取得到的测试夹具S参数存在误差的问题。
本发明实施例提供了一种测试夹具的散射参数提取方法，包括：
根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；
根据微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具；
将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；根据微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具；将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数。本发明实施例能够利用已知S参数的不包含馈线的TRL校准件夹具与测试夹具直接级联测试，可快速准确的提取测试夹具的S参数，从而无需重新制作基于新测试夹具且包含馈线的TRL校准件，减小了测试夹具S参数的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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地介绍，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种测试夹具的散射参数提取方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的图1中S101的实现流程示意图；
图3是本发明实施例提供的图2中S203的实现流程示意图；
图4是本发明实施例提供的图1中S103的实现流程示意图；
图5是本发明实施例提供的图4中S401的实现流程示意图；
图6是本发明实施例提供的TRL校准件的示例图；
图7是本发明实施例提供的测试夹具的示例图；
图8是本发明实施例提供的级联示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明的一个实施例提供的一种测试夹具的散射参数提取方法的实现流程，其过程详述如下：
在S101中，根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数。
在本实施例中，首先根据被测微波功率器件的封装形式，设计相应的TRL校准件，该校准件为分体校准件，并且不包含馈线，利用该校准件以及TRL校准原理，我们可以准确的得到该校准件的输入端校准夹具和输出端校准夹具的S参数。
在S102中，根据微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具。
在本实施例中，根据微波功率器件的封装形式及工作频段，设计制作测试夹具，该测试夹具为分体测试夹具，测试夹具包括输入端测试夹具和输出端测试夹具。
在S103中，将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数。
在本实施例中，通过将测试夹具的输入端测试夹具和TRL校准件的输出端校准夹具级联，并测量级联后的网络的传输矩阵参数，即可即可根据级联后的网络的传输矩阵参数得到测试夹具的输入端测试夹具的传输矩阵参数，然后将传输矩阵参数转化为散射参数。
在本实施例中，通过将测试夹具的输出端测试夹具和TRL校准件的输入端校准夹具级联，并测量级联后的网络的传输矩阵参数，即可根据级联后的网络的传输矩阵参数得到测试夹具的输出端测试夹具的传输矩阵参数，然后将传输矩阵参数转化为散射参数。
从上述实施例可知，本发明实施例根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；根据微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具；将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数。本发明实施例能够利用已知S参数的不包含馈线的TRL校准件夹具与测试夹具直接级联测试，可快速准确的提取测试夹具的S参数，从而无需重新制作基于新测试夹具且包含馈线的TRL校准件，减小了测试夹具S参数的误差。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，图2示出了图1中S101的具体实现流程，包括：
在S201中，根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并测试得到所述TRL校准件的散射参数。
在S202中，根据所述TRL校准件的散射参数，计算所述TRL校准件的传输矩阵参数。
在S203中，根据所述TRL校准件的传输矩阵参数，计算所述TRL校准件的输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数。
在本实施例中，由于直接通过校准件的散射参数去提取测试夹具的散射参数的算法较为复杂，为了简化计算过程，提高散射参数的提取效率，可以根据微波网络理论中的散射参数与传输矩阵参数的矩阵转换公式，将提取的TRL校准件的散射参数转化为传输矩阵参数，然后通过传输矩阵参数计算测试夹具的传输矩阵参数，再根据微波网络理论，将测试夹具的传输矩阵参数转化为散射参数。
从上述实施例可知，本实施例通过将散射参数转化为传输矩阵参数，通过传输矩阵参数计算测试夹具的散射参数，从而简化散射参数的计算过程。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，所述TRL校准件包括直通校准件和延迟校准件，图2示出了图1中S203的具体实现流程，包括：
在S301中，将所述直通校准件的输入端校准夹具和输出端校准夹具级联，并将所述延迟校准件的输入端校准夹具、中间延迟线单元和输出端校准夹具级联。
在S302中，根据所述直通校准件的传输矩阵参数、所述延迟校准件的传输矩阵参数和所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数，计算所述输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数。
在本实施例中，根据被测微波功率器件的封装形式，制作的不包含馈线的TRL校准件包括直通校准件THRU、延迟校准件LINE和开路校准件OPEN，三种类型的校准件如图6所示。
在本实施例中，根据微波网络原理可知，当多个微波网络级联时，级联网络的传输矩阵可以用每个微波网络的传输矩阵相乘得到，传输矩阵参数即为T参数，这里假设输入端校准夹具和输出端校准夹具的T参数分别为T(A)和T(B)，那么直通校准件的T参数为T(thru)＝T(A)*T(B),延迟校准件的T参数为T(line)＝T(A)*T(L)*T(B)，其中T(L)表示延迟校准件中间延迟线单元的传输参数。通过以上三种类型的校准件，结合TRL校准原理可分别计算得到输入端校准夹具和输出端校准夹具的传输矩阵参数，也就是T(A)和T(B)。
从上述实施例可知，由于TRL校准件不包括馈线，所以也就不包括与馈线相关的旁路电容、去耦电容以及防止直流进入射频端的隔直电容，所以三种TRL校准件的结构一致性好，损耗较低，能够提供良好的TRL校准精度，从而保证输入端校准夹具和输出端校准夹具的传输矩阵参数计算的准确性。
在本发明的一个实施例中，图3中S302的具体实现流程包括：
根据第一计算公式、所述直通校准件的传输矩阵参数、所述延迟校准件的传输矩阵参数和所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数，计算所述输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数；所述第一计算公式为：
其中，T(thru)表示所述直通校准件的传输矩阵参数，T(A)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，T(B)表示所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，T(line)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，T(L)表示所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数。
在本发明的一个实施例中，图1中S102的具体实现流程包括：根据所述微波功率器件的封装形式及工作频段，制作包含馈线及所述馈线相关电路的测试夹具。
在本实施例中，如图7所示，图7示出了测试夹具的示意图，其中T(C)表示输入端测试夹具的传输矩阵参数，T(D)表示输出端测试夹具的传输矩阵参数，输入端测试夹具包括馈线及馈线必须的旁路电容C1、隔直电容C3和直流偏置L1。输出端测试夹具包括馈线及馈线必须的隔直电容C2、旁路电容C4和直流偏置L2。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，图4示出了图1中S103的具体实现流程，其过程详述如下：
在S401中，将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的传输矩阵参数；
在S402中，根据所述测试夹具的传输矩阵参数，计算所述测试夹具的散射参数。
在本实施例中，测试夹具为根据微波功率器件的封装形式和工作频段设计的，包含馈线、馈线相关的旁路电容、去耦电容及隔直电容的测试夹具。将测试夹具与校准件级联，可以测得级联后的网络的传输矩阵参数，然后根据TRL校准原理、级联后的网络的传输矩阵参数和校准件的传输矩阵参数，得到测试夹具的传输矩阵参数，从而基于微波网络理论中散射参数和传输矩阵参数的转换公式，得到测试夹具的散射参数。
如图5所示，在本发明的一个实施例中，图5示出了图4中S401的具体实现流程，其过程详述如下：
在S501中，将所述输入端校准夹具和所述输出端测试夹具级联，得到第一级联网络，并测试第一级联网络的传输矩阵参数。
在S502中，根据所述第一级联网络的传输矩阵参数及所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，得到所述输出端测试夹具的传输矩阵参数。
在S503中，将所述输出端校准夹具和所述输入端测试夹具级联，得到第二级联网络，并测试所述第二级联网络的传输矩阵参数。
在S504中，根据所述第二级联网络的传输矩阵参数及所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，得到所述输入端测试夹具的传输矩阵参数。
在本实施例中，如图8a所示，T(D)表示具有馈线及隔直电容4、直流偏置、旁路电容2的输出端测试夹具，T(A)表示输入端校准夹具，将T(A)与T(D)级联，并检测级联后的第一级联网络两端的传输矩阵参数T(AD)，从而根据T(AD)和T(D)，计算得到输出端测试夹具的传输矩阵参数T(D)。
在本实施例中，如图8b所示，T(C)表示具有馈线及隔直电容3、直流偏置、旁路电容1的输入端测试夹具，T(B)表示输出端校准夹具，将T(B)与T(C)级联，并检测级联后的第二级联网络两端的传输矩阵参数T(BC)，从而根据T(BC)和T(B)，计算得到输入端测试夹具的传输矩阵参数T(C)。
从上述实施例可知，通过将分体校准件中的输入端校准夹具/输出端校准夹具对应的与测试夹具中的输出端测试夹具/输入端测试夹具级联，即可通过简单的计算方便的得到输入端测试夹具及输出端测试夹具的传输矩阵参数。
在本发明的一个实施例中，图5中S502的具体实现流程包括：
根据第二计算公式、所述输入端校准夹具的传输矩阵参数、所述第一级联网络的传输矩阵参数，计算所述输出端测试夹具的传输矩阵参数。
所述第二计算公式为其中，T(AD)表示所述一级级联网络的传输矩阵参数，T(A)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，所述T(D)表示所述输出端测试夹具的传输矩阵参数。
在本发明的一个实施例中，图5中S504的具体实现流程包括：
根据第三计算公式、所述输出端校准夹具的传输矩阵参数、所述第二级联网络的传输矩阵参数，计算所述输入端测试夹具的传输矩阵参数。
所述第三计算公式为其中，T(BC)表示所述一级级联网络的传输矩阵参数，T(B)表示所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，所述T(C)表示所述输入端测试夹具的传输矩阵参数。
在本发明的一个实施例中，TRL校准件包括直通校准件、延迟校准件和开路校准件。
在本实施例中，假设测试夹具由于需要更换，或者馈线随着工作频段变化需要改变结构，我们只需要通过以上实施方式，利用现有的已知散射参数的不包含馈线的TRL校准件，与新制作的测试夹具直接级联测试，就可以快速准确提取新的测试夹具的散射参数，而无须重新制作基于新测试夹具并且包含馈线的TRL校准件，进行新测试夹具散射参数的提取，从而节约成本和缩短设计周期。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (9)

1.一种测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，包括；
根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；
根据所述微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具；
将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数。
2.如权利要求1所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并计算TRL校准件的传输矩阵参数，包括：
根据被测微波功率器件的封装形式，制作不包括馈线的TRL校准件，并测试得到所述TRL校准件的散射参数；
根据所述TRL校准件的散射参数，计算所述TRL校准件的传输矩阵参数；
根据所述TRL校准件的传输矩阵参数，计算所述TRL校准件的输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数。
3.如权利要求2所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述TRL校准件包括直通校准件和延迟校准件，所述根据所述TRL校准件的传输矩阵参数，计算所述TRL校准件的输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，包括：
将所述直通校准件的输入端校准夹具和输出端校准夹具级联，并将所述延迟校准件的输入端校准夹具、中间延迟线单元和输出端校准夹具级联；
根据所述直通校准件的传输矩阵参数、所述延迟校准件的传输矩阵参数和所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数，计算所述输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数。
4.如权利要求3所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述根据所述直通校准件的传输矩阵参数、所述延迟校准件的传输矩阵参数和所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数，计算所述输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，包括：
根据第一计算公式、所述直通校准件的传输矩阵参数、所述延迟校准件的传输矩阵参数和所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数，计算所述输入端校准夹具的传输矩阵参数和所述输出端校准夹具的传输矩阵参数；
所述第一计算公式为：
其中，T(thru)表示所述直通校准件的传输矩阵参数，T(A)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，T(B)表示所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，T(line)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，T(L)表示所述延迟校准件的中间延迟线单元的传输参数。
5.如权利要求1所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述根据所述微波功率器件的封装形式及工作频段，制作测试夹具，包括：
根据所述微波功率器件的封装形式及工作频段，制作包含馈线及所述馈线相关电路的测试夹具。
6.如权利要求3所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的散射参数，包括：
将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的传输矩阵参数；
根据所述测试夹具的传输矩阵参数，计算所述测试夹具的散射参数。
7.如权利要求6所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述测试夹具包括输入端测试夹具和输出端测试夹具；所述将所述测试夹具与所述TRL校准件级联，并根据所述TRL校准件的传输矩阵参数计算所述测试夹具的传输矩阵参数，包括：
将所述输入端校准夹具和所述输出端测试夹具级联，得到第一级联网络，并测试第一级联网络的传输矩阵参数；
根据所述第一级联网络的传输矩阵参数及所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，得到所述输出端测试夹具的传输矩阵参数；
将所述输出端校准夹具和所述输入端测试夹具级联，得到第二级联网络，并测试所述第二级联网络的传输矩阵参数；
根据所述第二级联网络的传输矩阵参数及所述输出端校准夹具的传输矩阵参数，得到所述输入端测试夹具的传输矩阵参数。
8.如权利要求7所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，根据所述第一级联网络的传输矩阵参数及所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，得到所述输出端测试夹具的传输矩阵参数，包括：
根据第二计算公式、所述输入端校准夹具的传输矩阵参数、所述第一级联网络的传输矩阵参数，计算所述输出端测试夹具的传输矩阵参数；
所述第二计算公式为其中，T(AD)表示所述一级级联网络的传输矩阵参数，T(A)表示所述输入端校准夹具的传输矩阵参数，所述T(D)表示所述输出端测试夹具的传输矩阵参数。
9.如权利要求1所述的测试夹具的散射参数提取方法，其特征在于，所述TRL校准件包括直通校准件、延迟校准件和开路校准件。
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