CN109188234B - 一种多路大功率微波注入与s参数测量的自动化一体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了与隔离器连接的单刀双掷微波开关A的选择端，解决了目前半导体器件微波注入效应实验与测量场景分离、效率低下、实验可靠性低等问题，包括功率放大器、微波S参数测量设备、环形器、微波开关、微波开关控制器、隔离器和负载，微波开关控制器的信号输出信号与微波开关连接，本发明采用双数结构的装置，能够自动实现微波注入和半导体参数测量，被测器件不需要再反复连接，器件不会因为参数的测量造成损伤，测量的结果可靠。

Description

一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置

技术领域

本发明属于微波与电磁测试技术领域，具体涉及一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，尤其是可以对多个半导体器件开展微波注入效应实验，并对实验前后半导体器件S参数进行测量的一体化装置。另外，该装置还可以实现微波注入和半导体参数测量的自动化。

背景技术

随着微电子技术的快速发展，半导体器件的集成度和性能持续提高，而能耗和尺寸却一直在缩小，使其在电子装备中得到了广泛应用，无论是声、光、电等传感器，还是通信、雷达等指挥控制系统，都越来越离不开以半导体器件为基础的结构复杂、运作精密的电子信息系统。而实验和理论研究都表明，电子信息系统越精密、越复杂、集成度越高，其电磁敏感度越强，对电子脉冲之类的高能量微波冲击的脆弱程度越高。因此，开展半导体器件的微波损伤效应研究，对于电子信息系统的防护加固技术、HPM技术的发展及应用具有重要意义。

目前，对于半导体器件，主要通过直接注入实验开展微波损伤效应研究。通过微波线缆，将微波直接注入到半导体器件要求的某一输入端，并测量器件在注入微波下的响应或测量半导体器件在微波注入前后的S参数（通常为差损、相位等），从而得出器件损伤所需的微波功率阈值及损伤规律。一般情况下，大功率微波注入和S参数测量的是分别进行的，即实验人员需要将连接在微波注入设备上的器件拆下并连接到S参数测量的设备上进行S参数测量。为获取器件的微波损伤阈值，需对同一个器件在不同功率微波下进行多次注入和测量，因此，在传统的微波注入实验中，单个器件需要进行多次反复连接，易造成被测器件和实验设备接头的磨损，从而引入误差。另一方面，对于同一种半导体器件，其微波注入效应实验样本数量往往达到几百甚至上千，因此逐个测试的方式开展实验，效率低。同时，大量单调性、重复性实验易造成实验人员疲劳，易导致失误。因此，发明一种微波注入与S参数测量一体化且可同时自动完成多个半导体器件微波注入效应实验的装置，对于提升微波注入效应实验、电子信息系统防护加固技术研究的效率具有重要意义。

发明内容

本发明针对目前半导体器件微波注入效应实验与测量场景分离、效率低下、实验可靠性低等弊端，提出了一种多路大功率微波注入与S参数测量一体化装置。能够自动实现微波注入和半导体参数测量，被测器件不需要再反复连接，器件不会因为参数的测量造成损伤，测量的结果可靠。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：

一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于包括功率放大器、微波S参数测量设备、环形器、微波开关、微波开关控制器、隔离器和负载，

所述微波开关包括单刀双掷微波开关A、单刀双掷微波开关B、单刀八掷微波开关A、单刀八掷微波开关B、被测器件设置连接在单刀双掷微波开关A和单刀双掷微波开关B之间，

当微波注入时，功率放大器、环形器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、多个被测器件、单刀八掷微波开关B、单刀双掷微波开关B和负载连通，形成微波注入通道，

当S参数测量时，微波开关控制器将切换控制信号输出至微波开关，微波S参数测量设备、隔离器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、被测器件、单刀八掷微波开关B和单刀双掷微波开关B依次连接形成S参数测量测量通道，

所述微波开关控制器通过计算机的控制软件控制生成微波开关的切换信号，实现微波注入通道和S参数测量通道的切换。

在上述技术方案中，所述环形器的输入端与功率放大器连接，环形器的输出端与单刀双掷微波开关A的其中一个选择端连接，所述隔离器的输入端与微波S参数测量设备连接，所述隔离器的输出端与单刀双掷微波开关A的另一个选择端连接，所述单刀双掷微波开关A的公共端与单刀八掷微波开关A的公共端连接，所述微波S参数测量设备与单刀双掷微波开关B的其中一个选择端连接，所述负载与单刀双掷微波开关B的另一个选择端连接，所述单刀双掷微波开关B的公共端与单刀八掷微波开关B的公共端连接。

在上述技术方案中当微波注入时，与环形器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与负载相连的单刀双掷微波开关B的选择端和单刀双掷微波开关B的公共端连通。

在上述技术方案中在于当S参数测量时，与隔离器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与微波S参数设备连接的单刀双掷微波开关B的选择端与单刀双掷微波开关B的公共端连通。

在上述技术方案中每个被测器件的一端与单刀八掷微波开关A的其中一个选择端连接，每个被测器件的另一端与单刀八掷微波开关B的另一个选择端连接。

在上述技术方案中所述被测器件两端连接的单刀八掷微波开关A选择端和单刀八掷微波开关B选择端相对应。

在上述技术方案中微波开关控制器包括多路网络继电器、与多路网络继电器连接的开关电源，所述多路网路继电器的信号输出端与微波开关连接。

在上述技术方案中所述微波开关可以进行级联组合，形成S参数测量通道和多个微波注入通道。

综上所述，本发明由于采用了上述技术方案，具有的有益效果是：

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，不仅能够满足大功率微波注入效应测试，在选择合适的微波开关下，还能满足高功率微波注入效应测试。

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，在选择输出端口矢量不同的微波开关时，可以同时满足不同数量半导体器件的测试。

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，微波开关可以通过级联的方式扩展半导体器件测试连接端口，可以同时完成更多半导体器件的测试。

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，可以根据不同频段的半导体，选择不同频段的微波开关。

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，可以根据标准通信接口以及通信协议编写程控软件，实现对功率放大器、信号源、S参数测量装置、微波开关控制器的远程控制，从而实现监测、测试的远程自动化控制。

本发明提供的多路大功率微波注入与S参数测量一体化及自动化装置，可以采用标准化、模块化组件集成组装，兼容性强，并且便于维修和更换。

附图说明

图1是本发明的装置整体结构示意图。

图2是单刀八掷微波开关级联连接方式结构示意图。

其中：1、功率放大器，2、环形器，3、单刀双掷微波开关A，4、单刀双掷微波开关B，5、单刀八掷微波开关A，6、单刀八掷微波开关B，7、S参数测量设备，8、负载，9、多路网络继电器，10、开关电源，11、信号源，12、计算机，13、被测器件，14、隔离器，15、单刀八掷微波开关。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，包括功率放大器、微波S参数测量设备、环形器、微波开关、微波开关控制器、隔离器和负载，微波开关包括单刀双掷微波开关A、单刀双掷微波开关B、单刀八掷微波开关A、单刀八掷微波开关B、多个被测器件设置连接在单刀双掷微波开关A和单刀双掷微波开关B之间。其中，每个被测器件的一端与单刀八掷微波开关A的其中一个选择端连接，每个被测器件的另一端与单刀八掷微波开关B的另一个选择端连接，并且被测器件两端连接的单刀八掷微波开关A选择端和单刀八掷微波开关B选择端相对应。

当微波注入时，功率放大器、环形器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、多个被测器件、单刀八掷微波开关B、单刀双掷微波开关B和负载连通，形成微波注入通道。

当S参数测量时，微波开关控制器将切换控制信号输出至微波开关，微波S参数测量设备、隔离器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、被测器件、单刀八掷微波开关B和单刀双掷微波开关B依次连接形成S参数测量通道。

微波开关控制器的信号输出端与微波开关连接，微波开关控制器具备程控接口，通过上位机程序控制微波开关控制器输出微波开关切换信号，控制微波开关，进而实现微波注入通道和S参数测量通道的灵活切换，微波开关则实现多个被测器件之间的切换，

在微波信号注入侧，信号源与功率放大器信号输入端连接，功率放大器的信号输出端与环形器的信号输入端连接，环形器的信号输出端与单刀双掷微波开关A的其中一个选择端连接，单刀双掷微波开关A的公共端与单刀八掷微波开关A的公共端连接，隔离器的信号输入端与微波S参数测量设备连接，隔离器的信号输出端与单刀双掷微波开关A的另一个选择端连接。

在微波信号输出侧，S参数测量设备与单刀双掷微波开关B的其中一个选择端连接，负载与单刀双掷微波开关B的另一个选择端连接，单刀双掷微波开关B的公共端与单刀八掷微波开关B的公共端连接。

刀双掷微波开关A、单刀双掷微波开关B、单刀八掷微波开关A、单刀八掷微波开关B的切换驱动信号为5VTTL电压信号，开关电源的输出电压为5V，并与多路网络继电器组合构成微波开关控制器。多路网络继电器的通道数至少为10，可满足至少一个单刀双掷微波开关和一个单刀八掷微波开关的切换控制，每一路继电器的常闭端与开关电源的5V电压输出端相连。多路网络继电器采用标准ModBus通信控制协议，可通过计算机编程方式实现各路继电器输出控制。此外，还可通多变变成控制信号源、微波源和S参数测量设备，实现多个被测器件自动化测试。

当微波注入时，通过计算机控制多路网路继电器生成单刀双掷微波开关和单刀八掷微波开关的切换信号，使得与环形器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与负载相连的单刀双掷微波开关B的选择端和单刀双掷微波开关B的公共端连通，功率放大器、环形器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、多个被测器件、单刀八掷微波开关B、单刀双掷微波开关B和负载连通，形成微波注入通道。通过计算机控制多路网络继电器生成单刀八掷微波开关A和单刀八掷微波开关B各个选择端的切换控制信号，实现对多个被测器件的微波序列自动化注入。

当进行微波S参数测量时，通过计算机控制多路网路继电器生成单刀双掷微波开关和单刀八掷微波开关的切换信号，使得与隔离器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与微波S参数设备连接的单刀双掷微波开关B的选择端与单刀双掷微波开关B的公共端连通，微波S参数测量设备、隔离器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、被测器件、单刀八掷微波开关B和单刀双掷微波开关B依次连接形成S参数测量测量通道。通过计算机控制多路网络继电器生成单刀八掷微波开关A和单刀八掷微波开关B各个选择端的切换控制信号，实现对多个被测器件的S参数序列自动化测量。

本发明的装置还可以通过选择不同频段的微波开关实现不同频段的微波注入效应测试，例如选择宽频带微波开关，可实现宽频带微波注入效应测试。

微波开关还可以进行级联组合，单刀微波八掷开关的选择端与下一个单刀多掷微波开关的公共端连接，形成S参数测量通道和多个微波注入通道。如图2所示，单刀微波八掷开关的选择端连接下一个单刀八掷微波开关的公共端，形成级联式组合微波开关，可以将一个单刀八掷微波开关的选择端数量从8个扩展到64个从而实现一次对64个搬到你器件的微波注入效应试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一 种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于包括功率放大器、微波S参数测量设备、环形器、微波开关、微波开关控制器、隔离器和负载，

所述微波开关包括单刀双掷微波开关A、单刀双掷微波开关B、单刀八掷微波开关A、单刀八掷微波开关B，被测器件设置连接在单刀双掷微波开关A和单刀双掷微波开关B之间，

当微波注入时，功率放大器、环形器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、多个被测器件、单刀八掷微波开关B、单刀双掷微波开关B和负载连通，形成微波注入通道，

当S参数测量时，微波开关控制器将切换控制信号输出至微波开关，微波S参数测量设备、隔离器、单刀双掷微波开关A、单刀八掷微波开关A、被测器件、单刀八掷微波开关B和单刀双掷微波开关B依次连接形成S参数测量通道，

所述微波开关控制器通过计算机的控制软件控制生成微波开关的切换信号，实现微波注入通道和S参数测量通道的切换，

所述环形器的输入端与功率放大器连接，环形器的输出端与单刀双掷微波开关A的其中一个选择端连接，所述隔离器的输入端与微波S参数测量设备连接，所述隔离器的输出端与单刀双掷微波开关A的另一个选择端连接，所述单刀双掷微波开关A的公共端与单刀八掷微波开关A的公共端连接，所述微波S参数测量设备与单刀双掷微波开关B的其中一个选择端连接，所述负载与单刀双掷微波开关B的另一个选择端连接，所述单刀双掷微波开关B的公共端与单刀八掷微波开关B的公共端连接。

2.根据权利要求1所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于当微波注入时，与环形器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与负载相连的单刀双掷微波开关B的选择端和单刀双掷微波开关B的公共端连通。

3.根据权利要求1所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于当S参数测量时，与隔离器连接的单刀双掷微波开关A的选择端和单刀双掷微波开关A的公共端连通，与微波S参数设备连接的单刀双掷微波开关B的选择端与单刀双掷微波开关B的公共端连通。

4.根据权利要求1所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于每个被测器件的一端与单刀八掷微波开关A的其中一个选择端连接，每个被测器件的另一端与单刀八掷微波开关B的另一个选择端连接。

5.根据权利要求4所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于所述被测器件两端连接的单刀八掷微波开关A选择端和单刀八掷微波开关B选择端相对应。

6.根据权利要求1所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于微波开关控制器包括多路网络继电器、与多路网络继电器连接的开关电源，所述多路网路继电器的信号输出端与微波开关连接。

7.根据权利要求1所述的一种多路大功率微波注入与S参数测量的自动化一体装置，其特征在于所述微波开关可以进行级联组合，形成S参数测量通道和多个微波注入通道。

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