CN110830125B - 一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板 - Google Patents
一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，包括自下而上依次设置的接地面层和介质基板；其中，介质基板上设置有一体化成型的基片集成波导段、第一阻抗匹配过渡段、第二阻抗匹配过渡段、输入端和输出端，输入端和输出端分别设置在基片集成波导段的前后两侧，输入端通过第一阻抗匹配过渡段与基片集成波导段相连接，输出端通过第二阻抗匹配过渡段与基片集成波导段相连接，基片集成波导段上设置有高温绝缘膜，且在基片集成波导段的中部以及高温绝缘膜的对应位置处均开设有矩形缝隙。本发明在PIM测试过程中可以实现待测结构的在线更换，也有利于对影响PIM产物的多物理场因素进行精准控制，提高PIM诊断效率。
Description
技术领域
本发明属于无源互调测试技术领域，具体涉及一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板。
背景技术
当多载波通过无源器件时，由于器件的非线性效应，会产生原有信号频率组合的派生干扰信号，相应的干扰信号被称为互调产物。无源互调是目前无线通信技术中亟待解决的难题，无源互调问题是一个可靠性问题，涉及材料、工艺、装配、环境等众多因素，对其进行测试和分析十分困难。此外，传统针对无源互调的实验测试方案，其过程难以控制，导致测试结果重复性较差，数据规律性较弱。
PIM(Passive intermodulation,无源互调)是一个基于微观或局部非线性本质的失真问题，但研究目标是器件或系统级电路。常见的器件级PIM研究对象多集中在天线、滤波器、同轴连接器和双工器等。传统的PIM测试方法是在器件装配完成后用大功率载波信号激励并评估其非线性。这种测试方法的局限性在与无法准确定位和判断潜在的PIM源，因此工程应用中只能报废整个部件，增加了高线性度部件的研发和制造成本。如果能在微波部件研发过程中针对每一种可能导致PIM风险的原材料或半成品进行PIM评估，同时严格控制物理和环境因素，这将缩短研发、检测、调试周期。
发明内容
本发明利用缝隙波导的近场耦合特性，同时结合射频平面印刷电路制造工艺，提供了一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板。该测试板在PIM测试过程中可以实现待测结构的在线更换，也有利于对影响PIM产物的多物理场因素进行精准控制，提高PIM诊断效率。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，包括自下而上依次设置的接地面层和介质基板；其中，
介质基板上设置有一体化成型的基片集成波导段、第一阻抗匹配过渡段、第二阻抗匹配过渡段、输入端和输出端，输入端和输出端分别设置在基片集成波导段的前后两侧，输入端通过第一阻抗匹配过渡段与基片集成波导段相连接，输出端通过第二阻抗匹配过渡段与基片集成波导段相连接，基片集成波导段上设置有高温绝缘膜，且在基片集成波导段的中部以及高温绝缘膜的对应位置处均开设有矩形缝隙。
本发明进一步的改进在于，基片集成波导段的左右两侧端部均覆盖有聚酰亚胺薄膜，铜箔扣合于对应聚酰亚胺薄膜的外侧。
本发明进一步的改进在于，铜箔通过胶带扣合于对应聚酰亚胺薄膜的外侧。
本发明进一步的改进在于，高温绝缘膜采用0.5mm厚的聚酰亚胺制成。
本发明进一步的改进在于，第一阻抗匹配过渡段与第二阻抗匹配过渡段对称设置在基片集成波导段的前后两侧。
本发明进一步的改进在于，输入端与输出端对称设置在基片集成波导段的前后两侧。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，利用基片集成缝隙波导评估微波部件中的材料非线性和接触非线性方法可以降低产品的研发和检修成本，同时由于基片集成波导设计技术相对成熟，加工周期短，成本低廉，有利于大量样本的测试。这种基于近场耦合的PIM测试方法为产品线中的低PIM工艺控制提供了有力指导，有利于生产环节中PIM源的定位和诊断，提高产品合格率。
附图说明
图1是利用SISW的近场耦合PIM测试方法原理图；
图2是本发明所公开的SISW剖面结构图；
图3是本发明所公开的SISW爆炸图；
图4是本发明所公开的SISW俯视图；
图5是导电布的PIM测试示意图；
图6是泡棉的PIM测试示意图；
图7是无线反射面编织丝网搭接的PIM测试示意图；
图8是三种DUT的测试波形。
附图标记说明：
1-接地面层，2-介质基板，3-基片集成波导段，4-第一阻抗匹配过渡段，5-第二阻抗匹配过渡段，6-输入端，7-输出端，8-聚酰亚胺薄膜，9-铜箔，10-高温绝缘膜，11-矩形缝隙，12-导电布，13-导电泡棉，14-无线反射面编织丝网。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1至图7所示，本发明提供的一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，包括自下而上依次设置的接地面层1和介质基板2；其中，介质基板2上设置有一体化成型的基片集成波导段3、第一阻抗匹配过渡段4、第二阻抗匹配过渡段5、输入端6和输出端7，输入端6和输出端7分别设置在基片集成波导段3的前后两侧，输入端6通过第一阻抗匹配过渡段4与基片集成波导段3相连接，输出端7通过第二阻抗匹配过渡段5与基片集成波导段3相连接，基片集成波导段3上设置有高温绝缘膜10，且在基片集成波导段3的中部以及高温绝缘膜10的对应位置处均开设有矩形缝隙11。
此外，基片集成波导段3的左右两侧端部均覆盖有聚酰亚胺薄膜8，铜箔9通过胶带扣合于对应聚酰亚胺薄膜8的外侧。
图1给出的是利用SISW的近场耦合PIM测试方法原理图，PIM测试回路中，大功率载波通过缝隙耦合到DUT上，在DUT上激励出非线性信号然后耦合回测试回路里，这样就能在PIM分析仪上观测到由DUT引起的PIM信号的变化。这种方法有效地将载波和DUT隔离开，边缘调整DUT尺寸、粗糙度或接触压力等物理特性。
图3是本发明所公开的SISW爆炸图，可以看出SISW将传统基片集成波导中的通孔替换成了铜箔胶带，铜箔9和基片集成波导段3之间用聚酰亚胺薄膜8作为隔离，这样可以规避额外的金属接触影响PIM测试结果，干扰对DUT非线性的评估。
本发明测试方法是在常规的PIM测试方法的基础上，在测试回路中加入基片集成缝隙波导测试板，实现近场耦合PIM测试功能。其中为了规避基片集成波导过孔处带来的PIM风险，降低整个测试装置的剩余互调，用铜箔和胶带粘附在SISW侧壁上，替代过孔。
为了避免铜箔和基片集成波导段的接触带来额外的金属接触，中间用聚酰亚胺薄膜作为隔离。具体测试步骤如下：
1)在基片集成缝隙波导上放置高温绝缘来防止DUT和SISW接触而引入额外的接触非线性，干扰测试结果；
2)将SISW连接到矢量网络分析仪，将DUT放置在缝隙上方，通过测试装置回波损耗和插入损耗的变化量判断测试环境是否安全。其中具体的放置位置可以根据DUT的物理形状进行调整。如果回波损耗小于-15dB，插入损耗接近0dB，则进行下一步；
3)将SISW连接到PIM测试回路中，大功率载波通过缝隙耦合到DUT上，在DUT上激励出非线性信号然后耦合回测试回路里，这样就能在PIM分析仪上观测到由DUT引起的PIM信号的变化。
测试时，待测件(DUT)放在SISW测试板的缝隙上方，在测试频段内，缝隙波导两端口之间的插入损耗接近0dB，通过微调DUT与SISW之间的垂直距离，可以改变DUT上感应到的表面电流密度。
实施例
以S波段波导为例，SISW的整体结构如图3所示，细节尺寸如表1所示。由于矩形缝隙附近分布的电磁场不是绝对均匀的，因此当DUT放置在不同矩形缝隙的不同位置时在DUT上激励出的非线性信号强弱也有所区别，四个角落和边A侧的缝隙上场强更强一些，因此DUT放在这些位置时测试灵敏度也更高。
目前产业界比较关注的微波部件中的非线性场景有天线馈电端口、法兰连接、螺钉连接、丝网搭接以及泡棉等。以其中的四种经典非线性场景为例，用本测试装置进行非线性评估。
图5是导电布12的PIM测试示意图。在SISW表面贴附耐高温绝缘薄膜后将导电布放在待测件敏感度较高的矩形缝隙的角落(位置①②③④)，表2是导电布的PIM测试结果。
图6是泡棉13的PIM测试示意图。同样在耐高温绝缘薄膜上放置泡棉，表3是泡棉的PIM测试结果。
图7是无线反射面编织丝网14搭接的PIM测试示意图。由于金属丝网物理形状的限制，可以将其放置在矩形缝隙的短边，表4是丝网搭接的PIM测试结果。
图8是三种DUT的测试波形。
除此之外，将本发明和压力控制单元组装在一起可以构成研究接触界面对于PIM之间关系的实验装置。
表1 S波段(2.6GHz)SISW关键尺寸和板材参数
表2导电布的PIM测试结果
| 类型 | 参数 |
| 材料 | 聚酯纤维布镀铜、镍 |
| 尺寸特征 | 10mm×10mm |
| PIM测试结果(三阶PIM) | -68dBm |
| 系统剩余互调 | -110dBm@2×43dBm |
表3泡棉的PIM测试结果
| 类型 | 参数 |
| 材料 | 导电纤维布包裹阻燃PU |
| 尺寸特征 | 8mm×10mm |
| PIM测试结果(三阶PIM) | -64dBm |
| 系统剩余互调 | -110dBm@2×43dBm |
表4无线反射面编织丝网搭接的PIM测试结果
| 类型 | 参数 |
| 尺寸特征 | 40mm×10mm |
| PIM测试结果(三阶PIM) | -74dBm |
| 系统剩余互调 | -110dBm@2×43dBm |
Claims (4)
1.一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，其特征在于，包括自下而上依次设置的接地面层(1)和介质基板(2)；其中，
介质基板(2)上设置有一体化成型的基片集成波导段(3)、第一阻抗匹配过渡段(4)、第二阻抗匹配过渡段(5)、输入端(6)和输出端(7)，输入端(6)和输出端(7)分别设置在基片集成波导段(3)的前后两侧，输入端(6)通过第一阻抗匹配过渡段(4)与基片集成波导段(3)相连接，输出端(7)通过第二阻抗匹配过渡段(5)与基片集成波导段(3)相连接，基片集成波导段(3)上设置有高温绝缘膜(10)，且在基片集成波导段(3)的中部以及高温绝缘膜(10)的对应位置处均开设有矩形缝隙(11)；测试时，待测件放在矩形缝隙(11)的角落；
基片集成波导段(3)的左右两侧端部均覆盖有聚酰亚胺薄膜(8)，铜箔(9)扣合于对应聚酰亚胺薄膜(8)的外侧；
第一阻抗匹配过渡段(4)与第二阻抗匹配过渡段(5)对称设置在基片集成波导段(3)的前后两侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，其特征在于，铜箔(9)通过胶带扣合于对应聚酰亚胺薄膜(8)的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，其特征在于，高温绝缘膜(10)采用0.5mm厚的聚酰亚胺制成。
4.根据权利要求1所述的一种用于近场耦合无源互调测试的基片集成缝隙波导测试板，其特征在于，输入端(6)与输出端(7)对称设置在基片集成波导段(3)的前后两侧。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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