CN111239578B - 功率管测试夹具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体射频电路技术领域，涉及一种功率管测试夹具及其制备方法，包括：基座、电路板和至少两个接头，基座的顶层的中间部位设有凹槽；电路板的每一侧均包括阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线；在阻抗变换线上安装与阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的隔直元件，阻抗变换线的第二端口通过偏置元件与L型微带线连接，L型微带线通过退耦元件与带有通孔的微带线连接；至少两个接头分别固定在基座的顶层的两侧，其引线与对应侧的阻抗变换线的第一端口连接。本发明可以在基频以及谐波处完成精确的负载牵引测试，测试的阻抗参数精度高，有利于优化功率放大器电路的设计，充分发挥功率管的性能。

Description

功率管测试夹具及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体射频电路技术领域，更具体地说，是涉及一种功率管测试夹具及其制备方法。

背景技术

为了满足5G通信高速信号传输，通信系统中的核心部件-功率放大器必须满足越来越高的要求。氮化镓(GaN)半导体功率管具有宽带隙、高电子漂移速度、耐高电压、耐高温、抗辐照等特性，且其电子饱和漂移速度为2.5×107cm/s，是Si的2倍，结电容较小，因此氮化镓半导体比硅横向扩散金属氧化物半导体(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)半导体更适合于5G通信功率放大器应用。

目前通信基站中，大功率功率管的测试方法基本都是基于机械调谐器的负载牵引测试，但是这种测试方法测出的功率管的最佳匹配阻抗准确度低，影响功率放大器的匹配准确性，导致功率放大器的性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种功率管测试夹具及其制备方法，以解决现有技术中的功率管测试方法测出的最佳匹配阻抗准确度低，影响功率放大器的匹配准确性，导致功率放大器的性能下降的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种功率管测试夹具，包括：基座、电路板和至少两个接头，所述基座的顶层的中间部位设有凹槽，所述凹槽放置待测试功率管；所述电路板固定在所述基座的顶层，所述凹槽对应的位置无电路板，所述电路板的两侧基于所述凹槽对称；

所述电路板的每一侧均包括：阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线；在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的所述隔直元件，所述阻抗变换线的第二端口与所述待测试功率管连接，所述阻抗变换线的第二端口还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接，所述L型微带线还通过所述退耦元件与所述带有通孔的微带线连接，其中所述第一端口的线宽小于所述第二端口的线宽，所述第一端口的阻抗大于所述第二端口的阻抗；

所述至少两个接头分别固定在所述基座的顶层的两侧，每个所述接头的引线与对应侧的所述阻抗变换线的第一端口连接。

进一步地，所述阻抗变换线为Klopfenstein渐变线。

进一步地，所述至少两个接头均为SMA接头。

进一步地，所述隔直元件为容值范围为3～10pF的隔直电容。

进一步地，所述偏置元件为电感值范围为10～15nH的偏置电感。

进一步地，所述退耦元件为容值为10pF的退耦电容、容值为1000pF的退耦电容和容值为10μF的退耦电容中至少一种退耦电容。

进一步地，所述电路板的每一侧均还包括：过渡微带线；

所述过渡微带线的第一端与所述阻抗变换线的第二端口连接，所述过渡微带线的第二端与所述待测试功率管连接；

相应的，所述过渡微带线的第二端还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接。

本发明实施例的第二方面提供了一种功率管测试夹具的制备方法，包括：

制备顶层的中间部位设有凹槽的基座，所述凹槽放置待测试功率管；

制备电路板，并将所述电路板固定在所述基座的顶层，所述凹槽对应的位置无电路板，所述电路板的两侧基于所述凹槽对称；

所述电路板的每一侧均包括：阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线；在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的所述隔直元件，所述阻抗变换线的第二端口与所述待测试功率管连接，所述阻抗变换线的第二端口还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接，所述L型微带线还通过所述退耦元件与所述带有通孔的微带线连接，其中所述第一端口的线宽小于所述第二端口的线宽，所述第一端口的阻抗大于所述第二端口的阻抗；

将至少两个接头分别固定在所述基座的顶层的两侧，每个所述接头的引线与对应侧的所述阻抗变换线的第一端口连接。

进一步地，制备顶层的中间部位设有凹槽的基座，包括：

利用无氧铜工艺制备顶层的中间部位设有凹槽的结构件；

在所述结构件表面镀金得到所述基座。

进一步地，制备电路板，包括：

在PCB板的顶层制备阻抗变换线、L型微带线和带有通孔的微带线，在已制备微带线的所述PCB板的底层涂覆金属层，其中所述阻抗变换线在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的中间部位，所述L型微带线在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的任意一侧；

在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的隔直电容，在所述阻抗变换线的第二端口与所述L型微带线之间安装偏置电感，在所述L型微带线与至少一个所述通孔之间安装退耦电容。

本发明实施例中功率管测试夹具及其制备方法与现有技术相比的有益效果在于：测试夹具主要包括基座、电路板和至少两个接头，其中电路板的每一侧均包括阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线，在阻抗变换线上安装与阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的隔直元件，阻抗变换线的第二端口通过偏置元件与L型微带线连接，L型微带线通过退耦元件与带有通孔的微带线连接，使得本实施例的测试夹具在基频以及谐波处完成精确的负载牵引测试，测试的阻抗参数精度高，有利于优化功率放大器电路的设计，提高了功率放大器的匹配准确性，充分发挥功率管的性能。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的功率管测试夹具的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电路板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种功率管测试夹具的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的功率管测试夹具的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

参见图1，为本实施例提供的功率管测试夹具的一种具体实施例的结构示意图，具体如下：

功率管测试夹具主要包括：基座4、电路板3和至少两个接头5，基座4的顶层的中间部位设有凹槽，凹槽放置待测试功率管；电路板3固定在基座4的顶层，凹槽对应的位置无电路板，如图1，电路板3的两侧基于凹槽对称。

电路板3的每一侧均可以包括：阻抗变换线10、L型微带线、隔直元件6、偏置元件7、退耦元件8和带有通孔的微带线，通孔作为电路板3的接地孔。在阻抗变换线10上安装与阻抗变换线的第一端口12间隔预设距离的隔直元件6，阻抗变换线10的第二端口与待测试功率管9连接，阻抗变换线10的第二端口还通过偏置元件7与L型微带线连接，L型微带线还通过退耦元件8与带有通孔的微带线连接，其中第一端口12的线宽小于第二端口的线宽，第一端口12的阻抗大于第二端口的阻抗。

至少两个接头5分别固定在基座4的顶层的两侧，每个接头5的引线与对应侧的阻抗变换线10的第一端口12连接。

传统功率管由于受到功率密度的限制，使得峰值功率越高的功率管就意味着具有更大的栅宽和更小的输入和输出阻抗，比如峰值功率高于200W又没有内匹配的功率管，其实部阻抗小于1ohm，这就需要对大功率功率管的匹配阻抗进行精准测试。目前通信基站中，大功率功率管的测试方法基本都是基于机械调谐器的负载牵引测试，但是这样的测试方法在进行大功率测试时仅能覆盖有限的阻抗范围，无法准确测出功率管的最佳匹配阻抗，影响了功率放大器的匹配准确性，导致功率放大器的性能下降，调试工作量也会增加。

针对上述大功率功率管的测试方法的缺点，本实施例提供了一种功率管测试夹具，可以应用于5G通信S波段功率管的测试，尤其涉及B41频段500W氮化镓功率管的负载牵引测试，通过电路板3中的阻抗变换线10、L型微带线、隔直元件6、偏置元件7、退耦元件8和带有通孔的微带线，实现了在基频以及谐波处完成精确的负载牵引测试，测试的阻抗参数精度高，有利于优化功率放大器电路的设计，提高了功率放大器的匹配准确性，可以充分发挥功率管的性能，进一步减小调试的工作量。

在一个实施例中，阻抗变换线10可以为Klopfenstein渐变线。本实施例将测试系统的特性阻抗在较宽的带宽内变换到一个远低于50Ω的值，比如10Ω，从而使得本实施例可以在基频以及二次、三次谐波处完成精确的负载牵引测试。具体的，在Klopfenstein渐变线上安装与Klopfenstein渐变线的第一端口12间隔预设距离的隔直元件6，Klopfenstein渐变线的第二端口与待测试功率管连接，Klopfenstein渐变线的第二端口还通过偏置元件7与L型微带线连接，其中第一端口12的线宽小于第二端口的线宽，第一端口12的阻抗大于第二端口的阻抗，例如第一端口12的阻抗为50Ω，第二端口的阻抗为10Ω。

在一个实施例中，至少两个接头5均可以为SMA接头。SMA接头适用的频率可以至26.5GHz，它具有频带宽、性能优、高可靠、寿命长的特点，使本实施例的夹具使用更加方便。

在一个实施例中，隔直元件6可以为容值范围为3～10pF的隔直电容。所述隔直电容可以隔离直流信号使Klopfenstein渐变线通过射频信号。

在一个实施例中，偏置元件7可以为电感值范围为10～15nH的偏置电感。

在一个实施例中，退耦元件8可以为容值为10pF的退耦电容、容值为1000pF的退耦电容和容值为10μF的退耦电容中至少一种退耦电容。偏置电感和退耦电容可以隔离射频信号使电路板3其他部分通过直流信号。

在一个实施例中，电路板3的每一侧均还可以包括：过渡微带线11；过渡微带线11的第一端与阻抗变换线10的第二端口连接，过渡微带线11的第二端与待测试功率管连接，即过渡微带线11作为待测试功率管与阻抗变换线10的过渡带，减小功率管的测试误差。相应的，过渡微带线11的第二端通过偏置元件7与L型微带线连接。

可选地，如图2所示，过渡微带线11可以为阻抗变换线10的第二端口延长第二预设距离得到的微带线，这样可以减小功率管的测试误差，例如阻抗变换线10的第二端口延长3.1mm，阻抗变换线10的第二端口的延长部分通过偏置元件7与L型微带线连接。

示例性的，电路板3可以为顶层依次涂覆铜层和金层、底层涂覆铜层的PCB板，电路板3的两侧基于凹槽对称。具体的，PCB板的顶层1在X轴方向居中处制备41.5mm长的Klopfenstein渐变线，用于1.8GHz～9GHz频段内阻抗50Ω变换到阻抗10Ω，Klopfenstein渐变线的50Ω端口(第一端口12)的线宽可以为1.1mm，Klopfenstein渐变线的10Ω端口(第二端口)的线宽可以为8.4mm。Klopfenstein渐变线的10Ω端口的微带线延长3.1mm(第二预设距离)作为功率管引脚的过渡微带线11，在Klopfenstein渐变线上安装与Klopfenstein渐变线的50Ω端口间隔3mm的隔直电容，实现隔离直流信号通过射频信号。另外L型微带线和通孔用于安装偏置电感和退耦电容，实现隔离射频信号通过直流信号的作用，PCB板的底层2全覆铜接地。

进一步地，根据电路板3、SMA接头和待测试功率管9的尺寸设计基座4。示例性的，基座4结构由无氧铜机械加工制备，表面镀金，用于电路板3和SMA接头安装，基座4结构的顶层设有凹槽，用于固定待测试功率管9。参见图1，电路板3整体钎焊在基座4上，SMA接头在基座4侧面用螺钉紧固，SMA接头的引线焊接在电路板3的Klopfenstein渐变线的50Ω端口上。如图3所示，待测试功率管的两个水平引脚置于过渡微带线11中心位置，PCB板烧焊在基座4上，在距离Klopfenstein渐变线的50Ω端口3mm的位置处安装隔直电容，距离过渡微带线11的1mm～1.5mm处设有L型微带线，过渡微带线11通过偏置电感与L型微带线连接，距离偏置电感0.5mm～1.0mm处的L型微带线和有通孔的微带线之间安装退耦电容。

上述实施例中，功率管测试夹具上安装待测试功率管9，即可在负载牵引测试系统上完成S波段基频以及二次、三次谐波处最佳效率点、最大输出功率点和回退点等阻抗的精确测试，相比传统切比雪夫阻抗变换线10，Klopfenstein渐变线在1.8GHz～9GHz频段内50Ω变换到10Ω，达到反射S11小于-17dB和插损S21小于-0.115dB，同时过渡微带线11减少了测量误差，隔直电容、偏置电感和退耦电容与实际功率管应用电路相近，使得负载牵引测试系统测试出的阻抗参数精度更高，有利于优化功率放大器电路的设计，充分发挥功率管的性能，减小调试工作量。

参见图4，本实施例还提供了一种功率管测试夹具的制备方法，包括：

步骤S401，制备顶层的中间部位设有凹槽的基座4，所述凹槽放置待测试功率管。

步骤S402，制备电路板3，并将所述电路板3固定在所述基座4的顶层，所述凹槽对应的位置无电路板3，所述电路板3的两侧基于所述凹槽对称；所述电路板3的每一侧均包括：阻抗变换线10、L型微带线、隔直元件6、偏置元件7、退耦元件8和带有通孔的微带线；在所述阻抗变换线10上安装与所述阻抗变换线10的第一端口12间隔预设距离的所述隔直元件6，所述阻抗变换线10的第二端口与所述待测试功率管连接，所述阻抗变换线10的第二端口还通过所述偏置元件7与所述L型微带线连接，所述L型微带线还通过所述退耦元件8与所述带有通孔的微带线连接，其中所述第一端口12的线宽小于所述第二端口的线宽，所述第一端口12的阻抗大于所述第二端口的阻抗。

步骤S403，将至少两个接头5分别固定在所述基座4的顶层的两侧，每个所述接头5的引线与对应侧的所述阻抗变换线10的第一端口12连接。

可选地，至少两个接头5均可以为SMA接头。SMA接头适用的频率可以至26.5GHz，它具有频带宽、性能优、高可靠、寿命长的特点，使本实施例的夹具使用更加方便。

可选地，隔直元件6可以为容值范围为3～10pF的隔直电容。所述隔直电容可以隔离直流信号使Klopfenstein渐变线通过射频信号。

可选地，偏置元件7可以为电感值范围为10～15nH的偏置电感。

可选地，退耦元件8可以为容值为10pF的退耦电容、容值为1000pF的退耦电容和容值为10μF的退耦电容中至少一种退耦电容。偏置电感和退耦电容可以隔离射频信号使电路板3其他部分通过直流信号。

可选地，电路板3的每一侧均还可以包括：过渡微带线11；过渡微带线11的第一端与阻抗变换线10的第二端口连接，过渡微带线11的第二端与待测试功率管连接，即过渡微带线11作为待测试功率管与阻抗变换线10的过渡带，减小功率管的测试误差。相应的，过渡微带线11的第二端通过偏置元件7与L型微带线连接。如图2所示，过渡微带线11可以为阻抗变换线10的第二端口延长第二预设距离得到的微带线，这样可以减小功率管的测试误差，例如阻抗变换线10的第二端口延长3.1mm，阻抗变换线10的第二端口的延长部分通过偏置元件7与L型微带线连接。

可选地，参见图1，步骤S401中制备顶层的中间部位设有凹槽的基座4的具体实现流程包括：

利用无氧铜工艺制备顶层的中间部位设有凹槽的结构件；

在所述结构件表面镀金得到所述基座4。

根据电路板3、SMA接头和待测试功率管9的尺寸设计基座4。示例性的，基座4结构由无氧铜机械加工制备，表面镀金，用于电路板3和SMA接头安装，基座4结构的顶层设有凹槽，用于固定待测试功率管9。参见图1，电路板3整体钎焊在基座4上，SMA接头在基座4侧面用螺钉紧固，SMA接头的引线焊接在电路板3的Klopfenstein渐变线的50Ω端口上。如图3所示，待测试功率管的两个水平引脚置于过渡微带线11中心位置，PCB板烧焊在基座4上，在距离Klopfenstein渐变线的50Ω端口3mm的位置处安装隔直电容，距离过渡微带线11的1mm～1.5mm处设有L型微带线，过渡微带线11通过偏置电感与L型微带线连接，距离偏置电感0.5mm～1.0mm处的L型微带线和有通孔的微带线之间安装退耦电容。

可选地，参见图2，步骤S402中制备电路板3的具体实现流程包括：

在PCB板的顶层1制备阻抗变换线10、L型微带线和带有通孔的微带线，在已制备微带线的所述PCB板的底层2涂覆金属层，其中所述阻抗变换线10在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的中间部位，所述L型微带线在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的任意一侧。

在所述阻抗变换线10上安装与所述阻抗变换线10的第一端口12间隔预设距离的隔直电容，在所述阻抗变换线10的第二端口与所述L型微带线之间安装偏置电感，在所述L型微带线与至少一个所述通孔之间安装退耦电容。

示例性的，电路板3可以为顶层依次涂覆铜层和金层、底层涂覆铜层的PCB板。具体的，PCB板的顶层1在X轴方向居中处制备41.5mm长的Klopfenstein渐变线，用于1.8GHz～9GHz频段内阻抗50Ω变换到阻抗10Ω，Klopfenstein渐变线的50Ω端口(第一端口12)的线宽可以为1.1mm，Klopfenstein渐变线的10Ω端口(第二端口)的线宽可以为8.4mm。Klopfenstein渐变线的10Ω端口的微带线延长3.1mm(第二预设距离)作为功率管引脚的过渡微带线11，在Klopfenstein渐变线上安装与Klopfenstein渐变线的50Ω端口间隔3mm的隔直电容，实现隔离直流信号通过射频信号。另外L型微带线和通孔用于安装偏置电感和退耦电容，实现隔离射频信号通过直流信号的作用，PCB板的底层2全覆铜接地。

上述实施例制备的功率管测试夹具，安装待测试功率管9后即可在负载牵引测试系统上完成S波段基频以及二次、三次谐波处最佳效率点、最大输出功率点和回退点等阻抗的精确测试，相比传统切比雪夫阻抗变换线10，Klopfenstein渐变线在1.8GHz～9GHz频段内50Ω变换到10Ω，达到反射S11小于-17dB和插损S21小于-0.115dB，同时过渡微带线11减少了测量误差，隔直电容、偏置电感和退耦电容与实际功率管应用电路相近，使得负载牵引测试系统测试出的阻抗参数精度更高，有利于优化功率放大器电路的设计，充分发挥功率管的性能，减小调试工作量。

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 (9)

1.一种功率管测试夹具，包括基座、电路板和至少两个接头，其特征在于，所述基座的顶层的中间部位设有凹槽，所述凹槽放置待测试功率管；所述电路板固定在所述基座的顶层，所述凹槽对应的位置无电路板，所述电路板的两侧基于所述凹槽对称；

所述电路板的每一侧均包括：阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线；在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的所述隔直元件，所述阻抗变换线的第二端口与所述待测试功率管连接，所述阻抗变换线的第二端口还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接，所述L型微带线还通过所述退耦元件与所述带有通孔的微带线连接，其中所述第一端口的线宽小于所述第二端口的线宽，所述第一端口的阻抗大于所述第二端口的阻抗；

所述至少两个接头分别固定在所述基座的顶层的两侧，每个所述接头的引线与对应侧的所述阻抗变换线的第一端口连接；

所述电路板的每一侧均还包括：过渡微带线；

所述过渡微带线的第一端与所述阻抗变换线的第二端口连接，所述过渡微带线的第二端与所述待测试功率管连接；相应的，所述过渡微带线的第二端还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接；其中，所述过渡微带线由所述阻抗变换线的第二端口延长第二预设距离得到。

2.如权利要求1所述的功率管测试夹具，其特征在于，所述阻抗变换线为Klopfenstein渐变线。

3.如权利要求1所述的功率管测试夹具，其特征在于，所述至少两个接头均为SMA接头。

4.如权利要求1所述的功率管测试夹具，其特征在于，所述隔直元件为容值范围为3～10pF的隔直电容。

5.如权利要求1所述的功率管测试夹具，其特征在于，所述偏置元件为电感值范围为10～15nH的偏置电感。

6.如权利要求1所述的功率管测试夹具，其特征在于，所述退耦元件为容值为10pF的退耦电容、容值为1000pF的退耦电容和容值为10μF的退耦电容中至少一种退耦电容。

7.一种功率管测试夹具的制备方法，其特征在于，包括：

制备顶层的中间部位设有凹槽的基座，所述凹槽放置待测试功率管；

制备电路板，并将所述电路板固定在所述基座的顶层，所述凹槽对应的位置无电路板，所述电路板的两侧基于所述凹槽对称；

所述电路板的每一侧均包括：阻抗变换线、L型微带线、隔直元件、偏置元件、退耦元件和带有通孔的微带线；在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的所述隔直元件，所述阻抗变换线的第二端口延长第二预设距离得到过渡微带线；所述过渡微带线与所述待测试功率管连接，所述过渡微带线还通过所述偏置元件与所述L型微带线连接，所述L型微带线还通过所述退耦元件与所述带有通孔的微带线连接，其中所述第一端口的线宽小于所述第二端口的线宽，所述第一端口的阻抗大于所述第二端口的阻抗；

将至少两个接头分别固定在所述基座的顶层的两侧，每个所述接头的引线与对应侧的所述阻抗变换线的第一端口连接。

8.如权利要求7所述的功率管测试夹具的制备方法，其特征在于，制备顶层的中间部位设有凹槽的基座，包括：

利用无氧铜工艺制备顶层的中间部位设有凹槽的结构件；

在所述结构件表面镀金得到所述基座。

9.如权利要求7或8所述的功率管测试夹具的制备方法，其特征在于，制备电路板，包括：

在PCB板的顶层制备阻抗变换线、L型微带线和带有通孔的微带线，在已制备微带线的所述PCB板的底层涂覆金属层，其中所述阻抗变换线在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的中间部位，所述L型微带线在所述带有通孔的PCB板的X轴方向的任意一侧；

在所述阻抗变换线上安装与所述阻抗变换线的第一端口间隔预设距离的隔直电容，在所述阻抗变换线的第二端口与所述L型微带线之间安装偏置电感，在所述L型微带线与至少一个所述通孔之间安装退耦电容。

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