CN112147410A - 多频点射频阻抗和电流测试系统 - Google Patents

多频点射频阻抗和电流测试系统 Download PDF

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Abstract

本分明公开了一种多频点射频阻抗和电流测试系统。包括射频多频点测试夹具、射频电流探针；顶盖外壳内芯间有空隙，顶盖内芯上有压力计，底座外壳内有底座内芯，底座内芯端有射频信号注入端，顶盖外壳和底座外壳间分界处放置射频电流探针和待测器件，待测器件位于顶盖内芯和底座内芯之间；T形板顶面有微带线，连接矢量网络分析仪和射频电流探针；T形板有耦合线圈，耦合线圈电连接微带线和地平面。本发明解决了实际测试时候对高次谐波信号测试能力的不足，实现了夹具对多个频点良好传输性能，解决电磁兼容问题，测试同时获得射频电流信息，解决了泡棉等器件在测试时受到压缩的不可逆转的特性而无法准确测试的问题。

Description

多频点射频阻抗和电流测试系统
技术领域
本发明涉及了射频测试夹具、射频电流探针领域的一种待测件的阻抗和电流测试系统，尤其是涉及了一种多频点射频阻抗和电流测试系统。
背景技术
泡棉和导电布等缝隙屏蔽材料可压缩且具有导通性，因此广泛应用于手机和各种电子电气设备中的缝隙处，提供导电连接和电磁屏蔽的作用。
这种由泡棉等材料而形成的电连接具有电连接接触的非线性，会使得载波信号和其非线性谐波信号得加，产生无源互调现象，从而对接收通带和信号造成干扰和影响，造成电磁兼容和电磁干扰问题，是电子设备出厂检测时需要解决的一个关键问题。
发明内容
针对现有射频测试系统的不足，本发明的目的是提供一种多频点的射频阻抗夹具和射频电流探针的系统，来解决实际测试中，同时获取测试件的电流和阻抗等参数的需求，提高了测试性能。
针对现有射频测试夹具的不足，本发明提供了一种多频点的射频阻抗夹具，能解决实际测试时候对高次谐波信号测试能力的不足，实现了夹具对多个频点的较好的传输性能，能够测试得到待测器件的基频的载波信号，同时能测到其二次和三次的谐波信号，进而解决电磁兼容问题。
针对现有射频电流探针的不足，本发明设计了一种射频电流探针，可与阻抗测试夹具有较好的兼容性，能在测试的同时获得射频电流信息，解决了泡棉等器件在测试时受到压缩的不可逆转的特性而无法准确测试的问题。本发明所述的射频电流探针，厚度仅0.2mm，可自由伸入夹具测试中顶盖和底座的缝隙中，测得待测件的射频电流信息。
为了实现技术目的和解决技术问题，本发明通过如下的技术方案来实现：
本发明包括一种射频多频点测试夹具、一种射频电流探针和测试仪器；所述的射频多频点测试夹具包括顶盖外壳、底座外壳、顶盖内芯、底座内芯和底座介质，底座外壳固定于系统底座上，底座外壳的一侧部的顶面和另一侧部的侧面均开设一个端口，两个端口之间通过底座外壳内部的L形通道连通，顶盖外壳固定在底座外壳顶面的端口上，顶盖外壳为上下贯通的筒体结构，顶盖内芯装载顶盖外壳内部，顶盖外壳和顶盖内芯之间存在空隙，顶盖内芯上方设有压力计，压力计通过升降支架安装在系统底座上；底座外壳内部装有底座内芯，底座内芯和底座外壳内壁之间采用底座介质填充并隔绝，底座内芯和L形通道形状一致，底座内芯一端伸出底座外壳侧面端口后和作为射频信号注入端，射频信号注入端用于连接射频信号源或者矢量网络分析仪；顶盖外壳和底座外壳间分界处放置射频电流探针和待测器件，射频电流探针和待测器件之间间隔布置，待测器件位于顶盖内芯和底座内芯端面之间。
所述的射频电流探针包括T形板以及T形板上的微带线、耦合线圈、固定螺丝孔和地平面；T形板顶面中心设有微带线，底面中部设有地平面；微带线一端两侧的T形板上均设有过孔，射频连接器SMA一端通过这2个过孔与地平面电连接，另一端与微带线一端的顶部实现电连接，通过射频缆线连接矢量网络分析仪和射频电流探针；微带线另一端旁的T形板在顶面和底面之间穿设布置有一个耦合线圈，耦合线圈一端电连接微带线另一端的端部，耦合线圈一端和地平面电连接。
所述的底座内芯为粗细变化有序的带有弯曲段和直线段的截面正方形的金属长条内芯；所述底座介质为包裹底座内芯外的正方环形长条。
所述的顶盖内芯顶部设有顶盖固定螺丝孔，顶盖固定螺丝孔通过螺丝与上方的压力计底端连接。
所述的顶盖外壳底部设有凸耳作为顶盖外壳固定板，顶盖外壳固定板通过螺丝固定在底座外壳上，实现顶盖外壳和底座外壳之间的自由拆卸和安装。
所述的底座外壳底部设有凸耳作为底座外壳固定板，底座外壳固定板通过螺丝固定在系统底座上，实现底座外壳可自由拆卸和安装地安装于系统底座上。
所述的顶盖外壳底端的一侧开设缺口，缺口用于待测器件水平装入和放置；顶盖外壳底端未开设缺口的另一侧固定布置射频电流探针。
所述的顶盖外壳下端口的口径大于底座外壳顶面端口的口径，使得顶盖外壳底面和底座外壳顶面之间形成用于射频电流探针和待测器件放置的台阶。
所述的T形板中部的两侧设有螺丝孔，螺丝孔通过螺丝安装于底座外壳顶面端口上。
所述测试系统针对泡棉和导电布等缝隙屏蔽材料的待测器件进行测试。
待测器件放置在底座内芯上端面的金属片上，通过升降支架带动压力计下压，进而经顶盖内芯将待测器件压紧。
具体实施设计了一款约为0.2mm厚的射频电流探针，可以伸入测试时压紧待测器件的缝隙，测试得到待测件的射频电流。
所述的顶盖内芯、底座内芯采用铜材料，均为实心结构。
所述的顶盖外壳、底座外壳采用钢材料。
所述的底座介质采用聚四氟乙烯(PTFE)材料。
所述的金属片采用金、铜等常见金属材料。
所述的测试仪器为矢量网络分析仪和频谱仪。
顶盖的处理：
在实际测试中，缝隙屏蔽材料接触面上部并不能接线，导致了终端开路情况，会使得信号因为开路而存在反射问题，干扰实际测试和信号处理，因此设计了夹具顶盖这一特殊结构，其外壳为正方环形结构，内芯为正方形的金属长条结构，其特征在于内芯的正方形尺寸小于外壳，中间留有空气作为空隙，并且内芯的长度略大于外壳，使内芯在实际测试中能轻微上下移动，夹紧待测的缝隙屏蔽材料。
调整内芯的正方形横截面的尺寸大小可以调整频点的传输系数，实现最优的传输匹配，优化夹具相关的测试性能。
探针的原理：
在T型板的细小的那一侧的顶面和侧面通过电路板过孔和走线形成了耦合线圈的结构，能尽可能地耦合到空间场中的能量，从而测得待测的缝隙屏蔽材料的射频电流大小，通过射频连接器(SMA)实现与射频电缆之间的电连接，并能将测试信号传输到测试仪器，例如矢量网络分析仪上。
本发明的有益效果是：
可以在实际测试中，缝隙屏蔽材料被压紧的过程是不可逆的，被压缩后其射频性能和物理性能都会有一定的变化，因此实现同时测试得到待测缝隙屏蔽材料的阻抗和电流的性能的意义重大。
针对实际测试中对待测器件多频点性能的测试需求，实现了夹具对多个频点的较好的传输性能，能够测试得到待测器件的基频的载波信号，同时能测到其二次和三次的谐波信号，方便了对待测缝隙屏蔽材料的非线性和电磁兼容等问题的研究，为电子产品出厂通过电磁兼容等测试提供了有益的帮助。
本发明的射频电流探针为仅直径0.2mm左右，可以伸入缝隙处进行射频电流测试，可应用于整机等电子设备的缝隙中进行测试，有应用价值。
附图说明
图1为本发明多频点射频测试系统的总体示意图；
图2为本发明多频点射频阻抗夹具的正视图；
图3为本发明的多频点射频阻抗夹具的俯视图；
图4为本发明的多频点射频阻抗夹具的侧视图；
图5为本发明的多频点射频阻抗夹具的剖视图；
图6为本发明的射频电流探针的俯视图；
图7为本发明的射频电流探针的仰视图；
图8为本发明的射频电流探针和待测缝隙屏蔽材料以及夹具之间的相对位置图；
图9为本发明总体安装测试布置状态图。
图中：顶盖外壳(1)、底座外壳(2)、顶盖内芯(3)、底座外壳固定板(4)、顶盖外壳固定板(5)、底座内芯(6)、底座介质(7)、射频信号注入端(8)、顶盖固定螺丝孔(9)、系统底座(10)、地平面(11)、微带线(12)、固定螺丝孔(13)、耦合线圈(14)、射频电流探针(15)、压力计(16)、过孔(17)、金属片(18)、待测缝隙屏蔽材料(19)、探针垫片(20)。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好的理解本发明方案，并使得本发明的上述目的、特征和有点能够更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
具体实施的系统如图1所示，包括一种射频多频点测试夹具、一种射频电流探针和测试仪器；具体实施的测试仪器为矢量网络分析仪和频谱仪。测试系统针对泡棉和导电布等缝隙屏蔽材料的待测器件进行测试。
如图2-图5所示，射频多频点测试夹具包括顶盖外壳1、底座外壳2、顶盖内芯3、底座内芯6和底座介质7，底座外壳2固定于系统底座10上，底座外壳2一侧部的顶面和另一侧部的侧面均开设一个端口，两个端口之间通过底座外壳2内部的L形通道连通，顶盖外壳1固定在底座外壳2顶面的端口上，使得顶盖外壳1和底座外壳2构成的整体呈L形；顶盖外壳1为上下贯通的筒体结构，顶盖内芯3装载顶盖外壳1内部，顶盖外壳1和顶盖内芯3之间存在空隙，顶盖内芯3与底座外壳2之间也存在空隙。
顶盖内芯3上方设有压力计16，压力计16通过升降支架安装在系统底座10上；通过升降支架带动压力计16下压，进而经顶盖内芯3将待测器件压紧到底座内芯6上端面。压力计16经升降支架带动顶盖内芯3实现上下活动，从而可以夹紧待测器件。
底座外壳2内部装有底座内芯6，底座内芯6和底座外壳2内壁之间采用底座介质7填充并隔绝，底座内芯6为粗细变化有序的带有弯曲段和直线段的截面正方形的金属长条内芯。底座介质7为包裹底座内芯6外的正方环形长条。底座内芯6和L形通道形状一致，底座内芯6在靠近底座外壳2侧面端口的一端伸出底座外壳2侧面端口后和作为射频信号注入端8，射频信号注入端8用于连接射频信号源或者矢量网络分析仪，射频信号源的射频测试信号通过射频信号注入端8输入到射频多频点测试夹具。
顶盖内芯3顶部设有顶盖固定螺丝孔9，顶盖固定螺丝孔9通过螺丝与上方的压力计16底端连接，并由压力计16下压顶盖内芯3移动。
顶盖外壳1底部设有凸耳作为顶盖外壳固定板5，顶盖外壳固定板5通过螺丝固定在底座外壳2上，实现顶盖外壳1和底座外壳2之间的自由拆卸和安装。底座外壳2底部也设有凸耳作为底座外壳固定板4，底座外壳固定板4通过螺丝固定在系统底座10上，实现底座外壳2可自由拆卸和安装地安装于系统底座10上。
如图1和图5所示，顶盖外壳1和底座外壳2间分界处放置射频电流探针15和待测器件，射频电流探针15和待测器件之间间隔布置不接触，待测器件位于顶盖内芯3和底座内芯6端面之间，射频电流探针15不位于顶盖内芯3和底座内芯6端面之间；射频电流探针可以伸入夹具顶盖和底座的中间，并测得待测件的射频电流信息。
顶盖外壳1底端的一侧开设缺口，缺口用于待测器件水平装入和放置；顶盖外壳1底端未开设缺口的另一侧固定布置射频电流探针15。使得顶盖外壳1底部存在有半个正方形的空隙，方便测试待测器件，并且伸入射频电流探针15等器件。顶盖外壳1下端口的口径大于底座外壳2顶面端口的口径，使得顶盖外壳1底面和底座外壳2顶面之间形成用于射频电流探针15和待测器件放置的台阶。
多频点射频阻抗夹具的顶盖外壳底部留有足够宽的缝隙，占比为顶盖外壳横截面积的一半，同时可以接入射频探针等仪器，方便测试，提高其测试性能。
利用上述夹具可以实现测试射频阻抗的测试，并且对基频和高次谐波的多个频段的信号都有良好的传输性能。多频点射频阻抗夹具，可以测试得到包括信号基频以及二次三次谐波频率的测试信号，满足射频非线性测试的要求。
如图6-图8所示，射频电流探针15包括T形板以及T形板上的微带线12、耦合线圈14、固定螺丝孔13和地平面11；T形板顶面中心设有微带线12，底面中部设有地平面11；微带线12一端两侧的T形板上均设有一个过孔17，两个过孔17电连接地平面11上，并和微带线12一端的端部一起与射频电连接器相连，用于通过SMA接射频电缆连接矢量网络分析仪；微带线12另一端旁的T形板在顶面和底面之间穿设布置有一个耦合线圈14，耦合线圈14一端电连接微带线12另一端的端部，耦合线圈14一端和地平面11电连接。T形板中部的两侧设有螺丝孔13，螺丝孔13通过螺丝安装于底座外壳2顶面端口的垫片20上。
射频电流探针15，可以应用在该夹具上，可以在测试的同时得到射频电流信号。在测试时，射频阻抗夹具的顶盖和底座中间仅有很小的缝隙，却可以插入射频电流探针15，来测得待测件的射频电流信号。
由此，本发明构成了基频信号传输性能良好，并且能传递其二次和三次的高次谐波信号的多频点射频阻抗和电流测试系统，测试性能好，尤其是射频测试夹具的基频性能方面。
本发明使用信号源向测试夹具注入信号，更换为矢量网络分析仪实现测试数据采集和分析。
如图9所示，本发明的测试过程如下：
1、阻抗测试
矢量网络分析仪的一端口通过射频电缆电连接到射频信号注入端8，射频电缆和信号注入孔之间通过射频连接器(SMA)相连，通过射频连接器(SMA)将射频电流探针15的过孔17和微带线12一端电连接到射频电缆上，并接到矢量网络分析仪的二端口，由矢量网络分析仪测量可以获得传输参数(夹具和测试件的散射参数)，即S参数，包括传输参数S11和传输参数S12，根据传输参数分析处理计算获得待测器件的阻抗。传输参数S12也可以衡量射频电流探针的性能。该测试系统通夹具的信号注入孔连接信号源或者矢量网络分析仪，(简称矢网)来进行测试，可以得到夹具和测试件的散射参数即S参数。
2、电流测试
将射频信号注入端8接射频信号源，通过射频连接器(SMA)将射频电流探针的过孔17和微带线12一端电连接到射频电缆上，并接到频谱仪上，测试所需射频信号从夹具的射频信号注入端8注入，并通过底座内芯6到达底座内芯6和顶盖内芯3上金属片18中间的待测器件，通过频谱仪检测特定频率的信号的功率，进而分析处理获得待测器件上的电流，实现射频测试功能。
由此，通过信号注入孔8注入测试信号，并且从信号注入孔可以返回得到测试信号，并可以连接频谱仪或者矢量网络分析仪进行信号处理和分析。
上述实施例为本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合。简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：包括一种射频多频点测试夹具、一种射频电流探针和测试仪器；
所述的射频多频点测试夹具包括顶盖外壳(1)、底座外壳(2)、顶盖内芯(3)、底座内芯(6)和底座介质(7)，底座外壳(2)固定于系统底座(10)上，底座外壳(2)的一侧部的顶面和另一侧部的侧面均开设一个端口，两个端口之间通过底座外壳(2)内部的L形通道连通，顶盖外壳(1)固定在底座外壳(2)顶面的端口上，顶盖外壳(1)为上下贯通的筒体结构，顶盖内芯(3)装载顶盖外壳(1)内部，顶盖外壳(1)和顶盖内芯(3)之间存在空隙，顶盖内芯(3)上方设有压力计(16)，压力计(16)通过升降支架安装在系统底座(10)上；底座外壳(2)内部装有底座内芯(6)，底座内芯(6)和底座外壳(2)内壁之间采用底座介质(7)填充并隔绝，底座内芯(6)和L形通道形状一致，底座内芯(6)一端伸出底座外壳(2)侧面端口后和作为射频信号注入端(8)，射频信号注入端(8)用于连接射频信号源或者矢量网络分析仪；顶盖外壳(1)和底座外壳(2)间分界处放置射频电流探针(15)和待测器件，射频电流探针(15)和待测器件之间间隔布置，待测器件位于顶盖内芯(3)和底座内芯(6)端面之间；
所述的射频电流探针(15)包括T形板以及T形板上的微带线(12)、耦合线圈(14)、固定螺丝孔(13)和地平面(11)；T形板顶面中心设有微带线(12)，底面中部设有地平面(11)；微带线(12)一端两侧的T形板上均设有过孔(17)，通过射频缆线连接矢量网络分析仪和射频电流探针；微带线(12)另一端旁的T形板在顶面和底面之间穿设布置有一个耦合线圈(14)，耦合线圈(14)一端电连接微带线(12)另一端的端部，耦合线圈(14)一端和地平面(11)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的底座内芯(6)为粗细变化有序的带有弯曲段和直线段的截面正方形的金属长条内芯；所述底座介质(7)为包裹底座内芯(6)外的正方环形长条。
3.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的顶盖内芯(3)顶部设有顶盖固定螺丝孔(9)，顶盖固定螺丝孔(9)通过螺丝与上方的压力计(16)底端连接。
4.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的顶盖外壳(1)底部设有凸耳作为顶盖外壳固定板(5)，顶盖外壳固定板(5)通过螺丝固定在底座外壳(2)上，实现顶盖外壳(1)和底座外壳(2)之间的自由拆卸和安装。
5.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：
所述的底座外壳(2)底部设有凸耳作为底座外壳固定板(4)，底座外壳固定板(4)通过螺丝固定在系统底座(10)上，实现底座外壳(2)可自由拆卸和安装地安装于系统底座(10)上。
6.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的顶盖外壳(1)底端的一侧开设缺口，缺口用于待测器件水平装入和放置；顶盖外壳(1)底端未开设缺口的另一侧固定布置射频电流探针(15)。
7.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的顶盖外壳(1)下端口的口径大于底座外壳(2)顶面端口的口径，使得顶盖外壳(1)底面和底座外壳(2)顶面之间形成用于射频电流探针(15)和待测器件放置的台阶。
8.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述的T形板中部的两侧设有螺丝孔(13)，螺丝孔(13)通过螺丝安装于底座外壳(2)顶面端口上。
9.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：所述测试系统针对泡棉和导电布等缝隙屏蔽材料的待测器件(19)进行测试。
10.根据权利要求1所述的一种多频点射频阻抗和电流测试系统，其特征在于：待测器件(19)放置在底座内芯(6)上端面的金属片上(18)，通过升降支架带动压力计(16)下压，进而经顶盖内芯(3)将待测器件压紧。
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