CN116338549A - 非对称共面波导校准件 - Google Patents

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冯楠轩
肖佳琪
刘福涵
丁敬垒
胡鸿
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
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Abstract

本发明公开了一种非对称共面波导校准件，包括短路标准件、开路标准件、负载标准件和直通标准件，短路标准件包括同轴设置的第一矩形部和第二矩形部，第一矩形部为金属电路图形制成的信号线，第二矩形部为金属电路图形制成的地线，以第一矩形部和第二矩形部同轴的方向为y轴建立坐标系，则x轴为第一矩形部和第二矩形部的宽度方向，两矩形部宽度均大于等于针尖宽度，且第二矩形部长度至少为第一矩形部长度的两倍；开路标准件、负载标准件、直通标准件均在短路标准件基础上制得。本发明能解决了非对称探针的探针校准问题，其校准效果在10MHz‑40GHz范围内，回波损耗小于‑20dB，插入损耗小于0.5dB，表现出良好直通的性能，表明上述校准准确，可以用于实际测试。

Description

非对称共面波导校准件
技术领域
本发明涉及一种校准件，尤其涉及一种非对称共面波导校准件。
背景技术
在使用矢量网络分析仪进行测试时，必须对S参数测试系统进行校准。需常见的校准方法多种，其中三种为（1）传输线-反射-反射-匹配校准件，英文为Line-Re-flect-Reflect-Match，简写为LRRM；（2）开路-短路-负载-直通校准件，英文为Short-Open-Load-Thru，简写为SOLT；（3）直通-反射-传输线校准件，英文为Thru-Reflect-Line，简写为TRL。
在校准中必须使用校准件作为标准进行校准，校准件根据不同的测试端口的类型又可以分为同轴校准件、波导校准件等，在微波集成电路测试时，根据其端口不同，需使用GSG共面波导校准件、GS或SG非对称共面波导校准件。其中，GSG为ground-signal-ground的缩写，GS为ground-signal的缩写，SG为signal-ground的缩写。
随着微波集成电路在片S参数测量需求的增加，相应校准件的用量也随之增加，目前国内目前尚无非对称共面波导的校准件的制备方式。
GS探针或SG探针，GS为ground-signal，SG为Signal-Ground，一个探针包含2个针尖，一根针尖用于接信号线，另一根接地线。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，自主研发的一种新的非对称共面波导校准件。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种非对称共面波导校准件，用于连接矢量分析仪的探针并对矢量分析仪的参数进行校准，包括制作在介质基片上的短路标准件、开路标准件、负载标准件和直通标准件；
所述探针为GS探针或SG探针，一个探针包括两个针尖；
所述短路标准件包括同轴设置的第一矩形部和第二矩形部，所述第一矩形部为金属电路图形制成的信号线，第二矩形部为金属电路图形制成的地线，以第一矩形部和第二矩形部同轴的方向为y轴建立坐标系，则x轴为第一矩形部和第二矩形部的宽度方向，两矩形部宽度均大于等于针尖宽度，且第二矩形部长度至少为第一矩形部长度的两倍；
所述开路标准件包括一短路标准件，并在该短路标准件的第一矩形部和第二矩形部间切除一段使二者断开形成开路；
所述负载标准件包括一开路标准件，且在该开路标准件的断开处，设置一段薄膜电阻将开路连通；
所述直通标准件沿Y轴同轴设置的第三矩形部和第四矩形部，所述第三矩形部为金属电路图形制成的信号线，第四矩形部为金属电路图形制成的地线，二者间设有间隙，所述间隙宽度为满足直通标准件的阻抗等于50欧姆。
作为优选：所述第一矩形部和第二矩形部宽度不同，介质基片采用氧化铝陶瓷制成，金属电路图形采用金材质。
作为优选所述负载标准件中，薄膜电阻与相连的第一矩形部和第二矩形部同轴设置，且薄膜电阻采用TaN材料制成，阻值为50欧姆。
作为优选还包括一验证电路；
所述验证电路包括一直通标准件，并在其第四矩形部远离第三矩形部的一端设置一电阻电路，其在x轴方向的长度用时延t delay 表示，并通过下式计算；
Figure SMS_1
式中，l为直通标准件的总长，c为真空光速，ε r 为相对介电常数。
与现有技术相比，本发明的优点在于：可以解决GS或SG型非对称探针的探针校准问题，其校准效果在10MHz-40GHz范围内，回波损耗小于-20dB，插入损耗小于0.5dB，表现出良好直通的性能，表明上述校准准确，可以用于实际测试。
附图说明
图1a为本发明使用SG端口时短路标准件与探针的连接示意图；
图1b为本发明使用GS端口时短路标准件与探针的连接示意图；
图2a为本发明使用SG端口时开路标准件与探针的连接示意图；
图2b为本发明使用GS端口时开路标准件与探针的连接示意图；
图3a为本发明使用SG端口时负载标准件与探针的连接示意图；
图3b为本发明使用GS端口时负载标准件与探针的连接示意图；
图4a为本发明使用SG端口时直通标准件与探针的连接示意图；
图4b为本发明使用GS端口时直通标准件与探针的连接示意图；
图5a为本发明使用SG端口时验证电路示意图；
图5b为本发明使用GS端口时验证电路示意图；
图6为本发明整体示意图；
图7a为本发明实施例2中S11参数的实测效果图；
图7b为本发明实施例2中S22参数的实测效果图；
图7c为本发明实施例2中S12参数的实测效果图；
图7d为本发明实施例2中S21参数的实测效果图。
图中：1、第一矩形部；2、第二矩形部；3、探针；4、针尖；5、薄膜电阻；6、第三矩形部；7、第四矩形部；8、电阻电路；9、短路标准件；10、开路标准件；11、负载标准件；12、直通标准件；13、验证电路；14、介质基片。
实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1a到图6，一种非对称共面波导校准件，用于连接矢量分析仪的探针3并对矢量分析仪的参数进行校准，包括制作在介质基片14上的短路标准件9、开路标准件10、负载标准件11和直通标准件12；
所述探针3为GS探针或SG探针，一个探针3包括两个针尖4；
所述短路标准件9包括同轴设置的第一矩形部1和第二矩形部2，所述第一矩形部1为金属电路图形制成的信号线，第二矩形部2为金属电路图形制成的地线，以第一矩形部1和第二矩形部2同轴的方向为y轴建立坐标系，则x轴为第一矩形部1和第二矩形部2的宽度方向，两矩形部宽度均大于等于针尖4宽度，且第二矩形部2长度至少为第一矩形部1长度的两倍；
所述开路标准件10包括一短路标准件9，并在该短路标准件9的第一矩形部1和第二矩形部2间切除一段使二者断开形成开路；
所述负载标准件11包括一开路标准件10，且在该开路标准件10的断开处，设置一段薄膜电阻5将开路连通；
所述直通标准件12沿Y轴同轴设置的第三矩形部6和第四矩形部7，所述第三矩形部6为金属电路图形制成的信号线，第四矩形部7为金属电路图形制成的地线，二者间设有间隙，所述间隙宽度为满足直通标准件12的阻抗等于50欧姆。
所述第一矩形部1和第二矩形部2宽度不同，介质基片14采用氧化铝陶瓷制成，金属电路图形采用金材质。
所述负载标准件11中，薄膜电阻5与相连的第一矩形部1和第二矩形部2同轴设置，且薄膜电阻5采用TaN材料制成，阻值为50欧姆。
本发明还包括一验证电路13；
所述验证电路13包括一直通标准件12，并在其第四矩形部7远离第三矩形部6的一端设置一电阻电路8，其在x轴方向的长度用时延t delay 表示，并通过下式计算；
Figure SMS_2
式中，l为直通标准件12的总长，c为真空光速，ε r 为相对介电常数。
本发明中，直通标准件12中间隙的距离可通过公式或者仿真计算。目前非对称共面波导的理论计算还相当复杂，可查阅相关文献。更简单的方法为采用仿真软件进行仿真，通过调整金属电路的间隙宽度来调整端口阻抗，步进可设置为1um，仿真直通标准件12的阻抗至50欧姆。
实施例2：参见图1a到图7d，采用上述方法，我们介质基片14采用氧化铝陶瓷电路板，并在介质基片14上制作了短路标准件9、开路标准件10、负载标准件11、直通标准件12和验证电路13，所述验证电路13是延时为40ps的直通测试线上。
本发明使用针间距150um的GS探针或SG探针进行校准后，再搭接在验证电路13上，对其S参数进行实测，实测效果如图7a-7d。我们设验证电路13的两端分别为一端口和二端口，S11参数为验证电路13一端口的回波损耗，S22参数为验证电路13二端口的回波损耗；S12参数为验证电路13一端口到二端口的插入损耗，S21参数为验证电路13二端口到一端口的插入损耗。从图7a-7b中可以看出，其校准效果在10MHz-40GHz范围内，回波损耗小于-20dB，从图7c-7d中可以看出，插入损耗小于0.5dB，表现出良好的直通性能，说明校准准确度高。本发明完全可以用于实际测试。
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 (4)

1.一种非对称共面波导校准件，用于连接矢量分析仪的探针并对矢量分析仪的参数进行校准，包括制作在介质基片上的短路标准件、开路标准件、负载标准件和直通标准件，其特征在于：
所述探针为GS探针或SG探针，一个探针包括两个针尖；
所述短路标准件包括同轴设置的第一矩形部和第二矩形部，所述第一矩形部为金属电路图形制成的信号线，第二矩形部为金属电路图形制成的地线，以第一矩形部和第二矩形部同轴的方向为y轴建立坐标系，则x轴为第一矩形部和第二矩形部的宽度方向，两矩形部宽度均大于等于针尖宽度，且第二矩形部长度至少为第一矩形部长度的两倍；
所述开路标准件包括一短路标准件，并在该短路标准件的第一矩形部和第二矩形部间切除一段使二者断开形成开路；
所述负载标准件包括一开路标准件，且在该开路标准件的断开处，设置一段薄膜电阻将开路连通；
所述直通标准件沿Y轴同轴设置的第三矩形部和第四矩形部，所述第三矩形部为金属电路图形制成的信号线，第四矩形部为金属电路图形制成的地线，二者间设有间隙，所述间隙宽度为满足直通标准件的阻抗等于50欧姆。
2.根据权利要求1所述的非对称共面波导校准件，其特征在于：所述第一矩形部和第二矩形部宽度不同，介质基片采用氧化铝陶瓷制成，金属电路图形采用金材质。
3.根据权利要求1所述的非对称共面波导校准件，其特征在于：所述负载标准件中，薄膜电阻与相连的第一矩形部和第二矩形部同轴设置，且薄膜电阻采用TaN材料制成，阻值为50欧姆。
4.根据权利要求1所述的非对称共面波导校准件，其特征在于：还包括一验证电路；
所述验证电路包括一直通标准件，并在其第四矩形部远离第三矩形部的一端设置一电阻电路，其在x轴方向的长度用时延tdelay表示，并通过下式计算；
Figure QLYQS_1
式中，l为直通标准件的总长，c为真空光速，ε r 为相对介电常数。
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