0.1~12 GHz SMD 元件测量与校准方法的研究

杨 贺 电子科技大学 四川成都 611731

【文章摘要】

通过研究国内外资料我们发现，现阶段对于SMD（无源表面贴装元器件）的微波测量方法（2GHz 以上）还非常有限，该频段的测量技术较为缺乏，国内还基本没有合适通用的测量方法。本文设计了在0.1~12GHz 频段上对SMD 元件的测量与校准方法。通过TRL 校准方法在2~12GHz 进行测量与校准，并且为了扩展低频段测量范围我们加入了TRM 校准方法实现低频段的校准与测量。并且通过我们设计的可调夹具测量了电容元件与电阻元件验证了方法的可行性。另外，通过多次测量以及对结果的分析验证了本文的测量与校准方法是可行的的，且具备良好的重复性。

【关键词】

SMD ；可调夹具；微波测量；TRM 校准方法

0 引言

通过研究国内外文献资料我们发现，当前对于SMD（无源表面贴装元器件）的微波测量方法非常有限，在较低频率段主要采用LCR 电表或者阻抗分析仪对被测器件进行测量，而在频率较高的微波波段对电子元器件的测量主要运用微波网络分析的技术，通过矢量网络分析仪来测量元器件的微波散射参数（S 参数），通过对网络S 参数的校准、分析、计算来得到待测元器件的网络外部散射参数，进而得到被测元器件在微波波段下的测量数据。

本文采用TRL 以及TRM 联合的校准方法，通过在高低频段的分别校准并且综合分析来得到较为完整的被测元器件数据。

1 理论分析

1.1 十项误差模型及校准

在二端口网络分析中通常运用10 误差参数模型，对10 项误差参数模型的校准我们采用TRL 方法，在二端口网络中依次接入直通、反射、传输、匹配四个校准件并测量记录四次网络的传输以及反射参数。并建立方程分析求解。

1）直通（T）校准件，直接连通测量网络的两个端口，相当于接入了一个散射参数为S21=S12=1，S11=S22=0 的标准网络，可以得到S 参数为：

2）反射（R）校准件，二端口网络间接入全反射开路（或短路）校准电路，设网络端口的反射系数为ГR，相当于网络端口间接入了一个散射参数为S21=S12=0，S11=S22=ГR 的网络，可以得到S 参数为：

3）传输线（L）校准件，在直通校准件的基础上延长一段传输线，把此校准件接入二端口网络中，相当于接入了一个散射参数为S11=S22=0，S11=S22=e-jβl，测得的S 参数值为：

4）匹配（M）校准件，匹配校准件应用于较低频率段上，作用相当于传输线（L）校准件，由于高频段的寄生参数问题无法应用，可以很好的弥补传输线校准件测试频率范围有限的问题。S 参数计算公式与（1-9）~（1-12）基本相同，只是S11=S22=X。由上面这十二个方程可以推导计算出10 项误差参数值，然后，用矢量网络分析仪测量元器件的散射参数，一并代入信号流图Mason 公式，即可得到被测元器件的散射参数S 的真值。其中根据上面的十二个方程，可以计算得到十项误差参数的隐式解表达式，并且可以进一步计算出S 参数的真值。

2 测试夹具及校准件

2.1 夹具设计

可调测试夹具结构较为复杂，所以我们应用SolidWorks 设计软件进行三维立体设计。先构思设计各个三维零部件，然后进行总的装配，把各个零部件组装使用，这样设计的思路清晰并且加工方便，我们设计的可调夹具在尺寸尽可能小的情况下，保证了SMA 探针的对心精确，探针与校准件、测试件的接触压力可调，且能保持良好的水平稳定性。

同时，因为为每个校准件以及测量件设计了可移动的基座，实现了可调夹具的反复测量，并且达到良好效果。

底座两项重点设计：第一，反射件的设计，金属短路壁比微带传输线高出3cm，在微带与金属壁间形成良好短路，且降低了高频环境下电磁波的干扰作用。第二，升降可调底座结构，通过一个斜螺纹杆与固定长螺母的弹簧结构达到即可以调节底座与探针接触压力的大小同时又通过销钉保证探针与微带中心接触，实现了良好的重复性和精确性。

2.2 校准件设计

校准件包括直通（T）、反射（R）、传输线（L）以及匹配（M）四种校准微带电路，通过分别测量读出数据并计算可以进行校准。

3 测试结果分析

1）我们选用达利凯普（Dalicap）公司的一系列DLC10B 电容进行测试结果分析。封装规格为1111，精度为±5%。通过分析测量结果，通过电容的S21 参数曲线可以得到电容的串并联谐振频率，随着电容值的增大，串并联谐振频率降低，符合电容的变化预期规律，另外我们通过达利凯普公司给出的电容值对应的的串联谐振频率，可以看到2.0PF 电容对应的串联谐振频率约在3.35GHz 左右，3.9PF 电容对应的串联谐振频率约在2.25GHz 左右，与本文的测试结果基本吻合。误差在5% 以内，结果符合预期目标。

2）100Ω 电阻。我们选用市面上常见的100Ω 电阻，精度为千分之一，用万用表测量的到结果为99.9Ω，经过计算分析得出的测试结果电阻值在99.6Ω~100.3Ω 之间，测试结果误差在可以接受范围，达到良好的验证目的。

4 结论

通过实际试验以及结果分析表明，本文的测试方法是正确可行的，本文设计的可调夹具可以达到良好的效果，并且通过多次测量证明试验系统具有良好的重复性。完成了本文的预期目标。__