【原创设计】TRL微波器件测量去嵌入校准–夹具设计

微波电路设计中,经常需要测量微波器件的S参数,由于矢量网络分析仪(VNA)只能测量待测物(DUT)接口与测量端口一致的部件,如同轴端口,波导端口等,无法直接测量微波器件,所以需要单独制作夹具(Fixture)。夹具设计一方面用于固定DUT,如贴片型电容、电感等,另一方面实现DUT接口与VNA端口的转换。

      一种常用的夹具设计如上图所示,其中待测微波器件两端与平面传输线相连,如微带线、共面波导等,例如通过焊接的方式固定器件。

夹具两端具有平面传输线到同轴的转换结构,方便与VNA相连进行测试,例如利用SMA转接头实现信号传输

     一般矢量网络分析仪厂商都会提供专门的去嵌入测量夹具,该夹具会经过严

格的校准,得到的结果精度非常高,但价格昂贵,而且无法兼容所有器件封装。对于没有提供厂商参考测量的器件,为获取其 S 参数,可以自行设计低成本的TRL 校准件和测量夹具。

(1)简易型TRL测试夹具设计

    一套简易的TRL测量夹具如下图所示,包含一个反射校准件、三个不同长度直通校准件(两个作为延时校准件)和一个可串联接入DUT 的测试件。实际加工制作时只要处理好传输线阻抗设计以及同轴到传输线的匹配问题,就可以得到器件真实的频率响应。

(2)免焊接TRL测试夹具设计

    在实际使用该夹具时,待测器件需要通过焊接方式进行固定,虽然焊接的电连接可靠性高,但由于焊接引入的高温可能会对器件的性能造成影响,并且反复的焊接也会降低校准件的使用寿命。为此专门制作了一种采用压接方式固定待测器件的免焊接测量夹具。

测试夹具设计3D效果图

    如上图所示,该夹具原始设计分为滑轨、滑块(左中右三块)和压接支架三个部分,其中滑块左右两端为同轴微带转换部分,底座固定于滑轨,可左右自由滑动;中间滑块采用插接方式放入轨道,可根据需要进行替换,用于放置不同长度的校准件和测量件;滑块之间微带线共地(测量时滑块底座紧密压接)。

    实际加工测试中发现,中间滑块与压接支架部分配合良好,但与左右滑块之间的电连接设计在高频时性能较差,为此,对上述设计进行改进,将中间滑块取消,微带线与左右滑块直接装配,微带线与同轴芯线之间采用压接方固定,最终加工的测量夹具如下图所示。

微波器件去嵌入测量真实场景

探针压接前

探针压接后

    整个装置固定于光学平台,压接支架末端探针距离传输线的纵向距离为 1-8 mm 可调,滑块在滑轨上自由滑动,并可在滑轨任意位置锁停。与简易型测量夹具相比,该夹具具有器件测量无损、快速、可重复性高等优点。

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