【原创设计】TRL微波器件测量去嵌入校准–程序代码

写在前面

由于研究需要,本人深入学习实践了基于微波测试的器件仿真建模技术,至今九年有余。回顾研究经历,从最简单的直通校准到严格的TRL校准,从普通的SAM焊接接头到精密的V波段免焊接接头,从0603封装贴片电容的焊接固定到0201封装贴片二极管的物理压接,从板上集成的直流偏置设计到宽带外接偏置器的模块设计,从简单的离散端口设置到复杂的三维模型建模,一直朝着提高器件测试频率、仿真建模精度的方向努力,积累的不少工程经验和认识。前期已经给大家讲解了经典TRL去嵌入的算法原理夹具设计实验验证,此处补充分享个人测试数据处理程序,供研究和教学之用。

2011年基于共面波导传输线的二极管测试

1、历史及最新版本

Version1.0

2013年,根据美国伊利诺伊大学(University of Illinois)Jose E. Schutt-Aine教授的自动微波测试讲义,系统学习了TRL校准的算法,利用Matlab编写了最初的去嵌入算法程序,2017年上半年正好有点空闲,整理后分享形成该版本。

TRL 去嵌入程序(截图)
TRL 去嵌入程序(实测验证)

Version 1.1

2017年下半年,设计了Matlab的GUI界面,方便数据导入导出,检查测试S数据,评估校准件质量,对比相关测试结果。另外专门针对国产的矢量网络分析仪,设计了程控程序,可直接从仪器中读取测试数据(避免数据导入导出),仅供专业人士参考。

Version 2.0

2019年下半年,最新几个版本Matlab都不再支持原有的GUI设计模式(m文件+fig文件),改用基于app设计的开发模式,遂改进去嵌入程序绘图部分UIfigure和UIaxes处理十分繁琐)。同时新增反射件分类开路和短路可选,支持TRL夹具去嵌入误差模型导出,程序暂时以p文件方式分享(中英文两个版本),附测试数据,运行如同m文件,命令窗直接输入文件名回车(去掉后缀.p)。

英文程序界面

2、注意事项及后续改进

(1)虽然Matlab对中文支持很友好,但是时不时的会出现乱码问题,例如用Matlab online运行中文版本TRLcalibration_cn_App_exported时就直接出现乱码(其实无所谓,对照截图按钮功能都是明确的)。

(2)要想得到精确的结果,请务必对所有测试数据进行检查,这里提供一些经验技巧。例如原始直通或延时校准件的S11和S22幅值一般都会较小(小于-10dB,同轴到PCB匹配良好),S21和S12幅值较大(DC及低频接近0dB,低损耗),同时直通和延时件的S21或S12相位差跟物理长度差项对应;反射校准件(双端口,仅需要S11和S22)恰好相反,S21和S12幅值一般都会较小(小于-20dB),S11和S22幅值较大(接近0dB,全反射);将延时校准件或者反射校准件作为待测件进行去嵌入处理,看看是否符合预期。

(3)下一步将会增加测试数据预分析(自动验证校准件质量,欢迎大家提供测试数据),增加配置文件,方便批量数据处理。也欢迎朋友提出新的需求。

3、如何获取程序

(1)关注公众号useful4you,进入对话框输入TRLmatlab,自动回复下载地址。

(2)最新版本的程序代码还处于测试阶段,可提供给专业人士(回答群主问题证明了解TRL算法)和热心用户(分享TRL测试案例)深入研究。

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原创不易,欢迎分享,转载请注明作者和出处:useful2you,有点小用吧

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补-网友问题

(1)Q:反射件只有一个,测试的单端口S参数如何转化为双端口S参数?

A:每个频点对应双端口S参数为四个变量(S11,S12;S21,S22),利用单端口S参数S11替换上述S11和S22,剩余的S12和S21因为不需要用到,直接默认为0就好,对应的matlab代码如下:

filename ='ref-1P.s1p';
% import single port Sparameters.
data = sparameters(filename);
freq = data.Frequencies;
Sparam = data.Parameters;

% enforce S11 = S22, S12=S21= 0
Sparam0 = zeros(2,2,length(freq));
Sparam0(1,1,:) = Sparam(1,1,:);
Sparam0(2,2,:) = Sparam(1,1,:);
Sparam0(1,2,:) = Sparam(1,1,:)*0;
Sparam0(2,1,:) = Sparam(1,1,:)*0;

% export s parameters
rfwrite(Sparam0,freq,'ref-2P.s2p');

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