濾波器測(cè)試夾具的研究

袁帥+李睿

摘 要：針對(duì)低通濾波器LFCN-1000的測(cè)試，設(shè)計(jì)制作了一套其S參數(shù)的測(cè)試夾具。采用電磁仿真軟件ADS進(jìn)行仿真匹配，提取等效電路逐一進(jìn)行修正。設(shè)計(jì)電路板、適配器，組裝夾具對(duì)該微波器件進(jìn)行測(cè)試。給出了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試出的S參數(shù)的截圖，與器件的官方資料相對(duì)應(yīng)，滿(mǎn)足使用的要求。該測(cè)試方法對(duì)其他種類(lèi)的微波器件測(cè)試也具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：濾波器；測(cè)試夾具；適配器；仿真匹配

中圖分類(lèi)號(hào)：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0043-02

1 概述

隨著微波器件應(yīng)用的推廣，各單位對(duì)微波器件的需求日益增加，特別是軍品微波器件需要進(jìn)行二次篩選，目前國(guó)內(nèi)外都是采用人工手動(dòng)焊接的方式對(duì)部分微波器件的部分參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。但這種方法操作不便，容易造成被測(cè)器件的損傷，影響器件的后續(xù)使用，且有些微波器件尺寸較小，手工焊接的難度較大。所以這種測(cè)試方法不適合批量的檢測(cè)。所以在篩選時(shí)由于沒(méi)有相應(yīng)的配套夾具，從而導(dǎo)致其無(wú)法篩選。

微波器件工作頻率高，對(duì)測(cè)試夾具和適配器要求都非常高，普通的夾具和適配衰減量較大，影響測(cè)試的效果和精度。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要將所有有可能造成影響的各個(gè)因素都考慮在內(nèi)，采用電磁仿真軟件進(jìn)行仿真匹配，提取等效電路逐一進(jìn)行修正。另外在適配器設(shè)計(jì)中也充分考慮人機(jī)工程，如從電路板上引出的射頻接頭方便測(cè)試時(shí)測(cè)試線(xiàn)的裝卸，設(shè)計(jì)與器件大小匹配的定位板方便換取被測(cè)器件等。本論文以低通濾波器LFCN-1000為例，驗(yàn)證夾具的技術(shù)指標(biāo)。

2 測(cè)試參數(shù)的傳輸線(xiàn)理論

2.1 分析駐波、反射系數(shù)

傳輸線(xiàn)理論是分布參數(shù)電路理論，它在場(chǎng)分析和基本電路理論之間架起了橋梁，隨著工作頻率的升高，波長(zhǎng)不斷的減小，當(dāng)波長(zhǎng)可以與電路的幾何尺寸相比擬時(shí)，傳輸線(xiàn)上的電壓和電流將隨空間位置的不同為變化，使電壓和電流呈現(xiàn)出波動(dòng)性，這一點(diǎn)與低頻電路完全不同。反射系數(shù)通常是指電壓反射系數(shù)，指?jìng)鬏斁€(xiàn)上任一點(diǎn)反射波電壓與入射波電壓之比值，公式為。

駐波系數(shù)為傳輸線(xiàn)上電壓最大點(diǎn)與電壓最小點(diǎn)的電壓振幅之比，用VSWR或表示，駐波系數(shù)也稱(chēng)為電壓駐波比。將反射系數(shù)模值以dB形式表示，即為回波損耗，它表示測(cè)試端面的入射波信號(hào)被反射的大小程度，其物理意義為所考慮的反射系數(shù)比全反射減少的分貝數(shù)，數(shù)學(xué)表示式為：

式中：表示被測(cè)件一端的回波損耗，單位為dB；

表示被測(cè)件一端的反射系數(shù)，是無(wú)量綱的量；

表示被測(cè)件一端的駐波比，是無(wú)量綱的量。

在任何微波系統(tǒng)中，為了保證傳輸效率，減小傳輸損耗和避免大功率擊穿，通常都盡量使系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出阻抗等于傳輸系統(tǒng)的特性阻抗，使傳輸線(xiàn)系統(tǒng)處于行波狀態(tài)，從而避免反射和駐波的產(chǎn)生。

2.2 衰減/插入損耗

信號(hào)在傳輸中由于損耗和反射會(huì)被衰減，信號(hào)頻率越高衰減越大，衰減表征了無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的幅度在傳輸過(guò)程中減弱的程度，是微波器件測(cè)試的一個(gè)重要指標(biāo)。衰減是指在理想匹配的系統(tǒng)中插入被測(cè)件時(shí)，被測(cè)件的入射功率與出射功率之比。常用對(duì)數(shù)形式表示，以dB為單位，符號(hào)用A表示。A=10 lg（P1/P2）

式中：P1表示被測(cè)件輸入端的入射功率，單位為W或mW；

P2表示被測(cè)件輸出端的出射功率，單位為W或mW。

3 仿真匹配

微波器件工作頻率較高，對(duì)測(cè)試夾具和適配器要求都非常高，普通的夾具和適配器衰減量較大，嚴(yán)重影響測(cè)試的效果。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要將所有有可能造成影響的各個(gè)因素都考慮在內(nèi)，采用電磁仿真軟件Advanced Design System（簡(jiǎn)稱(chēng)ADS）進(jìn)行仿真匹配，提取等效電路逐一進(jìn)行修正。需要仿真修正的因素主要有以下三點(diǎn)：（1）被測(cè)器件與印制電路板的匹配仿真、微帶線(xiàn)的線(xiàn)寬及走線(xiàn)方式的匹配仿真、印制電路板上的微帶線(xiàn)與SMA射頻接頭的匹配仿真；（2）等長(zhǎng)校準(zhǔn)線(xiàn)適配器的設(shè)計(jì)仿真；（3）壓片的材質(zhì)，壓片與被測(cè)器件之間、被測(cè)器件與印制電路板之間以及整個(gè)系統(tǒng)的整體仿真。

根據(jù)器件的資料指標(biāo)，在A(yíng)DS中建立等效的模型進(jìn)行仿真，將各個(gè)參數(shù)逐一修正，找到信號(hào)傳輸?shù)淖罴崖窂?，直通微帶線(xiàn)最終整體仿真的結(jié)果如圖1所示。

其中差損小于0.2dB，回波損耗大于40dB，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從基本理論上保證了該方案的可行性，可以用來(lái)指導(dǎo)實(shí)際工程中的生產(chǎn)。

4 工程中的實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)仿真匹配中最終的等效電路，繪制高頻微波電路板，圍繞微波電路板配套整個(gè)夾具適配器。該測(cè)試夾具電路板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用微波傳輸線(xiàn)與射頻連接器相連即可。

其中，定位板材質(zhì)為聚四氟乙烯，其介電常數(shù)與空氣接近，以使得對(duì)電磁場(chǎng)的影響較小。本夾具采用具有緊縮功能的凹槽，采用壓接的方式固定被測(cè)件，不需要另外的固定或者焊接，保證了被測(cè)件固定良好，且與微波高頻板電氣連接通暢，減少了功率的衰減，對(duì)被測(cè)件無(wú)損傷。另外配套的適配器機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和加工成本低；安裝夾具的位置可調(diào)整，實(shí)用方便快捷，可操作性強(qiáng)。

在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)過(guò)程中，直通校準(zhǔn)選取我們?cè)O(shè)計(jì)的直通校準(zhǔn)件。該校準(zhǔn)件線(xiàn)長(zhǎng)、線(xiàn)寬、射頻接頭連接方式等都與測(cè)試夾具相同，通過(guò)校準(zhǔn)歸一化可以去除掉這部分損耗，通帶插入損耗小于2dB，電壓駐波比小于1.5，帶外抑制大于25dB，滿(mǎn)足器件使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)測(cè)試夾具的研究，利用現(xiàn)有的工藝條件，研制了一種用來(lái)測(cè)試低通濾波器的裝置。從設(shè)計(jì)的仿真匹配到最后用于工程，將理論與實(shí)際聯(lián)系到一起。設(shè)計(jì)的夾具實(shí)用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)驗(yàn)證，滿(mǎn)足器件技術(shù)指標(biāo)的要求，解決了該型號(hào)微波器件測(cè)試篩選問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]欒恩杰.無(wú)線(xiàn)電電子學(xué)計(jì)量[M].原子能出版社，2002：111-197.

[2]陳昌伍，付志平.表面貼裝微波器件測(cè)試工裝[M].成都泰格微電子研究所有限責(zé)任公司，2012.

[3]梁法國(guó)，吳愛(ài)華.微波低噪聲封裝器件用噪聲參數(shù)測(cè)試夾具[M].中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，2013.endprint