CN111398693A - 一种基于s参数网络分析仪测量真空电容esr和q值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，该方法包括：将S参数网络分析仪的两测试端口通过传输线缆连接测试夹具；将待测真空电容的两端连接在所述测试夹具中的微带线与地线之间；测量待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值；根据待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，计算输出该待测真空电容的ESR值和Q值。本发明所示方法首先利用S参数网络分析仪计算出真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，再根据谐振频率、S21数值与ESR和Q值之间的关系可准确计算出ESR和Q值，具有测量结果准，测试过程简单方便的优点。

Description

一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法
技术领域
本发明涉及真空电容检测技术领域，尤其涉及一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法。
背景技术
真空电容器就是以真空作为介质的电容器。这种电容器的电极组是采用高导无氧铜带通过一整套高精度模具一道道引伸而形成的一组同心圆柱形电极被密封在一个真空容器中。因此其性能稳定可靠，不容易产生飞弧、电晕等现象。
理论上，电容自身不会产生任何能量损失，但是实际上，因为制造电容的材料有电阻，电容的绝缘介质有损耗，这个损耗在外部，表现为就像一个电阻跟电容串连在一起，所以该电阻称之为“等效串连电阻”，简称为ESR。
而电容的Q值是衡量电容器件的主要参数.是指电容器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的容抗与其等效损耗电阻之比。
电容的ESR和Q值对电容在高频应用电路中产生的影响巨大，如不能准确测量ESR和Q值会严重影响电容的使用效果。鉴于此，如何提供一种准确测量真空电容ESR和Q值的方法是本领域技术人员需要解决的技术难题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，包括：
步骤一：将S参数网络分析仪的两测试端口通过传输线缆连接测试夹具；
步骤二：将待测真空电容的两端连接在所述测试夹具中的微带线与地线之间；
步骤三：测量待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值；
步骤四：根据待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，计算输出该待测真空电容的ESR值和Q值。
可选地，所述S参数网络分析仪的响应频率的下限不高于200kHz，所述S参数网络分析仪的响应频率的上限不低于3GHz。
可选地，所述传输线缆与所述测试夹具的阻抗不低于50Ω。
可选地，步骤二连接完成后，对所述S参数网络分析仪进行通路校准。
可选地，所述通路校准后的驻波比VSWR不大于1.01。
可选地，所述待测真空电容的两端焊接在所述测试夹具中的微带线与地线之间。
可选地，所述测试夹具的介电常数为3.5，厚度为1.52mm，损耗角正切0.001。
可选地，所述微带线与地线之间的距离为1.5mm。
可选地，在S参数网络分析仪响应频率范围内每间隔固定频率范围测量一次待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明所示方法首先利用S参数网络分析仪计算出真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，再根据谐振频率、S21数值与ESR和Q值之间的关系可准确计算出ESR和Q值，具有测量结果准，测试过程简单方便的优点。
除此之外，本发明所示方法中S参数网络分析仪的两测试端口通过已知参数的传输线缆连接测试夹具再连接待测真空电容的方法，可大大降低分布参数对测试结果的影响，从而进一步提高了检测的准确度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一实施例所示方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法。
参阅附图1所示，本发明实施例的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，包括：
步骤一：将S参数网络分析仪的两测试端口通过传输线缆连接测试夹具；
步骤二：将待测真空电容的两端连接在所述测试夹具中的微带线与地线之间；
步骤三：测量待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值；
步骤四：根据待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，计算输出该待测真空电容的ESR值和Q值。
在本发明实施例中，首先利用S参数网络分析仪的两测试端口通过传输线缆连接测试夹具，利用测试夹具中的微带线与地线之间将待测真空电容连接到S参数网络分析仪的电路中，通过S参数网络分析仪的S参数网络分析功能计算出待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值。随后，根据趋肤效应公示（1）、ESR（S21）转换公示（2）及Q值计算公示（3）计算出待测真空电容的ESR值和Q值。
其中趋肤效应公示（1）、ESR（S21）转换公示（2）及Q值计算公示（3）如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
······················（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
·······················（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
·························（3）
由此，可方便准确地计算出真空电容的ESR值和Q值。
具体地，根据本发明实施例的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法中，S参数网络分析仪的响应频率的下限不高于200kHz，所述S参数网络分析仪的响应频率的上限不低于3GHz，上限不低于3GHz的S参数网络分析仪，利用其宽裕的响应区间可以大大提高真空电容的ESR值和Q值测试的准确性。
具体地，所述传输线缆与所述测试夹具的阻抗不低于50Ω。一般地，真空电容的ESR值较小，低于0.5Ω。因此，选用阻抗不低于50Ω的测试夹具与待测的真空电容并联（相差100倍以上），可以忽略大阻抗的测试夹具对测试结果的影响。
具体地，在本发明实施例的步骤二连接完成后，可以对所述S参数网络分析仪进行通路校准，当所述通路校准后的驻波比VSWR不大于1.01时，说明S参数网络分析仪的响应区间较宽裕，在检测过程中的响应范围很宽，检测的结果稳定性较好。
具体地，所述待测真空电容的两端焊接在所述测试夹具中的微带线与地线之间，述测试夹具的介电常数为3.5，厚度为1.52mm，损耗角正切0.001，所述微带线与地线之间的距离为1.5mm。测试夹具的选择基于微带传输线理论，选用高品质微波介质板，可以减轻寄生参数的影响和所测频率范围的限制，能大大提高测试的准确性。
具体地，在S参数网络分析仪响应频率范围内每间隔固定频率范围测量一次待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，这样可以在整个响应范围内在不同频率段内多次测试，具有非常高的代表性。
综上所示，本发明实施例所示方法首先利用S参数网络分析仪计算出真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，再根据谐振频率、S21数值与ESR和Q值之间的关系可准确计算出ESR和Q值，具有测量结果准，测试过程简单方便的优点。除此之外，本发明实施例所示方法中S参数网络分析仪的两测试端口通过已知参数的传输线缆连接测试夹具再连接待测真空电容的方法，可大大降低分布参数对测试结果的影响，从而进一步提高了检测的准确度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

Claims (9)

1.一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，包括：
步骤一：将S参数网络分析仪的两测试端口通过传输线缆连接测试夹具；
步骤二：将待测真空电容的两端连接在所述测试夹具中的微带线与地线之间；
步骤三：测量待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值；
步骤四：根据待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值，计算输出该待测真空电容的ESR值和Q值。
2.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述S参数网络分析仪的响应频率的下限不高于200kHz，所述S参数网络分析仪的响应频率的上限不低于3GHz。
3.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述传输线缆与所述测试夹具的阻抗不低于50Ω。
4.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，步骤二连接完成后，对所述S参数网络分析仪进行通路校准。
5.根据权利要求4所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述通路校准后的驻波比VSWR不大于1.01。
6.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述待测真空电容的两端焊接在所述测试夹具中的微带线与地线之间。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述测试夹具的介电常数为3.5，厚度为1.52mm，损耗角正切0.001。
8.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，所述微带线与地线之间的距离为1.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种基于S参数网络分析仪测量真空电容ESR和Q值的方法，其特征在于，在S参数网络分析仪响应频率范围内每间隔固定频率范围测量一次待测真空电容在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21数值。
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