CN111579874A - 一种高反射度器件的热态阻抗测试*** - Google Patents

一种高反射度器件的热态阻抗测试*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高反射度器件的热态阻抗测试***，包括矢量网络分析仪、第一功率放大器、第二功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第一Bias‑Tee偏置器、第二Bias‑Tee偏置器、ESG信号发生器、直流电源、被测器件、无源调谐器；本发明提供改善有源技术和无源技术中最大可合成反射系数都受限制的问题，将无源阻抗调谐器和有源阻抗调谐器相结合，能在一定程度上提高最大可合成反射系数值的一种可用于高反射度器件的热态阻抗测试方法。

Description

一种高反射度器件的热态阻抗测试***
技术领域
本发明涉及射频电路测试技术领域，更具体的说，它涉及一种高反射度器件的热态阻抗测试***。
背景技术
器件的热态阻抗对于确定其在射频功率放大器(RFPA)等非线性应用中的性能时至关重要的。根据热态阻抗测试***中阻抗调谐器的种类可以将测试***分为两类，基于无源阻抗调谐器的无源技术和基于有源阻抗调谐器的有源技术。基于无源技术主要用于需要较高稳定度的应用中，它没有任何振荡，具有较高的功率处理能力。但这类***本质上是无源的，合成的反射系数大小通常受限于调谐器和相关电缆的固有损耗，限制了最大实现反射系数从而限制了合成阻抗。任何标准无源负载牵引通常都不能合成Smith圆图边界附近的反射系数。因此，对于具有低输出阻抗(2Ω或以下)即高反射系数的DUT，不可能合成合适的匹配阻抗。而有源技术理论上可以在Smith圆图的边界附近和边界上合成反射系数，但在实际应用中受到ESG输出功率和PA性能的限制，虽然比无源负载牵引技术的性能有所提高，但通常也不能合成Smith圆图部分边界附近及边界上的反射系数。为了改善这两种***中最大可合成反射系数受限的问题，本文新提出了一种可用于高反射度器件的热态阻抗测试***。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供改善有源技术和无源技术中最大可合成反射系数都受限制的问题，将无源阻抗调谐器和有源阻抗调谐器相结合，能在一定程度上提高最大可合成反射系数值的一种可用于高反射度器件的热态阻抗测试方法。
本发明的技术方案如下：
一种高反射度器件的热态阻抗测试***，包括矢量网络分析仪、第一功率放大器、第二功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第一Bias-Tee偏置器、第二Bias-Tee偏置器、ESG信号发生器、直流电源、被测器件、无源调谐器；矢量网络分析仪与ESG信号发生器、第一功率放大器、第一耦合器、第二耦合器连接，第一耦合器与第一功率放大器、第一Bias-Tee偏置器连接，第一Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第一Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二耦合器与无源调谐器、第二Bias-Tee偏置器连接，第二Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第二Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二功率放大器与无源调谐器、ESG信号发生器连接；第一功率放大器、第二功率放大器的输出端都设置环形器；ESG信号发生器通过GPIB线与电脑连接，并由电脑控制ESG信号发生器的输出功率；
其中，本***在接入无源调谐器前，其中靠近被测器件的一侧的平面的反射系数满足如下公式：
Figure BDA0002432764760000021
ΓIN为两个调谐器产生的总反射系数，S为无源调谐器的S参数，ΓL为有源调谐器产生的反射系数。
本发明相比现有技术优点在于：本发明可以固定无源调谐器的阻抗点即固定其S参数调节有源调谐器中的ESG信号发生器输出功率，也可以固定ESG信号发生器输出功率调节无源调谐器的阻抗点从而调节S参数，即可合成Smith圆图边界附近及边界上的反射系数。本发明改善有源技术和无源技术中最大可合成反射系数都受限制的问题，将无源阻抗调谐器和有源阻抗调谐器相结合，能在一定程度上提高最大可合成反射系数值。
附图说明
图1为有源热态阻抗测试***结构图；
图2为本发明的新型热态阻抗测试***结构图；
图3为本发明的测试***负载端简化图；
图4为***测试结果与传统测试结果的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图4所示，一种高反射度器件的热态阻抗测试***，包括矢量网络分析仪、第一功率放大器、第二功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第一Bias-Tee偏置器、第二Bias-Tee偏置器、ESG信号发生器、直流电源、被测器件、无源调谐器；矢量网络分析仪与ESG信号发生器、第一功率放大器、第一耦合器、第二耦合器连接，第一耦合器与第一功率放大器、第一Bias-Tee偏置器连接，第一Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第一Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二耦合器与无源调谐器、第二Bias-Tee偏置器连接，第二Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第二Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二功率放大器与无源调谐器、ESG信号发生器连接；第一功率放大器、第二功率放大器的输出端都设置环形器；ESG信号发生器通过GPIB线与电脑连接，并由电脑控制ESG信号发生器的输出功率。在大信号测试中考虑到矢量网络分析仪内部的耦合器精度不够高，故在本***中接入了外置的高精度的第一耦合器和第二耦合器，可以缩短校准路径提高校准精度。第一功率放大器的源端利用矢量网络分析仪的3端口作为信号源产生输入信号，输出范围为-20dBm到10dBm，经过第一功率放大器的放大后作为被测器件的输入信号。
***中的ESG信号发生器、功率放大器和环形器组成有源调谐器。通过控制注入信号的幅度和相位，可得到特定负载参考平面处的阻抗，而反射系数取决于ESG信号发生器的输出功率和驱动功率大器的有效增益。接在功率放大器输出端的环形器可以防止反射波进入功率放大器及ESG信号发生器，而造成损坏。实际测试中ESG信号发生器的输出信号功率和功率放大器的放大性能有限，不能合成Smith圆图边界附近的反射系数。未使用无源调谐器的有源热态阻抗测试***可合成的反射系数的仿真结果如图4中(a)所示。
本***在接入无源调谐器前，本***将提供预调节，从而减小所需的有源调谐器输出功率，降低对ESG信号发生器和功率放大器性能的要求。此时如果接入无源调谐器，可以对无源调谐器可以简单的看作一个二端口网络，***负载端简化图如图3所示，且其中靠近被测器件的一侧的平面的反射系数满足如下公式：
Figure BDA0002432764760000041
ΓIN为两个调谐器产生的总反射系数，S为无源调谐器的S参数，ΓL为有源调谐器产生的反射系数。
本***可以固定无源调谐器的阻抗点，即固定其S参数调节有源调谐器中的ESG信号发生器的输出功率；也可以固定ESG信号发生器的输出功率以调节无源调谐器的阻抗点，从而调节S参数，即可合成Smith圆图边界附近及边界上的反射系数。本***可合成的反射系数的仿真结果如图4中(b)所示。通过对比，可看出本***有了明显的改善。
由于同时使用了无源调谐器和有源调谐器，所以本***需要进行多步校准。具体的***运作步骤如下(其中未做特殊说明的都采用常规技术手段)：
步骤1：搭建如图1所示的有源热态阻抗测试***，并用GPIB连接线将矢量网络分析仪与电脑相连，在矢量网络分析仪中设置测试相关参数如测量频率等。
步骤2：对该测试***进行矢量校准，使用射频GSG探针分别测量校准片上的Thru(直通)校准件、Reflect(反射)校准件、Match(匹配)校准件。再对测试***进行功率校准。校准完成后通过直通校准件的测量数据来判断校准质量。
步骤3：使用射频GSG探针测量DUT即被测器件，先进行功率扫描，找出其工作点，再进行热态阻抗测试。通过调节ESG信号发生器的输出功率可发现无法合成所需反射系数。
步骤4：将上述测试***断开，将测试电缆连接在矢量网络分析仪两端，然后利用校准件在电缆端口对适量网络分析仪进行校准，校准完成后利用直通校准件的测量数据来判断校准质量。
步骤5：将对除有源调谐器之外的器件用测试电缆相连加入测试***，先利用FDCS软件先进行在片TRL校准，然后将探针扎在Thru(直通)校准件上对tuner进行校准，得到校准文件。
步骤6：将无源调谐器的source端与测试电缆断开，接入有源调谐器结构，搭建如图2所示的新型热态阻抗测试***。因为测试***发生了改变，需要重新对该***进行矢量校准。在矢量网络分析仪中设置测试相关参数。
步骤7：搭建完成后对测试***进行矢量校准，使用射频GSG探针分别测量校准片上的Thru(直通)校准件、Reflect(反射)校准件、Match(匹配)校准件，再利用功率计进行功率校准。校准完成后通过直通校准件的测量数据来判断校准质量。
步骤8：使用射频GSG探针测量DUT。可设置好ESG信号发生器输出功率后保持不变，扫描无源调谐器的阻抗值选择合适的区域合成所需反射系数。或者设置好无源调谐器的阻抗值保持不变，扫描ESG信号发生器输出功率选择合适的值合成所需反射系数。从而可得最大效率点和最大输出功率点。
综上，图4中a图为有源热态阻抗测试***可合成的阻抗区域，b图为新型热态阻抗测试***可合成的阻抗区域，其中黑色实点为需要合成的阻抗。通过对比可发现，与普通有源热态阻抗测试技术相比，本***由于加入了无源调谐器，显著增大了可合成的反射系数的区域，能合成目标阻抗点，在性能上有了明显的改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种高反射度器件的热态阻抗测试***，其特征在于，包括矢量网络分析仪、第一功率放大器、第二功率放大器、第一耦合器、第二耦合器、第一Bias-Tee偏置器、第二Bias-Tee偏置器、ESG信号发生器、直流电源、被测器件、无源调谐器；矢量网络分析仪与ESG信号发生器、第一功率放大器、第一耦合器、第二耦合器连接，第一耦合器与第一功率放大器、第一Bias-Tee偏置器连接，第一Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第一Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二耦合器与无源调谐器、第二Bias-Tee偏置器连接，第二Bias-Tee偏置器上设置GSG探针，且第二Bias-Tee偏置器与直流电源、被测器件连接；第二功率放大器与无源调谐器、ESG信号发生器连接；第一功率放大器、第二功率放大器的输出端都设置环形器；ESG信号发生器通过GPIB线与电脑连接，并由电脑控制ESG信号发生器的输出功率；
其中，本***在接入无源调谐器前，其中靠近被测器件的一侧的平面的反射系数满足如下公式：
Figure FDA0002432764750000011
ΓIN为两个调谐器产生的总反射系数，S为无源调谐器的S参数，ΓL为有源调谐器产生的反射系数。
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