微波測(cè)量就是利用測(cè)量?jī)x器對(duì)微波進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)的方法。在微波元件、器件和微波設(shè)備的生產(chǎn)過程中，有許多環(huán)節(jié)需要微波測(cè)量對(duì)其零部件、半成品和成品進(jìn)行檢驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)也需要利用微波測(cè)量獲得必要的數(shù)據(jù)。微波測(cè)量所需獲得的數(shù)據(jù)包括：基本參量-頻率(或波長(zhǎng))、駐波比(或反射系數(shù))、功率。原則上其他參量都可以由此三個(gè)基本參量導(dǎo)出;其他參量-衰減、阻抗、相位、散射、諧振、交調(diào)、介電常數(shù)、品質(zhì)因數(shù)等等。

現(xiàn)有的微波測(cè)量?jī)x表可以比較完美的對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行直接或間接測(cè)量，然而在儀表和待測(cè)件的連接上卻有很多困難。 微波測(cè)量?jī)x表以及測(cè)試電纜、傳輸線的通常連接方式有 N型連接器，SMA連接器，3.5mm連接器，2.92mm連接器，2.4mm連接器，BNC連接器，波導(dǎo)連接器等等。和待測(cè)件連接后，需要對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，要求校準(zhǔn)的參考面盡量接近待測(cè)件的兩端。但是很多生產(chǎn)，設(shè)計(jì)部門需要測(cè)試和獲取參數(shù)的器件封裝形式多種多樣，無法通過以上連接方式和測(cè)試儀表直接連接，通過其他手段連接后，又很難把參考面校準(zhǔn)到所需要的器件兩端。這樣，就無法獲得器件在應(yīng)用環(huán)境下的準(zhǔn)確參數(shù)。

微波器件、組件的設(shè)計(jì)中，尤其是放大器的設(shè)計(jì)和匹配中，對(duì)所使用的微波管以及各種芯片、匹配所使用的電容電感等分離器件的準(zhǔn)確參數(shù)的缺乏限制了仿真設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，為產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)增加了極大的難度。如何獲得微波管、芯片和各種元器件的在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的準(zhǔn)確參數(shù)，成為各微波生產(chǎn)研發(fā)人員迫切需要解決的問題。

下面介紹的射頻芯片測(cè)試夾具正是為以上問題提供了專業(yè)的解決方案，便捷的連接方式，精確的校準(zhǔn)，使得微波測(cè)試測(cè)量的儀表的測(cè)量范圍延伸到了芯片以及各種器件的兩端，為設(shè)計(jì)師的各類仿真設(shè)計(jì)提供了真實(shí)應(yīng)用環(huán)境下的準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)。同時(shí)，也為生產(chǎn)批量大而需要進(jìn)行大量測(cè)試的芯片、器件廠家和生產(chǎn)商節(jié)約了大量的人力和成本。

一、 射頻芯片測(cè)試夾具主體結(jié)構(gòu)形式

射頻芯片測(cè)試夾具可以適應(yīng)大部分非同軸結(jié)構(gòu)的微波器件、芯片，因此具有多種成系列的主體結(jié)構(gòu)。下圖是射頻芯片測(cè)試夾具的幾種主體結(jié)構(gòu)及其校準(zhǔn)件，包括了測(cè)試大功率器件，微封裝器件，集成芯片等待測(cè)件的產(chǎn)品。對(duì)于大功率器件測(cè)試時(shí)產(chǎn)品還帶有獨(dú)特的散熱設(shè)計(jì)。

圖一、射頻芯片測(cè)試夾具的主體結(jié)構(gòu)形式

二、 射頻芯片測(cè)試夾具的連接方式

射頻芯片測(cè)試夾具的主要功能有兩個(gè)，一是通過測(cè)試載片和微帶電路將待測(cè)件的非標(biāo)準(zhǔn)封裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成可以和測(cè)試儀表直接連接的同軸結(jié)構(gòu);二是通過精密的自帶校準(zhǔn)件替換載片對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，使得儀表的校準(zhǔn)端面延伸的待測(cè)件兩端。夾具的連接快捷精密，一般是采用壓接式，不行固定或焊接，使用方便;在同軸到微帶的轉(zhuǎn)換中采用同軸內(nèi)導(dǎo)體和微帶線直接連接并附加介電常數(shù)補(bǔ)償，周邊采用低介電常數(shù)環(huán)境，使得信號(hào)傳輸最接近立項(xiàng)狀態(tài)。下圖是一種型號(hào)夾具微帶同軸轉(zhuǎn)換的案例，該結(jié)構(gòu)由夾具主體，滑塊和中心滑塊組成，中心滑塊即為安裝待測(cè)件載片的核心組件。

圖二、AFX-100B型的連接案例

三、射頻芯片測(cè)試夾具的校準(zhǔn)

射頻芯片測(cè)試夾具的校準(zhǔn)模式有SOLT校準(zhǔn)、TRL校準(zhǔn)、去嵌入以及多線校準(zhǔn)方案。

根據(jù)測(cè)量要求，一般我們推薦使用SOLT校準(zhǔn)和TRL校準(zhǔn)相結(jié)合，在應(yīng)用頻段較窄，封裝形式單一的情況下可考慮使用去嵌入法，對(duì)精度要求到計(jì)量級(jí)甚至更高時(shí)可使用結(jié)合國外最新技術(shù)的多線校準(zhǔn)方案。

圖三、AFX100A型功能版夾具及校準(zhǔn)件

四、使用射頻芯片測(cè)試夾具的測(cè)試方法

測(cè)試主要分以下步驟：

1、系統(tǒng)連接

如下圖所示，把測(cè)量夾具與儀表、附件、待測(cè)件連接成測(cè)量系統(tǒng)。

圖四、 線路連接示意圖

2、儀表設(shè)置

設(shè)定頻率范圍

啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀，設(shè)定適當(dāng)?shù)念l率范圍，并且將網(wǎng)絡(luò)儀的中頻帶寬重新設(shè)定到1KHz.

選取儀表校準(zhǔn)模式

校準(zhǔn)模式選擇TRL校準(zhǔn)。如果是PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀可以創(chuàng)建TRL套件模型:

圖五、校準(zhǔn)件設(shè)置界面

創(chuàng)建TRL校準(zhǔn)套件

如果選用的網(wǎng)絡(luò)分析儀無法創(chuàng)建TRL校準(zhǔn)套件模型，以下以8753ES為例，則可以選擇現(xiàn)有的TRL校準(zhǔn)件箱進(jìn)行修改。具體操作為：在校準(zhǔn)菜單選擇CALKIT-SELETCALKIT，選擇TRL3.5mm校準(zhǔn)件，TRL OPTIONS:標(biāo)準(zhǔn)阻抗為 LINE Z0;反射標(biāo)準(zhǔn)為 THRU STANDARD。進(jìn)入MODIFY修改校準(zhǔn)件數(shù)據(jù)：

TRLOPTIONS: 標(biāo)準(zhǔn)阻抗為 LINE Z0;反射標(biāo)準(zhǔn)為 THRU STANDARD

OPEN:輸入校準(zhǔn)件的邊緣電容C0、C1、C2、C3 。延時(shí)同直通標(biāo)準(zhǔn)件，阻抗50Ω，設(shè)定合適的頻率范圍。

SHORT:延時(shí)同直通校準(zhǔn)件，阻抗50Ω，設(shè)定合適的頻率范圍。

LOAD:FIX LOAD 50Ω

THRU/LINE: 延時(shí)跟據(jù)本型號(hào)校準(zhǔn)件上標(biāo)定，阻抗50Ω,設(shè)定合適的頻率范圍。

設(shè)置完成選擇TRL*/LRMX2-PORT進(jìn)入校準(zhǔn)界面。

3)校準(zhǔn)

如果使用PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀，創(chuàng)建TRL模型后可按向?qū)?zhǔn)。以下是一個(gè)步驟的例子。

圖六、TRL校準(zhǔn)界面

TRL校準(zhǔn)向?qū)?/p>

如果使用8753ES網(wǎng)分，校準(zhǔn)操作如下：

放入校準(zhǔn)件THRU選擇THEU校準(zhǔn)選項(xiàng);

放入校準(zhǔn)件SHORT選擇雙端口的兩個(gè)SHORT校準(zhǔn)選項(xiàng);

放入校準(zhǔn)件LINE選擇LINE校準(zhǔn)選項(xiàng)，選BOTH(雙端口同時(shí)校準(zhǔn))鍵，頻段分段選2-7line;

隔離選項(xiàng)選取忽略。

按下DONE鍵，儀表通過選取的誤差模型計(jì)算校準(zhǔn)，計(jì)算完成后選取FORMAT更改顯示模式為SWR，讀出THRU或者LINE校準(zhǔn)件的駐波讀數(shù)，判定校準(zhǔn)是否準(zhǔn)確。一般來說讀數(shù)在1.00X~1.02X之間波動(dòng)。如數(shù)值過大需重新校準(zhǔn)。如果需要測(cè)量相位則需測(cè)量THRU校準(zhǔn)件S21的相位和SHORT校準(zhǔn)件S11的相位，兩個(gè)值應(yīng)相差180度。下圖是一種型號(hào)產(chǎn)品校準(zhǔn)后的圖形。

圖七、AFX200校準(zhǔn)后數(shù)據(jù)

3、加電測(cè)試

校準(zhǔn)完成，放入核心滑塊，固定好元器件，通過BIAS TEE 加上直流電壓，根據(jù)放大管特性可通過調(diào)節(jié)柵極電壓調(diào)節(jié)漏極電流。注意先加漏極電壓避免元件燒毀。

跟據(jù)測(cè)量需要按MARKER鍵選取測(cè)量點(diǎn)測(cè)量所關(guān)心的S參數(shù),FORMAT格式可選極坐標(biāo)或SMITH圓圖，改變MARKER位置(測(cè)試頻率)，得到S11、S21、S12、S22在各頻率下的模值和相位。

五、測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比以及仿真設(shè)計(jì)：

AFX100A型功能版1#夾具對(duì)安捷倫經(jīng)典管型ATF54143的兩次測(cè)量數(shù)據(jù)以及廠家數(shù)據(jù)S11、S21在SMITH圓圖和極坐標(biāo)上的位置。

分析：在不同的環(huán)境下，放大器的匹配必須通過直接測(cè)量獲得準(zhǔn)確參數(shù)，廠家所提供的數(shù)據(jù)是批生產(chǎn)管型的典型參數(shù)。測(cè)量結(jié)果和廠家提供的參數(shù)曲線有一定的區(qū)別，這正是使用夾具對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行測(cè)量的原因。

使用測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)放大器進(jìn)行仿真曲線

使用廠家數(shù)據(jù)對(duì)同一放大器仿真曲線

實(shí)際放大器的測(cè)量結(jié)果：2GHz增益為11.5dB，2.5GHz增益為8.4dB。測(cè)試的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果比廠家提供的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際的測(cè)試曲線。