本發(fā)明涉及射頻微波技術領域，具體涉及一種在射頻領域測量片式電阻器阻抗和駐波比頻率特性的裝置及方法。

背景技術：

隨著微電子電路、表面安裝技術(SMT)的應用和不斷發(fā)展完善,電阻產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出向片式化、小型化方向發(fā)展趨勢。要使電子設備小型化，首先要考慮的是電子元件的小型化。片式、小型化已經(jīng)成為電阻元件近些年發(fā)展的主要方向。

為了降低成本和提高電阻阻值精度，片式電阻器普遍使用激光調(diào)阻的方式使片式電阻在直流上達到預期的阻值。

片式電阻上給定的電阻阻值都是直流段的阻值，一些電子元器件廠商生產(chǎn)的射頻應用片式電阻一般只是以駐波比(VSWR)的形式來給出片式電阻的頻率特性。

對于射頻應用的片式電阻器阻抗和駐波比(VSWR)頻率特性的測量，許多電子元器件廠商一般都是采用等效電路圖和三維建模的辦法通過各類仿真軟件，如Advanced Design System(ADS)、High Frequency Structure Simulator(HFSS)、Computer Simulation Technology(CST)等仿真得到。這種做法主要不足在于：等效電路圖和三維建模仿真得到的數(shù)據(jù)都是一種近似結果，適宜作為參考數(shù)據(jù)。為了彌補這種不足，應該給出片式電阻器在電路板上的實際測量結果。

可以利用現(xiàn)有的微波測量夾具對表面貼裝的器件進行測量，測量出其駐波比(VSWR)、插入損耗、幅頻響應等射頻參量。微波夾具測試系統(tǒng)如圖1所示。這種現(xiàn)有的微波夾具并不能直接測出片式電阻器的阻抗和駐波比頻率特性，只能再利用A參量矩陣推算出片式電阻器的阻抗和駐波比頻率特性。上述這種現(xiàn)有的測量方法存在以下缺陷：

1.這種微波夾具從片式電阻器外部引入的反射比較多，引入了兩個同軸接頭的本身反射以及同軸接頭與微帶線連接由于電磁波模式轉換產(chǎn)生的反射，從而使得出的片式電阻器駐波比(VSWR)頻率響應誤差比較大。

2.這種微波夾具的部件精度要求高，制造工藝要求非常高，制造的成本非常昂貴。

3.微波測量夾具與片式電阻器的連接緊湊性也是一個不足，不如把片式電器直接焊在電路板上，使其接觸更加緊密。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有微波測量技術所存在的問題，本發(fā)明提供片式電阻器阻抗和駐波比頻率特性的測量裝置及方法，將片式電阻器直接焊在電路板上，可以快捷高效測量出其輸入阻抗，再利用微波技術知識推算出其阻抗和駐波比頻率特性。

本發(fā)明測量裝置通過下述技術方案實現(xiàn)：片式電阻器阻抗和駐波比頻率特性的測量裝置，包括終端加載電阻器的微帶線電路、終端短路的微帶線電路及網(wǎng)絡矢量分析儀；所述終端加載電阻器的微帶線電路在微帶線末端接上片式電阻器；所述終端短路的微帶線電路，其微帶線與終端加載電阻的微帶線等長等寬；所述微帶線的測量端接一個用于PCB焊接的同軸接頭，微帶線與所述同軸接頭匹配，同軸接頭還用于與網(wǎng)絡矢量分析儀連接；

所述網(wǎng)絡矢量分析儀測量出終端加載電阻器的微帶線電路的輸入阻抗Z_{in_circuit}和終端短路的微帶線電路的輸入阻抗Z_{short_circuit}，進而求出電阻器的阻抗Z_L，Z_L再乘以并聯(lián)的電阻器個數(shù)以得到電阻器的阻抗頻率特性；根據(jù)電阻器的阻抗頻率特性求出電阻器的駐波比。

所述終端短路的微帶線電路采用以下結構：微帶線末端接一個與終端加載片式電阻器總長度、總寬度一致的小型微帶線。

所述終端短路的微帶線電路采用以下結構：在終端加載電阻器的微帶線電路基礎上實現(xiàn)終端短路的微帶線電路，即在焊接上片式電阻器且測量數(shù)據(jù)后拆下片式電阻器，然后對焊上一片與片式電阻器總長、總寬一致的銅皮。

本發(fā)明測量方法通過下述技術方案實現(xiàn)：基于前述測量裝置的片式電阻器阻抗和駐波比頻率特性的測量方法，包括以下步驟：制造終端短路的微帶線電路和終端加載電阻器的微帶線電路后，利用矢量網(wǎng)絡分析儀分別測量其輸入阻抗；根據(jù)終端短路的微帶線電路的輸入阻抗和終端加載電阻器的微帶線電路的輸入阻抗計算電阻器的阻抗；根據(jù)電阻器的阻抗進一步求出電阻器的駐波比。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果：

1、微帶線電路中使用一個SMA直式同軸接頭，減少了從測量結構(片式電阻外部)引入的電磁波反射。截面全鋪銅的接地方式減少了接地的寄生電感效應，使得測出來的片式電阻器輸入阻抗更準確。

2、通過終端加載電阻和終端短路的微帶線電路聯(lián)合求解出片式電阻器的阻抗和駐波比頻率特性與駐波比的方法，可以抵消部分測量電路引入電磁波反射的影響，測量結果更可靠。

附圖說明

圖1是非同軸微波器件測試夾具系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明終端加載片式電阻器的微帶線示意圖；

圖3是本發(fā)明終端短路的微帶線示意圖；

圖4是終端加載片式電阻器的等效電路圖；

圖5中，(a)為終端加載的無損耗傳輸線等效模型圖，(b)為終端短路的無損耗傳輸線等效模型圖；

圖6是終端加載片式電阻器的微帶線等效模型圖；

圖7是終端短路的微帶線等效模型圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

本發(fā)明測量方法使用到兩個電路，一個是終端加載電阻的微帶線電路，一個是終端短路的微帶線電路。終端加載電阻的微帶線電路：微帶線末端接上片式電阻器，大于50Ω的片式電阻器阻值盡可能地通過并聯(lián)方式靠近50Ω，片式電阻器在微帶線末端等間隔放置；對于小于50Ω的片式電阻器不做聯(lián)接處理，直接在微帶線末端中間放置一個電阻。終端短路的微帶線電路：其微帶線要與終端加載電阻的微帶線長度等長等寬，其微帶線末端接一個與終端加載片式電阻器總長度、總寬度一致的小型微帶線。對于終端短路的微帶線電路另一種實現(xiàn)方式，可以在終端加載電阻的微帶線電路基礎上實現(xiàn)終端短路的微帶線電路；即在焊接上片式電阻器且測量數(shù)據(jù)后拆下片式電阻器，然后對焊上一片與片式電阻器總長、總寬一致的薄銅皮，保證銅皮與微帶線接觸良好，但焊點不宜堆得很厚。

微帶線的特征阻抗為50Ω，微帶線的測量端接一個用于PCB焊接的50ΩSMA直式同軸接頭，微帶線與SMA同軸接頭匹配，同時同軸接頭也用于與網(wǎng)絡矢量分析儀連接測量。測量端的微帶線要伸到電路板的邊沿，與SMA直式同軸接頭伸出的內(nèi)導體焊接均勻，接觸良好。

終端加載電阻和終端短路的微帶線電路的接地采用接地截面全鋪銅的方式與電路板底部的地平面接觸，沒有采用過孔的方式，以減少因為過孔而產(chǎn)生的寄生電感效應。使用矢量網(wǎng)絡分析儀測出終端加載電阻和終端短路微帶線電路的輸入阻抗，然后再利用射頻微波技術相關知識推算出片式電阻器的阻抗和駐波比(VSWR)頻率特性。

片式電阻器即表面貼裝的電阻器，其一般為膜電阻，例如厚膜電阻、薄膜電阻、金屬膜電阻等，區(qū)別于線繞電阻、直插電阻。厚膜電阻器的電阻膜厚大于10微米，是片式電阻器的一種。下面以測量0402封裝的100Ω厚膜片式電阻器的阻抗以及駐波比(VSWR)頻率特性為例進行說明。

本發(fā)明要求選用的SMA同軸接頭與微帶線連接時產(chǎn)生的電磁波反射盡可能少，所以選擇SMA-KE3直式同軸接頭；還必須盡可能地減少接地的寄生效應對測量片式電阻器阻抗頻率特性的影響，所以選擇接地平面全鋪銅的方式接地。本發(fā)明利用終端短路的微帶線電路和終端加載片式電阻器的微帶線電路，聯(lián)合求解出片式電阻器的阻抗與駐波比(VSWR)頻率特性。參照圖2和圖3，制造出對應的終端短路的微帶線電路和終端加載片式電阻器的微帶線電路。

另外，可以在終端加載電阻的微帶線電路基礎上實現(xiàn)終端短路的微帶線電路。即在測量完厚膜電阻器的輸入阻抗后拆下電阻，焊接上一個薄銅片形成終端短路的微帶線電路。實驗測量表明，這兩種方式的測量結果誤差可以忽略。

電路板材料取FR4，介電常數(shù)4.4；微帶線寬度取1.93mm；電路板厚度取1mm，使微帶線的特征阻抗為50Ω。SMA同軸接頭選擇同一生產(chǎn)批次的SMA-KE3直式同軸接頭，使其與微帶線特征阻抗匹配。此時，SMA同軸接頭與微帶線可以看作是理想的無損耗傳輸線。把SMA-KE3直式同軸接頭與微帶線同一平面的兩個腳減掉，有利于TEM波轉換到準TEM波。

電路板底部和短路截面全部鋪銅。電路板長*寬*高＝10mm*22mm*1mm。電路板的長度適宜取10倍的片式電阻器的長度；電路板的寬度適宜取大于11倍微帶線寬度且大于6倍電路板厚度；電路板的厚度可結合微帶線的特征阻抗做改變。參照圖4，可以看出電路板的厚度會影響電容C2、C3、C4和電感L4的參數(shù)，也就是說，不同的電路板厚度，片式電阻器所表現(xiàn)出來的阻抗會有所不同。

兩個0402封裝的100Ω厚膜電阻器等間隔地焊在終端加載的微帶線末端，減少非連續(xù)電抗的產(chǎn)生。兩個100Ω厚膜電阻器與微帶線進行平焊，焊點不宜高于電阻高度。兩個100Ω厚膜電阻器與短路截面的焊點不宜寬于厚膜電阻器的寬度，也不宜高于厚膜電阻高度。焊接要保證緊湊、接觸良好。

制造好終端短路的微帶線電路和終端加載片式電阻器的微帶線電路后，利用矢量網(wǎng)絡分析儀對其進行測量?？梢詼y量出終端加載厚膜電阻器和終端短路的輸入阻抗，分別用Z_{in_circuit}和Z_{short_circuit}表示，也可以測量出終端加載厚膜電阻器在輸入端的駐波比，用VSWR_in表示。

參考圖5的終端加載的無損耗傳輸線等效模型，可得到其輸入阻抗：

參考圖5的終端短路的無損耗傳輸線等效模型，可得到其輸入阻抗：

Z_in(d)＝jZ₀tan(βd)………………………………………………等式②

其實要求的是厚膜電阻器的阻抗Z_L,由等式①和等式②可以聯(lián)合求解出Z_L：

由等式③算出的Z_L再乘以并聯(lián)的厚膜電阻器個數(shù)即可得到厚膜電阻器的阻抗(包括電阻和電抗)頻率特性。

在求出厚膜電阻器的阻抗頻率特性后，可以進一步求出厚膜電阻器的駐波比(VSWR)。

厚膜電阻器的反射系數(shù)：

等式④中的Z₀不是指終端加載厚膜電阻器微帶線的特征阻抗，而是指與加載的厚膜電阻器匹配的微帶線特征阻抗，在數(shù)值上等于所加載厚膜電阻器在直流時的總阻值。

由等式⑤可以求出厚膜電阻器的駐波比，用VSWR_L表示。

如果加載的片式電阻器與微帶線匹配，則駐波比VSWR_in和VSWR_L幾乎相等；如果加載的片式電阻器與微帶線不匹配，則駐波比VSWR_in和VSWR_L不相等；本實施例中的駐波比VSWR_in和VSWR_L是幾乎相等的。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。