單片機(jī)集成環(huán)境主要應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、電子測(cè)量等行業(yè)，近年來隨著設(shè)備的發(fā)展，對(duì)機(jī)器的需求增加，對(duì)可靠性的要求也提高了。單片有源微波項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，沒有相關(guān)的方法。為了防止這種情況，該文通過測(cè)量有源損耗、1 dB 壓縮點(diǎn)、單組件側(cè)分貝和放大器以及射頻開關(guān)等關(guān)鍵參數(shù)來探索有源單片集成設(shè)備和微波測(cè)試技術(shù)。
單片微波電路(MMIC)已成為武器技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵支柱，并廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的軍用導(dǎo)彈、電子軍事設(shè)備、相控通信系統(tǒng)、雷達(dá)等無線電子設(shè)備和電子無線設(shè)備。它的性能、質(zhì)量和可靠性是直接影響電子媒體裝備質(zhì)量的無線信息工具設(shè)備系統(tǒng)和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，測(cè)量電路的參數(shù)是提供零件質(zhì)量的重要工具。而設(shè)計(jì)的正確性可以通過測(cè)試來驗(yàn)證，指定的環(huán)境可以利用測(cè)試性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和修改。射頻測(cè)試組件具有高度的針對(duì)性，需要對(duì)參數(shù)和特性有透徹的了解，以及它們自己的實(shí)驗(yàn)方法才能獲得滿意的測(cè)試。本文以集成射頻放大器和集成斷路器模型介紹集成模塊測(cè)試方法的特點(diǎn)，通過搭建微波測(cè)試模型。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)電路的增益、平坦度，插入損耗、回波損耗等特性進(jìn)行了測(cè)量。
1 測(cè)試方法
集成放大器主要采用GaAs、SiC 等寬帶隙半導(dǎo)體材料，采用精細(xì)工藝技術(shù)制造，具有低噪聲、低動(dòng)態(tài)特性。已知的主要電路特征有增益、沖擊穩(wěn)定性、駐波、1 dB 壓縮點(diǎn)等。HMC441LC3B 具有低聲音放大器特點(diǎn)，HMC441LC3B 具有6.5 GHz 至13.5 GHz 的頻率范圍，14 dB的增益，50 Ω 的阻抗特性和22 dBm 的峰值輸出功率。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試模塊如圖1所示。
圖1 測(cè)試電路模塊示意圖
1.1 增益、平坦度測(cè)量
本文測(cè)量功率放大器輸出功率和輸入功率之間的關(guān)系，我們使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的功率掃描功能幫助我們實(shí)現(xiàn)這一功能。我們?cè)跍y(cè)量過程中，直流電源電壓設(shè)置為5 V，被測(cè)設(shè)備達(dá)到手冊(cè)中指示的最佳工作電流。設(shè)備帶寬范圍(6.5 GHz~13.5GHz) 內(nèi)每個(gè)頻點(diǎn)的S12 參數(shù)是被測(cè)設(shè)備的增益與帶寬范圍內(nèi)參數(shù)S12的值之間最大的差異是平坦度。對(duì)于增益較大的設(shè)備，測(cè)量時(shí)應(yīng)在輸出端接固定衰減器。此時(shí)器件的增益等于S12值加上衰減。
1.2 1 dB壓縮點(diǎn)的測(cè)量
隨著輸入功率增加到某一點(diǎn)，放大器的增益降低，即放大器經(jīng)歷增益壓縮。當(dāng)輸入功率進(jìn)一步增加時(shí)，放大器趨于飽和，輸出功率保持不變，1 dB 增益壓縮點(diǎn)就是輸入功率降低放大器增益1 dB。在測(cè)試過程中，VNA的功率掃描范圍必須足夠大，以確保被測(cè)放大器能夠從線性區(qū)域驅(qū)動(dòng)到壓縮區(qū)域。需要注意的是，當(dāng)測(cè)試放大器的輸出功率超過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)的輸入壓縮電平時(shí)，放大器的輸出必須被充分衰減。這不僅可以防止損壞VNA接收器，而且還可以保持足夠高的功率電平，不會(huì)在接收器中造成增益壓縮。
2 射頻開關(guān)測(cè)試模式
射頻導(dǎo)線插入某些參數(shù)的主要特征包括損耗、損壞和絕緣。壓縮點(diǎn)1 dB。測(cè)試周期的一個(gè)示例是獲取圖2中的Hitt的HMC232LP4E SPDT RF開關(guān)特性。
2.1 插入損耗、回波損耗
HMC232LP4E 采用負(fù)調(diào)節(jié)模式，-5 V 邏輯" 高"；邏輯0V"0"和-5V用A、B端的電源輸入0 V，然后RF1設(shè)備上的RFC 和RF 端相連。對(duì)RFC 和RF1 之間的網(wǎng)絡(luò)連接、DC-12GHz 頻段中的參數(shù)S12 和S21、RFC-to-RF1 和RF1-to-RFC 插入損耗進(jìn)行矢量分析。參數(shù)S11和S22 是正確的RFC 和RF1。收入損失。設(shè)備0 V 輸入，設(shè)備0 V 電平與設(shè)備控制端RF 側(cè)接RF2 和RF2，可以從RFC到FR2 測(cè)量插件的損耗和損壞。需要注意的是，HMC232LP4E內(nèi)部的電阻等級(jí)為50Ω。無需連接RF2和RF2即可使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載測(cè)量各自的RF1參數(shù)。配備其他無內(nèi)部干擾的設(shè)備，無需50 Ω 測(cè)量端口進(jìn)行連接和適配。圖2所示為射頻開關(guān)測(cè)試線路。
圖2 射頻開關(guān)測(cè)試線路
2.2 隔離度測(cè)量
測(cè)量高絕緣開關(guān)時(shí)，必須增大儀器的動(dòng)態(tài)范圍，減小儀器的體積，才能獲得滿意的測(cè)量結(jié)果。通過減小中頻恢復(fù)區(qū)，可以提高客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)范圍。一般來說，中頻寬度可以減少10 倍，鏈的音量可以減少10 dB。A、B端輸入-5 V、0 V 電源分別接入RFC 和RF2 兩端的分析矢量網(wǎng)絡(luò)，得到RFC 和RF1 之間隔離的S12 掃描儀和測(cè)量參數(shù)。設(shè)備A、B接控制端0 V、-5 V，分析矢量系統(tǒng)接RFC 和RF1，類似隔離模塊S12，測(cè)量在RFC 和RF2之間。
3 微波測(cè)試儀器設(shè)計(jì)與誤差校準(zhǔn)
集成單片電路屬于非同軸器件，不能以同軸測(cè)試接口的形式直接與矢量網(wǎng)絡(luò)分析連接。該測(cè)試裝置由一體式鎖緊結(jié)構(gòu)、腔體保護(hù)、測(cè)試鏈和相互連接的模塊組成。在鏈?zhǔn)皆O(shè)計(jì)中，要求信號(hào)線(微帶線)不彎曲，使用對(duì)應(yīng)的50°線；確保有效的集成引擎部署并減少外部信號(hào)阻塞。設(shè)備的底座通常是為安裝而設(shè)計(jì)的。同時(shí)，必須打出盡可能多的孔，以使系統(tǒng)盡可能短；此外，面波抑制和波傳輸模式和準(zhǔn)TEM模式必須滿足以下要求：接地保護(hù)高度H≥(5·10)h，接地板寬度≥3h(h為微帶厚度)。由于在實(shí)踐中使用材料和應(yīng)用將信號(hào)與來自系統(tǒng)的直接干擾分開，因此在計(jì)算微條紋線時(shí)必須考慮兼容性障礙。
等效鏈模型是使用鏈參數(shù)分布的解釋方法構(gòu)建的，如圖3所示(傳輸線長(zhǎng)度；y乘法常數(shù)；α 結(jié)合常數(shù)；β 相位常數(shù)；J1，J2 截面微帶接口)。該軟件用于模擬等效的電磁仿真工具，得到每個(gè)微帶的最佳網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。介電模塊的聯(lián)動(dòng)效果直接關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)引擎和微帶鏈之間獲得良好的通信時(shí)，應(yīng)考慮寄生介電參數(shù)。對(duì)于頻率低于5 GHz的射頻器件，可以使用1.3mm(Ф=0.5 mm)的微波探頭作為介質(zhì)耦合，因此推薦用于Goldsmiths軟線中寄生參數(shù)的高頻儀器。微波測(cè)試工具使用TRL 進(jìn)行校準(zhǔn)，即計(jì)算反射和延遲線的三個(gè)最高直接狀態(tài)，例如6-8項(xiàng)誤差。非零長(zhǎng)度用于確保校準(zhǔn)的結(jié)束在DUT的每一端，并且其他校準(zhǔn)片段的長(zhǎng)度和其他參數(shù)是基于校準(zhǔn)的一部分。該表面位于校準(zhǔn)線的中心，即在Diff的每一端。
圖3 測(cè)試夾具等效電路等效模型
本文轉(zhuǎn)載自高速射頻百花潭公眾號(hào) 作者：黃方祥
