變?nèi)荻O管射頻特性參數(shù)的提取

柳 會，楊歆汨

（蘇州大學 電子信息學院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

變?nèi)荻O管用在仿真電路時的主要特性參數(shù)是串聯(lián)電阻及結電容，可以從供應商提供的參考數(shù)據(jù)上查獲，但是基本是在低頻時的一些參考值。在仿真射頻電路時，如調(diào)諧濾波器[1]，變?nèi)荻O管的射頻特性參數(shù)仍是重要參量。為了獲取變?nèi)荻O管的性能參數(shù)，本文提出一種利用自制的測試平臺進行提取變?nèi)荻O管特性參數(shù)的方法。主要是基于微波網(wǎng)絡轉移矩陣(A矩陣)的級聯(lián)及Matlab編程計算，根據(jù)矢量網(wǎng)絡分析儀測得的數(shù)據(jù)進行特性參數(shù)的提取。本文首先利用一款電容進行校驗，基本確定測試方法的可行性及準確性，然后使用測試平臺對一款變?nèi)荻O管進行測量，獲取其串聯(lián)電阻及結電容的值，將其用在以后的射頻仿真電路中[2]。

1 測試板模型、仿真及實物

測試平臺主要由兩部分構成，即傳輸結構和終端負載結構，如圖1所示，中間空隙處即為待測變?nèi)荻O管的焊接位置。傳輸結構可以看做由兩段50 ohm微帶線及一個并聯(lián)枝節(jié)組成[3]，選用εr=2.65，h=1 mm的微波介質板加工實物如圖2所示。在測試平臺上，單獨做出并聯(lián)枝與負載阻抗，以便分別測量它們的阻抗值，如圖2所示。測試平臺的尺寸為100 mm×100 mm,其中各部分具體尺寸如下:

圖1 測試平臺的模型

圖2 測試平臺實物

2 測試方法及理論推導

在微波網(wǎng)絡中，轉移矩陣也稱A矩陣[4]，在雙端口級聯(lián)網(wǎng)絡中使用A矩陣研究特別方便。一段長為l特性阻抗[5]為50 ohm微帶短截線的A矩陣如式(1)，并聯(lián)枝節(jié)可等效為一段并聯(lián)導納，其A矩陣如式(2):

其中，Y為測得的枝節(jié)阻抗轉換為導納后的值。

變?nèi)荻O管的等效電路如圖3所示，由串聯(lián)電阻RS、結電容Cj以及寄生電感LS、封裝電容Cp構成，在射頻電路中可忽略寄生電感和封裝電容的效應[6]，本文主要研究變?nèi)荻O管的串聯(lián)電阻和結電容，其A矩陣如式（3）所示。

圖3 變?nèi)荻O管的等效電路

N個雙端口網(wǎng)絡級聯(lián)，整個網(wǎng)絡的A矩陣可以表示成［A］=［A1］［A2］···［AN］。本文中可將測試平臺的傳輸結構和變?nèi)荻O管級聯(lián)后整個網(wǎng)絡的A矩陣計算如式（4）所示，終端負載阻抗可由網(wǎng)分析測得，代入Zin=，可得到輸入阻抗與變?nèi)荻O管特性參數(shù)之間的理論關系[7]。

本文參數(shù)提取的算法是:使用矢量網(wǎng)絡分析儀測量出實際的輸入阻抗，利用Matlab編程，將輸入阻抗的理論值與實際值作平方差，使用fmisearch函數(shù)求多元函數(shù)極值點的方法，提取出變?nèi)荻O管串聯(lián)電阻與結電容的值。

3 電容校驗

本文先利用一款普通電容進行校驗，確保測試平臺的可行性。將一個1.2 pF的電容焊接在測試平臺的空缺處，如圖2所示。利用網(wǎng)絡分析儀測得測試平臺上并聯(lián)枝節(jié)的阻抗以及終端負載阻抗的值，中心頻率在3 GHz。最后測得端口的輸入阻抗后，根據(jù)本文參數(shù)提取的算法，在Matlab中進行編程計算。如圖4和圖5所示，提取的校驗電容值基本在1.2 pF，電阻值基本為0 ?，初步驗證了本測試平臺的可行性及可靠性。

圖4 校驗電容的電阻提取值

圖5 校驗電容的電容提取值

4 變?nèi)荻O管特性參數(shù)的提取

參照電容校驗的步驟，本文對一款變?nèi)荻O管BBY51-02W進行特性參數(shù)提取。將變?nèi)荻O管焊接后，按照校驗步驟，使用網(wǎng)絡分析儀測量數(shù)據(jù)后，根據(jù)實際測得的輸入阻抗計算出串聯(lián)阻抗與結電容的值，Matlab計算結果如圖6、圖7所示。在射頻3 GHz下，該款變?nèi)荻O管的串聯(lián)電阻基本為0.3 ohm，結電容為1.9 pF。

圖6 變?nèi)荻O管的串聯(lián)電阻值

圖7 變?nèi)荻O管的結電容值

5 結語

本文基于微波網(wǎng)絡A矩陣級聯(lián)，提出了一種利用自制的測試平臺提取出變?nèi)荻O管特性參數(shù)的方法，能夠在所需用的射頻頻率下，快速準確的獲得參數(shù)值，以便用于射頻電路仿真[8]。本測試平臺還可以在枝節(jié)處加偏壓，提取出變?nèi)荻O管在不同偏壓下的不同電容值，是一款方便的測試工具，后續(xù)可以利用夾具來減小誤差，提高精度。

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