一种微波器件阻抗测量校准方法

摘要

本发明介绍了一种微波器件阻抗测量校准方法，该方法步骤包括：（1）通过直通校准件散射参数和延时校准件散射参数的实测数据计算延时传输线传输参数；（2）在原有延时校准件中嵌入新增加的虚拟传输线，计算虚拟延时校准件的传输参数；（3）按照常规TRL校准方法提取测量夹具的校准系数，通过矩阵求逆和相乘运算得到微波器件去嵌入传输参数；（4）对微波器件去嵌入传输参数进行阻抗归一化变换，得到相对于系统测量参考阻抗归一化的微波器件归一化散射参数。本方法弥补了传输线特性阻抗与系统测量参考阻抗的不一致性带来的测量误差，实现了超宽带、高精度的微波器件阻抗测量，同时改进的微波器件阻抗测量校准方法可显著降低校准件的设计加工要求，具有通用性。

主权项

一种微波器件阻抗测量校准方法，其特征在于：该方法包括步骤：第一步，计算延时传输线传输参数，测量直通校准件散射参数和延时校准件的散射参数，分别转换为传输参数，通过矩阵求逆、相乘运算和二次方程求解计算延时校准件中包含的延时传输线传输参数；第二步，计算虚拟延时校准件的传输参数，利用第一步计算的延时传输线传输参数计算新增加的虚拟传输线的传输参数，通过矩阵求逆和相乘运算在原有延时校准件中嵌入新增加的虚拟传输线，得到虚拟延时校准件的传输参数；第三步，计算微波器件去嵌入传输参数，已知直通校准件散射参数、反射校准件散射参数和第二步得到的虚拟延时校准件的传输参数，按照常规TRL校准方法提取测量夹具的校准系数，通过矩阵求逆和相乘运算得到微波器件去嵌入传输参数；第四步，计算微波器件归一化散射参数，已知传输线特性阻抗和系统测量参考阻抗，对第三步得到微波器件去嵌入传输参数进行阻抗归一化变换，得到相对于系统测量参考阻抗归一化的微波器件传输参数，再经过等价变换得到微波器件归一化散射参数，所述第四步中微波器件去嵌入传输参数的阻抗归一化变换公式为$T_y=\left[\begin{array}{cc}{T}_{y11}& T_{y12}\\ T_{y21}& T_{y22}\end{array}\right]=\frac{1}{4Z_c{Z}_o}\left[\begin{array}{cc}{Z}_c+Z_o& Z_o-Z_c\\ Z_o-Z_c& Z_c+Z_o\end{array}\right]Tx\left[\begin{array}{cc}{Z}_c+Z_o& Z_c-Z_o\\ Z_c-Z_o& Z_c+Z_o\end{array}\right]$式中Z₀表示传输线特性阻抗，Z_c表示系统测量参考阻抗，T_x表示微波器件去嵌入传输参数，T_y表示归一化的微波器件传输参数，计算延时传输线传输参数，通过矢量网络分析仪测量得到直通校准件散射参数$S_m=\left[\begin{array}{cc}{S}_{m11}& S_{m12}\\ S_{m21}& S_{m22}\end{array}\right]$延时校准件的散射参数$S_n=\left[\begin{array}{cc}{S}_{n11}& S_{n12}\\ S_{n21}& S_{n22}\end{array}\right]$分别转化为传输参数可得：直通校准件传输参数$T_m=\left[\begin{array}{cc}{T}_{m11}& T_{m12}\\ T_{m21}& T_{m22}\end{array}\right]=\frac{1}{S_{m21}}\left[\begin{array}{cc}-{\mathrm{\Delta S}}_m& S_{m11}\\ -S_{m22}& 1\end{array}\right]$延时校准件的传输参数$T_n=\left[\begin{array}{cc}{T}_{n11}& T_{n12}\\ T_{n21}& T_{n22}\end{array}\right]=\frac{1}{S_{n21}}\left[\begin{array}{cc}-{\mathrm{\Delta S}}_n& S_{n11}\\ -S_{n22}& 1\end{array}\right]$ΔS_m＝S_m11S_m22‑S_m12S_m21、ΔS_n＝S_n11S_n22‑S_n12S_n21所述计算微波器件去嵌入传输参数，已知直通校准件散射参数、反射校准件散射参数和第二步得到的虚拟延时校准件的传输参数，按照常规TRL校准方法提取测量夹具的校准系数，通过矩阵求逆和相乘运算得到微波器件去嵌入传输参数，记为$T_x=\left[\begin{array}{cc}{T}_{x11}& T_{x12}\\ T_{x21}& T_{x22}\end{array}\right],$所述计算微波器件归一化散射参数，已知传输线特性阻抗Z₀和系统测量参考阻抗Z_c，对第三步得到微波器件去嵌入传输参数进行阻抗归一化变换，得到相对于系统测量参考阻抗Z_c归一化的微波器件传输参数$T_y=\left[\begin{array}{cc}{T}_{y11}& T_{y12}\\ T_{y21}& T_{y22}\end{array}\right]=\frac{1}{4Z_c{Z}_o}\left[\begin{array}{cc}{Z}_c+Z_o& Z_o-Z_c\\ Z_o-Z_c& Z_c+Z_o\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{T}_{x11}& T_{x12}\\ T_{x21}& T_{x22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{Z}_c+Z_o& Z_c-Z_o\\ Z_c-Z_o& Z_c+Z_o\end{array}\right]$进一步的，相对于系统测量参考阻抗Z_c归一化的微波器件散射参数$s_y=\left[\begin{array}{cc}{S}_{y11}& S_{y12}\\ S_{y21}& S_{y22}\end{array}\right]=\frac{1}{T_{x22}}\left(\begin{array}{cc}{T}_{x12}& T_{x11}{T}_{x22}-T_{x12}{T}_{x21}\\ 1& -T_{x21}\end{array}\right).$