單片機(jī)集成環(huán)境主要應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、電子測量等行業(yè)，近年來隨著設(shè)備的發(fā)展，對機(jī)器的需求增加，對可靠性的要求也提高了。單片有源微波項目在國內(nèi)尚處于起步階段，沒有相關(guān)的方法。為了防止這種情況，該文通過測量有源損耗、1 dB 壓縮點、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，測量電路的參數(shù)是提供零件質(zhì)量的重要工具。而設(shè)計的正確性可以通過測試來驗證，指定的環(huán)境可以利用測試性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和修改。射頻測試組件具有高度的針對性，需要對參數(shù)和特性有透徹的了解，以及它們自己的實驗方法才能獲得滿意的測試。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試方法的特點，通過搭建微波測試模型。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對電路的增益、平坦度，插入損耗、回波損耗等特性進(jìn)行了測量。
1 測試方法
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 壓縮點等。HMC441LC3B 具有低聲音放大器特點，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)行測試，測試模塊如圖1所示。
圖1 測試電路模塊示意圖
1.1 增益、平坦度測量
本文測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)行實現(xiàn)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的功率掃描功能幫助我們實現(xiàn)這一功能。我們在測量過程中，直流電源電壓設(shè)置為5 V，被測設(shè)備達(dá)到手冊中指示的最佳工作電流。設(shè)備帶寬范圍(6.5 GHz~13.5GHz) 內(nèi)每個頻點的S12 參數(shù)是被測設(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。對于增益較大的設(shè)備，測量時應(yīng)在輸出端接固定衰減器。此時器件的增益等于S12值加上衰減。
1.2 1 dB壓縮點的測量
隨著輸入功率增加到某一點，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，放大器趨于飽和，輸出功率保持不變，1 dB 增益壓縮點就是輸入功率降低放大器增益1 dB。在測試過程中，VNA的功率掃描范圍必須足夠大，以確保被測放大器能夠從線性區(qū)域驅(qū)動到壓縮區(qū)域。需要注意的是，當(dāng)測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，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，不會在接收器中造成增益壓縮。
2 射頻開關(guān)測試模式
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1 dB。測試周期的一個示例是獲取圖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 測量插件的損耗和損壞。需要注意的是，HMC232LP4E內(nèi)部的電阻等級為50Ω。無需連接RF2和RF2即可使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載測量各自的RF1參數(shù)。配備其他無內(nèi)部干擾的設(shè)備，無需50 Ω 測量端口進(jìn)行連接和適配。圖2所示為射頻開關(guān)測試線路。
圖2 射頻開關(guān)測試線路
2.2 隔離度測量
測量高絕緣開關(guān)時，必須增大儀器的動態(tài)范圍，減小儀器的體積，才能獲得滿意的測量結(jié)果。通過減小中頻恢復(fù)區(qū)，可以提高客運網(wǎng)絡(luò)的動態(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，測量在RFC 和RF2之間。
3 微波測試儀器設(shè)計與誤差校準(zhǔn)
集成單片電路屬于非同軸器件，不能以同軸測試接口的形式直接與矢量網(wǎng)絡(luò)分析連接。該測試裝置由一體式鎖緊結(jié)構(gòu)、腔體保護(hù)、測試鏈和相互連接的模塊組成。在鏈?zhǔn)皆O(shè)計中，要求信號線(微帶線)不彎曲，使用對應(yīng)的50°線；確保有效的集成引擎部署并減少外部信號阻塞。設(shè)備的底座通常是為安裝而設(shè)計的。同時，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)。由于在實踐中使用材料和應(yīng)用將信號與來自系統(tǒng)的直接干擾分開，因此在計算微條紋線時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，得到每個微帶的最佳網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。介電模塊的聯(lián)動效果直接關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實驗引擎和微帶鏈之間獲得良好的通信時，應(yīng)考慮寄生介電參數(shù)。對于頻率低于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。微波測試工具使用TRL 進(jìn)行校準(zhǔn)，即計算反射和延遲線的三個最高直接狀態(tài)，例如6-8項誤差。非零長度用于確保校準(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 作者：黃方祥
