柳 會(huì)，楊歆汨

（蘇州大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

變?nèi)荻O管用在仿真電路時(shí)的主要特性參數(shù)是串聯(lián)電阻及結(jié)電容，可以從供應(yīng)商提供的參考數(shù)據(jù)上查獲，但是基本是在低頻時(shí)的一些參考值。在仿真射頻電路時(shí)，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(tái)進(jìn)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(luò)轉(zhuǎn)移矩陣(A矩陣)的級(jí)聯(lián)及Matlab編程計(jì)算，根據(jù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行特性參數(shù)的提取。本文首先利用一款電容進(jìn)行校驗(yàn)，基本確定測試方法的可行性及準(zhǔn)確性，然后使用測試平臺(tái)對(duì)一款變?nèi)荻O管進(jìn)行測量，獲取其串聯(lián)電阻及結(jié)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(shí)物

測試平臺(tái)主要由兩部分構(gòu)成，即傳輸結(jié)構(gòu)和終端負(fù)載結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)可以看做由兩段50 ohm微帶線及一個(gè)并聯(lián)枝節(jié)組成[3]，選用εr=2.65，h=1 mm的微波介質(zhì)板加工實(shí)物如圖2所示。在測試平臺(tái)上，單獨(dú)做出并聯(lián)枝與負(fù)載阻抗，以便分別測量它們的阻抗值，如圖2所示。測試平臺(tái)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(tái)的模型

圖2 測試平臺(tái)實(shí)物

2 測試方法及理論推導(dǎo)

在微波網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)移矩陣也稱A矩陣[4]，在雙端口級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)納，其A矩陣如式(2):

其中，Y為測得的枝節(jié)阻抗轉(zhuǎn)換為導(dǎo)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(jié)電容Cj以及寄生電感LS、封裝電容Cp構(gòu)成，在射頻電路中可忽略寄生電感和封裝電容的效應(yīng)[6]，本文主要研究變?nèi)荻O管的串聯(lián)電阻和結(jié)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(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的A矩陣可以表示成［A］=［A1］［A2］···［AN］。本文中可將測試平臺(tái)的傳輸結(jié)構(gòu)和變?nèi)荻O管級(jí)聯(lián)后整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的A矩陣計(jì)算如式（4）所示，終端負(fù)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(guān)系[7]。

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

3 電容校驗(yàn)

本文先利用一款普通電容進(jìn)行校驗(yàn)，確保測試平臺(tái)的可行性。將一個(gè)1.2 pF的電容焊接在測試平臺(tái)的空缺處，如圖2所示。利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測得測試平臺(tái)上并聯(lián)枝節(jié)的阻抗以及終端負(fù)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(jìn)行編程計(jì)算。如圖4和圖5所示，提取的校驗(yàn)電容值基本在1.2 pF，電阻值基本為0 ?，初步驗(yàn)證了本測試平臺(tái)的可行性及可靠性。

圖4 校驗(yàn)電容的電阻提取值

圖5 校驗(yàn)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(yàn)的步驟，本文對(duì)一款變?nèi)荻O管BBY51-02W進(jìn)行特性參數(shù)提取。將變?nèi)荻O管焊接后，按照校驗(yàn)步驟，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)際測得的輸入阻抗計(jì)算出串聯(lián)阻抗與結(jié)電容的值，Matlab計(jì)算結(jié)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(jié)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(jié)電容值

5 結(jié)語

本文基于微波網(wǎng)絡(luò)A矩陣級(jí)聯(lián)，提出了一種利用自制的測試平臺(tái)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(zhǔn)確的獲得參數(shù)值，以便用于射頻電路仿真[8]。本測試平臺(tái)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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