[发明专利]在片高低温S参数TRL校准件的设计方法

权利要求书

1.一种在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在片S参数校准件的设计

针对不同的校准温度，采用共面波导传输线结构，分别设计不同温度的在片S参数TRL校准件；在片高低温S参数校准件包括直通标准件T、反射标准件R、传输线标准件L，使用8项误差模型；

其中，直通标准件T使用零长度直通，校准参考平面在直通标准件的中央，在校准参考平面处左右直接相连，保证直通标准件在校准参考平面上的损耗为0，直通标准件T的S参数S₁₂＝S₂₁＝1∠0°，反射系数为0；

反射标准件R在校准参考平面处为开路与短路，反射系数的幅值接近1，两个端口的反射系数相等；

传输线标准件L是在直通标准件的基础上，在校准参考平面处插入一段插入相位介于30°～150°的传输线，传输线的特征阻抗是校准后系统的参考阻抗，传输线的特征阻抗设计为50Ω；

2)在片终端电阻的设计；

在设计所述标准件时需要对以下参数进行设计：

衬底的相对介电常数ε_r、金属导体电导率k、地线宽度W_g、中心导体的宽度w、中心导体和地线间距g，金属层厚度T、边界条件和衬底厚度H；

所述的衬底厚度H的选取方法如下：

根据不同GaAs衬底厚度的共面波导传输线的测试对比实验，绘制测试曲线，根据测试曲线，将曲线中色散、辐射和表面波影响最小的衬底厚度作为所述校准件中衬底的厚度；选取衬底厚度在400μm～500μm之间。

2.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的衬底相对介电常数ε_r的选取方法如下：

在片高低温S参数TRL校准件的衬底材料采用GaAs，不同温度下衬底的相对介电常数ε_r使用谐振腔体法测量，获得高低温下的衬底的相对介电常数ε_r，谐振腔体法的是将材料样品放入封闭或者开放的谐振腔体中，谐振腔体具有很高的Q因子，并且在特定的频率发生谐振，根据放入前后其谐振频率和品质因子Q值的变化来确定样品介电常数，通常是将样品置于谐振腔中电场最小磁场最大处测量样品的介电常数。

3.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的金属导体电导率k的选取方法如下：

金属导体电导率k与温度T有线性关系，公式如下所示，其中k₁为温度T₁的电导率，k₂为温度T₂的电导率，α为金属导体电导率的温度系数；

当已知一种金属材料在某一温度下电导率以及温度系数时，通过上述公式计算出另一温度下该金属导体的电导率。

4.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的中心导体的宽度w以及中心导体和地线间距g的计算方法如下：

利用蒙特卡洛方法对各个影响量对传输线特性阻抗的贡献量进行分析，确定在微波频段，对传输线特性阻抗的影响最大的参数是中心导线与地线间距g，其次为中心导体宽度w；在相同阻抗的情况下，选择w、g大的设计值；且w大于探针中心针尖的宽度，(w+2g)小于探针针尖的总宽度。

5.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的地线宽度W_g的选取方法如下：

地线宽度W_g为(w+2g)的2倍以上，其中w为中心导体的宽度，g为中心导体和地线间距。

6.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的金属层厚度T的选取方法如下：金属层厚度T小于趋肤深度。

7.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的边界条件的选取方法如下：常温情况校准时，将所述校准件放在金属卡盘的微波吸收材料或者玻璃片上；高、低温情况校准时，将所述校准件放在微波吸收材料上。

8.如权利要求1所述的在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，其特征在于，所述的在片终端电阻的设计方法如下：

在片终端电阻用于校准件共面波导传输线的特性阻抗的定标，是在TRL校准件中的传输线标准一端内嵌一负载电阻，即左面与传输线尺寸一致，右面在传输线终端和地线间增加一负载电阻，阻值略偏离50欧姆。