[发明专利]一种微波器件标准样片的校准方法

摘要

本发明公开了一种微波器件标准样片的校准方法，该方法包括：用微波探针测量得到直通Thru和传输线Line的S参数，根据S参数得到标准样片的传播常数γ，且微波探针的S参数不需要事先定标；根据标准样片的传播常数γ和特征阻抗Z₀，调用预设的校准方法，分别得到从微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和S_Right；采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，结合S_Left和S_Right进行解算校准，得到片上管芯的本征S参数，借助于本发明的技术方案，只需包括直通Thru和传输线Line单次测量，就可以顺序计算出标准样片的传播常数、微波探针S参数、以及片上管芯的本征S参数。

主权项

1.一种微波器件标准样片的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：将标准样片的校准端口迁移到微波探针的同轴接口，用微波探针分别测量标准样片的直通Thru和传输线Line，得到直通Thru和传输线Line的S参数，根据直通Thru和传输线Line的S参数得到标准样片的传播常数γ，所述微波探针的S参数不需要事先定标；根据标准样片的传播常数γ和特征阻抗Z₀，调用预设的校准方法，分别得到从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right；采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，结合S_Left和S_Right进行解算校准，得到片上管芯的本征S参数；其中，根据直通Thru和传输线Line的S参数得到标准样片的传播常数γ具体包括以下步骤：(1)分别将直通Thru和传输线Line的S参数转换到T矩阵空间，并表示为公式1和公式2：Q_Thru＝T_Left.T_Right   公式1；Q_Line＝T_Left.T_Line.T_Right   公式2；在公式1和公式2中，T_Left和T_Right分别表示左右两边微波探针的同轴接口到直通Thru中间的T矩阵，Q_Thru表示直通Thru的同轴接口测量结果，T_Line表示扣除了Thru的传输线的本征T矩阵，Q_Line表示传输线Line的同轴接口测量结果；由于直通Thru和传输线Line具有相同的共面波导几何结构，T_Line表示为公式3；在公式3中，γ代表传播常数，Δl代表扣除了Thru的传输线长；(2)根据公式1和公式2得到公式4；根据公式4得到公式5；根据公式5和公式3由矩阵在相似变换下的秩不变特性得到公式6，根据公式6得到传播常数γ；在公式5中，eig()表示求解矩阵的秩；其中，所述预设的校准方法包括基于ABCD矩阵空间的校准方法、基于TRL的校准方法；其中，根据所述标准样片的传播常数γ和特征阻抗Z₀，调用基于ABCD矩阵空间的校准方法，得到从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right包括以下步骤：(1)当测试直通模块时，由于ABCD矩阵具有级联性，测量结果A_Thru表示为公式14：在公式14中，x₁～x₃是S参数向ABCD矩阵变换过程中的系数；(2)用微波探针测量传输线Line时，测量结果A_Line表示为公式15：在公式15中，表示扣除了Thru的传输线长Δl的本征ABCD矩阵，表示为公式16：在公式16中，γ代表传播常数，Δl代表扣除了Thru的传输线长，Z₀代表特征阻抗；(3)将测量结果A_Line从S参数变换到ABCD矩阵空间，表示为公式17：在公式17中，x₄～x₆是S参数向ABCD矩阵变换过程中的系数；(4)假设左右两端的微波探针对称，则左微波探针的ABCD矩阵A_Left和右微波探针的ABCD矩阵A_Right满足互易网络条件：(5)将公式16、公式17、公式7带入到公式15中，得到y₁、y₂、y₃的表达式如公式18～公式20所示：(a₀d₀+b₀)y₁+b₀d₀y₂+a₀y₃＝x₄   公式18；在公式18～公式20中，d₀＝x₃y₁＝ch(γΔl)，(6)根据公式14，求解线性方程组公式18～公式20，得到c；(7)根据所述c，利用公式22分别得到a、b、d，从而得到左微波探针的ABCD矩阵A_Left和右微波探针的ABCD矩阵A_Right；(8)将A_Left和A_Right变换回S参数分别得到从微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right；或者，其中，根据所述标准样片传播常数γ和特征阻抗Z₀，调用基于TRL的校准方法，得到从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right包括以下步骤：(1)假设左右两端的微波探针对称，则从微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和S_Right表示为：在公式23中s₁₁，s₁₂，s₂₁，s₂₂为S矩阵元素；(2)直通Thru和传输线Line的S参数测量结果T和L可表示为；其中T₁₁，T₁₂，T₂₁，T₂₂，以及L₁₁，L₁₂，L₂₁，L₂₂为S矩阵元素，T₁₁、T₁₂、L₁₁、L₁₂分别表示为公式26～29；(3)根据传播常数γ和特征阻抗Z₀，以及测量结果T₁₁，T₁₂，以及L₁₁，L₁₂由公式26～公式29求得s₁₁，s₁₂，s₂₁，s₂₂，然后根据公式23分别得到从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right；其中，采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，结合S_Left和S_Right进行解算校准，得到片上管芯的本征S参数包括以下步骤：(1)采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，得到S矩阵，将所述S矩阵变换到T矩阵空间得到T_S，所述标准片上管芯包括衰减、驻波比、传输相位；(2)将从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right变换到T矩阵空间得到T_Left和T_Right；(3)根据T_S、T_Left和T_Right，由公式30得到片上管芯的本征T矩阵(4)将片上管芯的本征T矩阵变换回T矩阵空间，得到片上管芯的本征S参数矩阵；或者，其中采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，结合S_Left和S_Right进行解算校准，得到片上管芯的本征S参数包括以下步骤：(1)采用微波探针测量标准样片的标准片上管芯，得到S矩阵，将所述S矩阵变换到ABCD矩阵空间得到A_S，所述标准片上管芯包括衰减、驻波比、传输相位；(2)将从左微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Left和从右微波探针同轴接口到直通Thru中间的S参数S_Right变换到ABCD矩阵空间得到A_Left和A_Right；(3)根据A_S、A_Left和A_Right，由公式31得到片上管芯的本征本征ABCD矩阵(4)将片上管芯的本征ABCD矩阵变换回ABCD矩阵空间，得到片上管芯的本征S参数。