微带线馈电天线的测量夹具开发及校准

摘要

微波与天线测量是电磁场与微波技术的重要组成部分,是解决微波和天线问题的重要途径,特别是某些理论上难以进行定量分析的课题,更依赖于实验数据和曲线进行分析和研究。随着微波技术与半导体器件及集成电路技术结合越来越密切,产生了很多微带接口形式的新型微带微波器件和微带馈电的天线的。微带馈电天线,因馈电与贴片共面、制作简便,是微带天线和微带天线阵最主要的馈电方式。但与测量仪器,如普遍应用的矢量网络分析仪标配同轴线不相匹配,需要自行研发测试央具解决这些待测件的精确测量问题。为此目的的微带到同轴之间直接过渡结构,通过调节同轴内导体在微带导带内的延伸长度减小结构不同引起的不连续性和色散,需反复繁杂的机械加工,不易保证精度。论文在对测试夹具中电磁波的传播模式和场分布分析的基础上,利用接地共面波导能有效抑制奇模传输,传输准TEM波,色散较小的结构特点,作为微带和同轴的过渡,在更大程度上降低了转换引起的不连续性和插入损耗。仿真结果表明,微带-共面波导-同轴线结构的夹具在0～20GHz频段内S11、S22均在-10dB以下,具有较好的传输特性,隔离度S12在0～24GHz频段内均在-20dB以下,驻波比在1～12GHz频段内也保持在2以下,可作为1GHz～12GHz频段内所有微带馈电器件的矢量网络分析仪的测试央具。进一步地,对于微波测量中仪器与夹具精度校准问题,是任一测量必须做的。为检验微带-共面波导-同轴测试央具的准确程度,制作了一个2.45GHz的典型矩形微带天线作为样本件,对包括测试夹具在内的整个测试系统进行了单端口校准和双端口校准。其中单端口校准对方向性、源匹配和反射跟踪进行修正。校准结果显示矩形微带天线校准后的S11参数值,跟天线真实值很接近,比校准前的测试结果要精确很多,表明单端口校准在很大程度上提高了天线测试的精确度。双端口校准是利用两个相同的夹具建立对称网络,计算分析网络参数,得到待测器件散射参量。双端口校准又分为SOLT和TRL两种,根据不同的校准方案建立不同的网络误差模型,确定误差方程,解析并得到DUT的真实S参数。微带校准件也是保证校准结果精确程度的重要因素。微带-共面波导-同轴的研究扩大了矢量网络分析仪的应用范围,是对矢量网络分析的测试夹具中微带天线部分的补充。