阻抗轉換器設計

該射頻阻抗轉換器由一個sma連接器依次串聯一個電容、電阻和一段較短的半剛性同軸電纜組成。半剛性同軸電纜充當該阻抗轉換器的探頭,如圖1所示。sma連接器通過標準sma電纜連接到一個頻譜分析儀。該轉換器的中間阻抗(1k)使它在低阻抗(比如50)電路中不會對電路產生顯著影響。為使電路保持良好的工作狀態,選擇阻值與電路阻抗比為20:1的電阻。所選擇的耦合電容要保證其自諧振頻率是工作頻帶的中間值,保證相對于所選擇電阻值呈現為低阻特性。本設計選擇1000pf電容和1k電阻,封裝尺寸均為0603。

阻抗轉換器的性能

圖2是阻抗轉換探頭工作在400khz到1ghz的頻響特性,平坦度是1db。由此產生的測量誤差遠遠低于處理故障時(比如放大器工作故障)所面臨的大于10db的典型誤差。此外,去掉同軸電纜,直接用電阻作為探針時可將該轉換器的最大工作頻率擴展到1.9ghz。這種方法可以減小轉換器在接近3ghz處的諧振,當然,這種轉換器很容易損壞,但它能夠說明同軸電纜的寄生效應對頻響特性平坦度的影響。較短的同軸電纜能夠提供良好的rf性能,而較長的同軸電纜則有更多的焊接表面,可加強機械強度,對這兩者進行權衡后,我們把圖1中的同軸電纜長度選為11mm。

假定50的低阻抗電路與1k中間阻抗組成一個簡單的50/1050的分壓器,那么在sma連接器處測量的功率電平理論上應該比探頭處的功率電平低-26.4db。該一點與圖2所示400khz到1ghz頻率范圍的響應曲線一致。圖2中的頻率響應是將探頭跨接在一個校準后的信號發生器輸出端的50電阻上的測量結果。此外,假定探頭的1k阻抗與頻譜分析儀的50阻抗相加后再與電路的50阻抗并聯,這樣在理想的情況下,該探頭對50的負載電路進行測量時對被測電路只有-0.2db的影響。

制作轉換探頭

為了組裝一個圖1所示的轉換探頭,首先切割一小塊帶有sma隔層連接器和50微帶傳輸線的印刷電路板。接著在微帶線上小心地切割幾個縫隙,將1000pf電容和1k電阻相串聯焊接在縫隙處。電容和電阻均為0603封裝。再截取一段11mm長、直徑為0.086"的半剛性同軸電纜。同軸電纜的中心導體一端露出2.5mm,另一端露出2mm。露出2mm的那一端即為探針部位。除去同軸電纜下面微帶線上的殘余物,將露出2.5mm中心導體的一端彎曲并焊接在靠近電阻的微帶線上。接下來,用焊料填充在導體外側與金屬地層之間,固定同軸電纜。使用大量的焊料將同軸電纜牢牢固定在印刷電路板上。如有必要,可利用覆銅層跨接。再將一小段中心導體與同軸電纜平行作為探頭的接地端。最后在轉換探頭的探針和接地端各加一小滴焊料,以便與所測電路保持良好的接觸。