[發明專利]一種同軸偏置標準器輸入阻抗特性的定標方法

有效

• 申請號: 201310322374.0
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103412273A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李莉;劉杰;楊春濤;張國華;王路
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明涉及一種同軸單端口標準器特性的定標方法，特別是涉及一種計量用的同軸偏置標準器輸入阻抗特性的定標方法。

背景技術

隨著科技的發展，新材料、新器件不斷出現，使用微波網絡分析儀、阻抗分析儀等儀器分析材料、器件特性的需求不斷增加。但是網絡分析儀、阻抗分析儀等儀器本身由于特性不理想存在系統誤差，需要在測量前使用校準標準器對其進行校準，同時需要定期使用檢驗標準器檢驗儀器的性能。因此，作為校準標準器和檢驗標準器的一部分，同軸偏置標準器的特性對于保證儀器測量結果的準確與統一十分重要。

對于同軸單端口偏置開路器輸入電容特性的定標方法，日本學者曾做過研究，并且取得了一定成果。目前，同軸單端口偏置開路器輸入電容的定標方法多基于日本學者的研究結果。在其定標方法中，需要使用網絡分析儀、1kHz電容電橋等較多的測量儀器，而且僅在兩個頻率點校準偏置開路器的輸入電容值，然后利用數據擬合的方式外推其它頻率點的電容特性。但是這種方法存在很多的不足之處，如使用儀器較多、溯源途徑不夠明確、數據外推擬合方式不夠嚴謹等。同時該方法中需要被測標準器在1kHz時的低頻等效模型，并使用1kHz的電容電橋測量被校標準器在1kHz時的電容值。這樣就極大的限制了方法使用的頻率范圍，比如對于更高頻段的校準標準器，如50GHz的2.4mm機械校準件，其1kHz的低頻模型已不適用，必將導致校準結果在高頻時偏差較大。因此，日本學者所提出的方法僅適用于2GHz以下的頻率范圍。

網絡分析儀用校準標準器包括開路標準器、短路標準器和匹配負載，其中匹配負載用于修正儀器中信號分離器件的方向性誤差，無需校準其電容或電感值。偏置開路器和偏置短路器的輸入電容和電感需要定標。阻抗分析儀的同軸單端口阻抗標準器通常采用無支撐空氣線端接偏置開路器構成。其中空氣線的特性可以直接溯源至物理長度，端接的偏置開路器需要校準。應用日本學者提供的方法只能校準偏置開路器在2GHz頻率以下的偏置開路器的輸入電容，其他頻率范圍及偏置短路器的定標方法還需要進一步的研究。

發明內容

本發明針對目前現有偏置開路器輸入電容校準方法的不足之處，如溯源途徑不清晰、數據擬合方式不嚴謹、硬件儀器設備要求較高和應用頻率范圍較窄的缺點，提出了一種溯源途徑清晰，理論推導準確，應用范圍廣泛的同軸單端口偏置標準器輸入阻抗的定標方法。本發明采用數值方法求解方程的形式，將偏置標準器的阻抗特性直接溯源至可以準確測量的物理長度，然后，采用準確的數學模型解決了偏置標準器輸入阻抗的定標問題，進而利用已定標的輸入阻抗可以獲得偏置標準器的輸入電容及電感參數。本發明不僅可以解決偏置開路器的輸入電容校準，而且能夠解決偏置短路器的輸入電感校準。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種同軸偏置標準器輸入阻抗特性的定標方法，該定標方法包括：

1）選擇合適的測量頻率；

2）根據偏置標準器選擇合適的等效標準器；

3）對等效標準器和偏置標準器進行測量；

4）對所述被測偏置標準器的輸入阻抗進行校準；

5）根據校準的輸入阻抗，確定偏置標準器的偏置內導體長度；

6）確定所述測量頻率范圍內的偏置標準器輸入阻抗校準值。

所述步驟1中的測量頻率為1GH_Z-3GH_Z。方法應用頻率范圍不局限于1GHz～3GHz，可應用于更高頻段的同軸偏置標準器定標。

所述步驟2中的等效標準器包括同軸無支撐空氣線和標準短路器，或者無支撐空氣線和標準開路器。

所述步驟3中對等效標準器和偏置標準器進行測量包括對被測偏置標準器的外導體內徑a和內導體外徑b，及對同軸無支撐空氣線的外導體內徑和內導體外徑及長度進行測量。

所述對被測偏置標準器的輸入阻抗進行校準，在第一步所選頻點的輸入阻抗校準值為：

，其中Zmea-dut為被測偏置標準器的輸入阻抗測量值，Zcal-std為等效標準器輸入阻抗的校準值，Zmea-std為等效標準器輸入阻抗的測量值，

等效標準器在第一步所選頻點的輸入阻抗校準值可由式1計算得到，記為Zcal-std。利用網絡分析儀對等效標準器的輸入阻抗進行測量，得到其測量值記為Zmea-std。利用網絡分析儀對被測偏置標準器的輸入阻抗進行測量，得到其測量結果記為Zmea-dut。

所述偏置標準器輸入阻抗的校準值為：