[发明专利]片上测量系统的共面波导反射幅度标准器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及片上测量系统的反射幅度准确度的测量领域，更具体地，涉及 一种具有共面波导传输线形式的反射幅度标准器及其设计方法。

背景技术

近年来，现代的各种军用、民用电子装备对高集成度、高频率、低功耗等 性能和参数要求越来越高，为满足这些要求，在器件的设计中大量采用了表面 技术，随之而来的是首先要解决这些表面器件S参数的测量问题。表面器件的 测量通常采用片上测量系统来实现，片上测量系统包括网络分析仪、探针台、 探针及校准基片构成。

片上测量系统的测量准确度由网络分析仪的剩余误差、探针的技术指标、 所采用的校准方法、校准基片的理想程度以及连接重复性等决定，由于这几者 之间的关系比较复杂而且各个分量难以准确单独确定，所以难于用分项分析的 方法确定片上测量系统的测量准确度。为了确定片上测量系统的测量准确度， 通常需要具有一定标准值的标准器对系统的测量参数进行定标，比较标准器的 定标值和利用片上测量系统实际测量得到的值，从而得到系统的测量准确度。

反射幅度测量准确度是片上测量系统的一个重要参数，目前采用的片上测 量系统的反射幅度检验器件为一个具有共面波导连接线形式的长且直的标准 传输线。如图1A和1B所示，共面波导传输线包括电介质衬底1，形成在衬底 上用作信号线的中央导体2和用作地线的第一接地导体3a和第二接地导体3b。 信号线2和地线3a，3b分别为宽度均匀的金属层。这种传输线具有由信号线 宽度w、电介质衬底的介电常数和厚度、金属层厚度、信号线与地线之间的间 隙s所确定的特定阻抗，例如传输线的阻抗可被设计为50Ω。片上测量系统经 校准完毕后用探针搭在标准传输线的两侧，并测量反射系数，通过这种方法进 行系统测量准确度的验证。现有技术设计的传输幅度标准器由阻抗为50Ω的标 准传输线形成，与测量系统的特性阻抗相当。在测量传输幅度标准器的反射驻 波量时，传输幅度标准器驻波标准值1.00左右，利用这样的反射幅度标准器只 能验证片上测量系统在匹配状态下的测量准确度。实际工作中，由于校准开路 器、短路器等的不理想会影响片上测量系统在小反射及大反射状态下的测量准 确度，用如上所述方法设计的反射幅度标准器无法评估系统在不同反射状态下 的反射幅度测量准确度。无法满足对片上测量系统传输幅度测量准确度全面的 验证。

因此，需要一种能够适用于不同测量条件下反射幅度测量的反射幅度标准 器。

发明内容

由于现有技术设计的反射幅度标准器为50Ω传输线，只能对系统在匹配状 态的反射幅度的测量准确度进行检验，无法对各种失配状态下的反射幅度测量 准确度进行检验。为了克服该技术缺陷，本发明提供的一组共面波导反射幅度 标准器包括一系列具有不同尺寸的信号线及地线的共面波导传输线。通过在反 射幅度标准器中引入失配结构，且失配的大小可以根据信号线及地线的尺寸进 行调整，根据本发明的反射幅度标准器能够对片上测量系统在测量不同反射幅 度时的测量准确度进行检验，是一种可覆盖从匹配到不同失配状态下测量准确 度检验的反射幅度标准器，扩展了现有反射幅度标准器的反射幅度测量范围。

根据本发明的一个方面，提供一种用于形成片上测量系统的共面波导反 射幅度标准器的设计方法，该共面波导反射幅度标准器包括：电介质衬底、 由在所述电介质衬底的表面上形成的中央导体和对称地位于中央导体两侧的 第一接地导体和第二接地导体形成的共面波导传输线，该传输线包括位于输 入端和输出端的匹配部分和位于其间的失配部分，该方法包括：

确定反射幅度标准器的目标测量范围；

确定匹配部分的各导体尺寸，

基于所确定的匹配部分的各导体尺寸和该标准器的目标驻波比，假设失 配部分第一接地导体和第二接地导体的宽度等于匹配部分第一接地导体和第 二接地导体的宽度，利用电磁仿真软件，计算得到失配部分中央导体的宽度， 若其小于匹配部分中央导体的宽度则得到该标准器失配部分的各导体尺寸。

优选地，所述确定匹配部分的各导体尺寸的步骤进一步包括

基于该测量系统探针的针间距确定匹配部分的中央导体的宽度以及第一 接地导体和第二接地导体的宽度；

基于衬底的介电常数、形成导体的导体层厚度，匹配部分中央导体的宽 度和该测量系统的目标阻抗，仿真计算所述匹配部分的中央导体与第一接地 导体和第二接地导体之间的间隙尺寸。