高功率射频电阻并联等效电容的测试方法

2016-07-29 来源:EMC-RFlabs 我要评论(0) 字号:

在射频和微波频段使用的高功率电阻,大多数使用在Wilkinson功分器或者合路器产品中。为得到最好的性能,在Wilkinson功分器中使用的100欧姆隔离电阻,必须具有较小的等效电容,以便于降低对插入损耗的影响。另外,如果隔离电阻使用在Wilkinson合路器中,那么其需要吸收每个输入端口的输入功率的一半。

分离电阻常常用于设计高功率衰减器。频率低的时候,这是可行的;然而在高频时,分离电阻的寄生参数会导致衰减器的特性比预计的要差。

高功率电阻拥有不同的形状和尺寸。应用最普通的几种分别为:表贴型电阻,具有引线(有/无 绝缘外壳)的电阻,具有引线和绝缘外壳,并安装在导电法兰上的电阻。各种高功率电阻的外形如下:

高功率电阻的规格参数

高功率电阻的主要参数包括:电阻值,最大功率容量(大多数是指在100度温度下的),功率-温度曲线和机械外形尺寸。另外,最大或者典型的等效电容值有些情况下也需要提供。

电阻和最大功率这两个参数一般是比较明确的,并且对设计师来说也很有用。相对来说,等效电容这个参数就比较模糊。多数情况下,厂商并不会提供等效电容是在何种频率下测得,以及采用哪种测试方法。

等效电容分很多种。并联等效电容是指在电阻膜和地平面之间的由射频散射场所形成的电容(如图2)。其它的等效电容比如输入和输出焊盘之间的,由于其对实际应用的影响较小,特别是在低频的时候,一般不做重点考虑。

到目前为止,高功率电阻在1MHz以上的等效电容的测试还没有标准。按照MIL-STD 202G的标准规定,等效电容的测试频率建议为:60Hz,120Hz,1KHz,10KHz和1MHz。

有人提出:在1MHz测试得出的等效电容一定可以满足MIL的标准,但是这个电容信息对希望其能工作在2.7GHz的设计师来说,一点用都没有。同样的情况也适用于工作频率为GHz频率范围的基站产品。

本文主要用来阐述由EMC Rflabs公司制造的高功率电阻的等效电容测试方法。

测试方法和等效电容的提取

当高功率电阻用于射频和微波频段时,具有损传输线的特性。图3是一个电阻的集总元件模型和其高频等效电路模型。图3中的并联电容可以通过测试S参数的方式提取。但测试设备的类型、校准的技术、材料的介电常数都会影响测试结果。

为更加形象的展示等效电容的提取过程,我们使用500W的带引线的50欧姆电阻制作了一个如图4的样本。图3中的参考面的建立是通过测试仪器的校准以及设置来实现的。

测试数据和建模数据

为了验证参数的提取过程,我们使用Microwave Office建立了一个EM电阻模型。如图5显示,EM分析得到的S参数和测试得到的S参数被一起标注在一张Smith原图上。从图中可以看出,在2.7GHz以下,测试的数据和建模的数据具有很好的相关性。

等效电容的计算

为得到电阻的并联等效电容,我们需要用到b这个值,其任意频率的值都可以直接从我们举例的图中得到。

举例如下,从绿色的线(测试数据)上查到:在2.3GHz,b=1.083。将其带入下面的公式可以得出等效电容的值为1.5pF。

如果我们依照红色的线(建模数据)得到b,然后重新计算在2.3GHz的等效电容,其为1.55pF。这两个数据再次显示了测试数据和建模数据之间的良好的相关性。

除了单频点的计算外,我们在图6展示了并联电容的扫频测试结果。结果同样显示了两种方法获得的S参数具有高度的相关性。

高功率电阻广泛应用于功率分配电路。由于射频散射场在电阻膜和地之间形成的并联等效电容(并联端到地)变成了一个重要的设计参数。等效电容的典型值一般给出的都是在1MHz的频率测得的。然而,在GHz的频段,对设计来说,一个高频的等效电容值会更有参考意义。

本文阐述了提取并联等效电容的测试方法和过程。EM建模数据和测试数据的高相关性说明等效并联电阻可以通过测试S参数的方法来获取。

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