利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對射頻陶瓷貼片電容的掃頻測量

目前廣泛應(yīng)用于各種射頻電路中的貼片電容因其尺寸和電容量均較小，沒有比較合適的射頻段測試儀器。我們應(yīng)用微波網(wǎng)絡(luò)理論分析后，自行設(shè)計共面波導(dǎo)作為測試夾具，利用射頻矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在高頻至射頻波段(300M～3000MHz)對射頻陶瓷貼片電容(尺寸約2.00mm×1.26mm×0.67mm，電容量0.5～7.5pF)進行了掃頻測量。

貼片電容模型

射頻陶瓷貼片電容的外形示意圖如圖1所示。

圖1、貼片電容的外形圖

其等效模型如圖2所示。

圖2、貼片電容等效模型

其中，C為電容，L為電極等效串聯(lián)電感，R為電極和介質(zhì)交流漏電阻的等效串聯(lián)值，這樣，一個射頻電容的阻抗Z為:

測試夾具

本實驗使用特性阻抗Zc為50Ω的共面波導(dǎo)作為測試夾具，將待測電容橫跨接在共面波導(dǎo)的內(nèi)外金屬條帶之間，其橫截面圖如圖3所示。并接在共面波導(dǎo)上的被測電容構(gòu)成的雙端口網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖3、測試夾具

圖4、被測網(wǎng)絡(luò)

計算與結(jié)果

網(wǎng)絡(luò)分析儀測量并結(jié)合一定的校準(zhǔn)方法(TRL)可算出電容的散射參數(shù)S21o由微波網(wǎng)絡(luò)理論可知:

取Z的虛部(電抗)X，運用實驗數(shù)據(jù)處理中的最小二乘法并由(1)式知，X的擬合模型為?L-1/?C。通過一系列頻點?i的測試計算數(shù)據(jù)Xi(i=1，2，.，n)，尋找最優(yōu)的參數(shù)L和C使得:

現(xiàn)對5個標(biāo)稱值已知的片式電容在300M～3000MHz的頻率范圍內(nèi)測量，所得數(shù)據(jù)與生產(chǎn)廠家給出的電容標(biāo)稱值進行比較，如表1所示。

由上表可見，片式電容的測量值均落在標(biāo)稱值的容許誤差范圍內(nèi)。

其中5號電容的測量計算電抗值X與擬合模型?L-1/?C的曲線如圖5所示。

圖5、5號電容的電抗測量點與擬合曲線

從上圖可以直觀地看出，被測電容的電抗符合模型所描述的規(guī)律。

采用掃頻法測量阻抗值并用最小二乘法擬合計算，不僅可以得出電容值，還可以得出等效串聯(lián)電感和電阻(由于生產(chǎn)廠家沒有給出相應(yīng)的標(biāo)稱值進行比較，這里不再列出)。應(yīng)注意掃頻帶寬不宜過大，否則會因電容器內(nèi)電介質(zhì)的色散而使電容值有一定的變化，通?？稍?G的頻寬內(nèi)測量。