[发明专利]一种同轴偏置标准器输入阻抗特性的定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同轴单端口标准器特性的定标方法，特别是涉及一种计量用的同轴偏置标准器输入阻抗特性的定标方法。

背景技术

随着科技的发展，新材料、新器件不断出现，使用微波网络分析仪、阻抗分析仪等仪器分析材料、器件特性的需求不断增加。但是网络分析仪、阻抗分析仪等仪器本身由于特性不理想存在系统误差，需要在测量前使用校准标准器对其进行校准，同时需要定期使用检验标准器检验仪器的性能。因此，作为校准标准器和检验标准器的一部分，同轴偏置标准器的特性对于保证仪器测量结果的准确与统一十分重要。

对于同轴单端口偏置开路器输入电容特性的定标方法，日本学者曾做过研究，并且取得了一定成果。目前，同轴单端口偏置开路器输入电容的定标方法多基于日本学者的研究结果。在其定标方法中，需要使用网络分析仪、1kHz电容电桥等较多的测量仪器，而且仅在两个频率点校准偏置开路器的输入电容值，然后利用数据拟合的方式外推其它频率点的电容特性。但是这种方法存在很多的不足之处，如使用仪器较多、溯源途径不够明确、数据外推拟合方式不够严谨等。同时该方法中需要被测标准器在1kHz时的低频等效模型，并使用1kHz的电容电桥测量被校标准器在1kHz时的电容值。这样就极大的限制了方法使用的频率范围，比如对于更高频段的校准标准器，如50GHz的2.4mm机械校准件，其1kHz的低频模型已不适用，必将导致校准结果在高频时偏差较大。因此，日本学者所提出的方法仅适用于2GHz以下的频率范围。

网络分析仪用校准标准器包括开路标准器、短路标准器和匹配负载，其中匹配负载用于修正仪器中信号分离器件的方向性误差，无需校准其电容或电感值。偏置开路器和偏置短路器的输入电容和电感需要定标。阻抗分析仪的同轴单端口阻抗标准器通常采用无支撑空气线端接偏置开路器构成。其中空气线的特性可以直接溯源至物理长度，端接的偏置开路器需要校准。应用日本学者提供的方法只能校准偏置开路器在2GHz频率以下的偏置开路器的输入电容，其他频率范围及偏置短路器的定标方法还需要进一步的研究。

发明内容

本发明针对目前现有偏置开路器输入电容校准方法的不足之处，如溯源途径不清晰、数据拟合方式不严谨、硬件仪器设备要求较高和应用频率范围较窄的缺点，提出了一种溯源途径清晰，理论推导准确，应用范围广泛的同轴单端口偏置标准器输入阻抗的定标方法。本发明采用数值方法求解方程的形式，将偏置标准器的阻抗特性直接溯源至可以准确测量的物理长度，然后，采用准确的数学模型解决了偏置标准器输入阻抗的定标问题，进而利用已定标的输入阻抗可以获得偏置标准器的输入电容及电感参数。本发明不仅可以解决偏置开路器的输入电容校准，而且能够解决偏置短路器的输入电感校准。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种同轴偏置标准器输入阻抗特性的定标方法，该定标方法包括：

1）选择合适的测量频率；

2）根据偏置标准器选择合适的等效标准器；

3）对等效标准器和偏置标准器进行测量；

4）对所述被测偏置标准器的输入阻抗进行校准；

5）根据校准的输入阻抗，确定偏置标准器的偏置内导体长度；

6）确定所述测量频率范围内的偏置标准器输入阻抗校准值。

所述步骤1中的测量频率为1GH_Z-3GH_Z。方法应用频率范围不局限于1GHz～3GHz，可应用于更高频段的同轴偏置标准器定标。

所述步骤2中的等效标准器包括同轴无支撑空气线和标准短路器，或者无支撑空气线和标准开路器。

所述步骤3中对等效标准器和偏置标准器进行测量包括对被测偏置标准器的外导体内径a和内导体外径b，及对同轴无支撑空气线的外导体内径和内导体外径及长度进行测量。

所述对被测偏置标准器的输入阻抗进行校准，在第一步所选频点的输入阻抗校准值为：

，其中Zmea-dut为被测偏置标准器的输入阻抗测量值，Zcal-std为等效标准器输入阻抗的校准值，Zmea-std为等效标准器输入阻抗的测量值，

等效标准器在第一步所选频点的输入阻抗校准值可由式1计算得到，记为Zcal-std。利用网络分析仪对等效标准器的输入阻抗进行测量，得到其测量值记为Zmea-std。利用网络分析仪对被测偏置标准器的输入阻抗进行测量，得到其测量结果记为Zmea-dut。

所述偏置标准器输入阻抗的校准值为：