[发明专利]一种螺线管微线圈集总电参数的测量方法

说明书

本发明公开了一种螺线管微线圈集总电参数的测量方法，属于微波测量技术领域。分别制作待测件夹具和TRL去嵌入校准件，利用网络分析仪测量螺线管微线圈待测件和去嵌入校准件的S参数；使用TRL去嵌入算法对测得的S参数进行数据处理，得到螺线管微线圈的S参数；根据S参数和Z参数的转换关系，得到螺线管微线圈的Z参数；建立螺线管微线圈的集总等效电路模型，分析得出螺线管微线圈的集总电参数和Z参数之间的数学关系式，利用非线性最小二乘拟合对螺线管微线圈的Z参数进行数据处理，给出螺线管微线圈集总电参数的估计值及其精度。使用本发明方法能消除由测量夹具带来的误差，提高螺线管微线圈集总电参数的测量精度。

技术领域

本发明属于微波测量技术领域，更具体地，涉及一种螺线管微线圈集总电参数的测量方法。

背景技术

可植入微装置通过微创手术的方式注入到体内较深位置，具有很好的靶向性，对于疾病的精准诊疗具有重要的现实意义。但由于其尺寸较小，一般为1～2毫米，无法采用充电或一次性电池作为电源，而中场无线传能技术为深植入微装置的能量供给提供了有效的途径。

采用中场无线传能技术的深植入微装置使用螺线管微线圈作为体内能量接收线圈，测量螺线管微线圈的集总电参数(电阻、电感、电容、谐振频率和品质因数)，成为合理设计体内能量接收电路、提高经皮无线能量传输效率的前提和基础。

螺线管微线圈的几何尺寸一般为1～2mm，谐振频率一般在GHz量级。对于一般的低频螺线管线圈，可以使用LCR测试仪或者阻抗分析仪进行测量，但是对于谐振频率在GHz量级的螺线管微线圈，LCR测试仪或阻抗分析仪无法满足其较高频率要求；虽然矢量网络分析仪能提供GHz的测量频率，但由测量夹具的接触电阻、电感和电容等引入的测量误差不可忽略，不能满足螺线管微线圈集总电参数测量的精度要求。

德国弗莱堡大学的研究小组提出以无线感应方式非接触测量小线圈的集总电参数(电阻、电感和电容)，该方法有别于传统的接触式测量方法，采用较大的螺线管线圈作为磁场耦合探针，采用阻抗分析仪测得小线圈的阻抗参数，利用感性耦合的解析模型求出小线圈的集总电参数，不仅省去小线圈接触检测的繁琐操作过程，而且避免了测量过程中夹具连接所引入的接触电阻、附加电感和寄生电容。但是由于磁场耦合探针和小线圈之间存在耦合电容，且耦合电容与频率有关，高频测量时无法忽略耦合电容带来的影响，同时过高频率产生的不均匀磁场，使得磁场探针和被测小线圈之间具有非线性耦合，因此频率越高测量误差越大，该方法不适用于测量GHz螺线管微线圈的集总电参数。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种螺线管微线圈集总电参数的测量方法，旨在解决螺线管微线圈集总电参数无法精确测量的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种螺线管微线圈集总电参数的测量方法，采用微波网络分析技术和TRL去嵌入法，利用矢量网络分析仪和去嵌入校准件测得螺线管微线圈的散射参数(S参数)，再利用S参数和阻抗参数(Z参数)的对应关系计算得到螺线管微线圈的Z参数，根据螺线管微线圈的集总等效电路模型，分析得到螺线管微线圈Z参数和集总电参数的函数关系式，进而使用非线性最小二乘拟合方法得到螺线管微线圈集总电参数的估计值及其精度。其步骤如下：

根据待测螺线管微线圈的尺寸大小设计夹具，所述夹具包括射频接头、印刷电路板、长度相同的两段微带线和底座。将所述待测螺线管微线圈焊接在所述夹具的两段微带线中间组成螺线管微线圈待测件；根据所述测螺线管微线圈待测件的结构尺寸设计制作校准件，所述校准件包括直通校准件、反射校准件、传输线校准件；

分别测量螺线管微线圈待测件和校准件的S参数矩阵；