本文介紹的低成本射頻阻抗轉(zhuǎn)換探頭的制作材料在實(shí)驗(yàn)室很容易得到。在處理低阻抗電路的問題時,阻抗轉(zhuǎn)換探頭可以完成一些非常有用的測量。包括雜散信號的定位,雜散信號和諧波電平的測量,故障放大器或故障saw濾波器的判斷。測量一個電路的50阻抗點(diǎn)時,該探頭在約400khz到1ghz的頻率范圍內(nèi)非常有效。

阻抗轉(zhuǎn)換器設(shè)計

該射頻阻抗轉(zhuǎn)換器由一個sma連接器依次串聯(lián)一個電容、電阻和一段較短的半剛性同軸電纜組成。半剛性同軸電纜充當(dāng)該阻抗轉(zhuǎn)換器的探頭,如圖1所示。sma連接器通過標(biāo)準(zhǔn)sma電纜連接到一個頻譜分析儀。該轉(zhuǎn)換器的中間阻抗(1k)使它在低阻抗(比如50)電路中不會對電路產(chǎn)生顯著影響。為使電路保持良好的工作狀態(tài),選擇阻值與電路阻抗比為20:1的電阻。所選擇的耦合電容要保證其自諧振頻率是工作頻帶的中間值,保證相對于所選擇電阻值呈現(xiàn)為低阻特性。本設(shè)計選擇1000pf電容和1k電阻,封裝尺寸均為0603。

 
阻抗轉(zhuǎn)換器的性能

圖2是阻抗轉(zhuǎn)換探頭工作在400khz到1ghz的頻響特性,平坦度是1db。由此產(chǎn)生的測量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于處理故障時(比如放大器工作故障)所面臨的大于10db的典型誤差。此外,去掉同軸電纜,直接用電阻作為探針時可將該轉(zhuǎn)換器的最大工作頻率擴(kuò)展到1.9ghz。這種方法可以減小轉(zhuǎn)換器在接近3ghz處的諧振,當(dāng)然,這種轉(zhuǎn)換器很容易損壞,但它能夠說明同軸電纜的寄生效應(yīng)對頻響特性平坦度的影響。較短的同軸電纜能夠提供良好的rf性能,而較長的同軸電纜則有更多的焊接表面,可加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度,對這兩者進(jìn)行權(quán)衡后,我們把圖1中的同軸電纜長度選為11mm。

 
假定50的低阻抗電路與1k中間阻抗組成一個簡單的50/1050的分壓器,那么在sma連接器處測量的功率電平理論上應(yīng)該比探頭處的功率電平低-26.4db。該一點(diǎn)與圖2所示400khz到1ghz頻率范圍的響應(yīng)曲線一致。圖2中的頻率響應(yīng)是將探頭跨接在一個校準(zhǔn)后的信號發(fā)生器輸出端的50電阻上的測量結(jié)果。此外,假定探頭的1k阻抗與頻譜分析儀的50阻抗相加后再與電路的50阻抗并聯(lián),這樣在理想的情況下,該探頭對50的負(fù)載電路進(jìn)行測量時對被測電路只有-0.2db的影響。

制作轉(zhuǎn)換探頭

為了組裝一個圖1所示的轉(zhuǎn)換探頭,首先切割一小塊帶有sma隔層連接器和50微帶傳輸線的印刷電路板。接著在微帶線上小心地切割幾個縫隙,將1000pf電容和1k電阻相串聯(lián)焊接在縫隙處。電容和電阻均為0603封裝。再截取一段11mm長、直徑為0.086"的半剛性同軸電纜。同軸電纜的中心導(dǎo)體一端露出2.5mm,另一端露出2mm。露出2mm的那一端即為探針部位。除去同軸電纜下面微帶線上的殘余物,將露出2.5mm中心導(dǎo)體的一端彎曲并焊接在靠近電阻的微帶線上。接下來,用焊料填充在導(dǎo)體外側(cè)與金屬地層之間,固定同軸電纜。使用大量的焊料將同軸電纜牢牢固定在印刷電路板上。如有必要,可利用覆銅層跨接。再將一小段中心導(dǎo)體與同軸電纜平行作為探頭的接地端。最后在轉(zhuǎn)換探頭的探針和接地端各加一小滴焊料,以便與所測電路保持良好的接觸。