在片S参数计量比对结果浅析

中国电子科技集团公司第十三研究所作为主导实验室开展了在片S参数计量比对工作,对参比实验室提交的在片S参数测量结果进行了汇总分析,并用E_n值对各参比实验室测量结果进行了评价。通过在片S参数计量比对,确保了量值传递的准确、可靠,特别是对在片S参数测量不确定度的主要来源统一了认识。同时也为业内提供了在片S参数测量一致性的比较平台。

电源网络低频段S参数拓展方法

电源网络S参数与芯片电源模型(Chip Power Module,CPM)级联可实现电源时域噪声仿真,完成电源完整性设计签核。当下部分仿真工具在AC阻抗优化过程中导出的S参数存在低频段无法覆盖的问题,影响时域纹波仿真精度,如果重新对S参数进行提取,又会增加仿真时间降低仿真效率。针对AC阻抗优化过程中导出的S参数无法覆盖低频段的问题,提出了一种电源网络S参数低频段拓展方法,结合电压调节模块(Voltage Regulator Module,VRM)的R-L模型,推导出低频段的S参数可以借用抽取的S参数中最低频点处的S参数实现低频段S参数的拓展。仿真和实验结果表明,通过对低频段S参数进行拓展,电源时域纹波噪声仿真的精度提升31%。同时,低频段的S参数直接借用已抽取的S参数中低频点的数值无须重复提取,在8 GB内存的配置下,仿真时间节约14%左右,提高了仿真效率。

110 GHz宽带同轴S参数标准装置设计

110 GHz宽带同轴S参数标准装置目前在国内尚无成熟产品,该文旨在实现对同轴S参数标准装置的设计。采用的设计方法为解析算法和有限元仿真的结合。解析方法由阻抗与反射系数的递推公式推导而来,并利用Matlab软件进行算法实现,其特点为运算快速但准确度欠佳;有限元仿真利用HFSS实现,其特点为消耗资源较多但建模和计算的准确度较高。通过解析方法对关键参数进行设计后在通过有限元仿真考虑产品细节带来的影响,二者的结合实现兼具快速且准确的设计。完成样品生产加工后使用网络分析仪对样品进行测试,测试结果与设计结果能较好吻合,验证设计方法的有效性。

基于S参数的GIS特高频传感器现场校验方法研究

特高频法通过传感器检测GIS设备故障条件下特高频电磁波信号,若传感器灵敏性出现异常,将导致GIS运行稳定性下降。针对此问题,研究基于S参数的GIS特高频传感器现场校验方法。以一个双端口网络描述GIS设备内两个特高频传感器及其间的GIS结构,嵌入S参数网络,通过测量相邻两传感器间的传递函数,检测GIS设备内相同结构位置处特高频传感器的原始单端插入损耗曲线、初始单端插入损耗均值、初始单端插入横向相对误差等,能够获取GIS特高频传感器性能及其布置方式,高精度检测GIS内置特高频传感器在安装条件下与运行条件下的运行态势。实验结果显示:该方法不受注入脉冲宽度影响,可准确校验传感器灵敏性,提升GIS运行稳定性。

基于网络分析仪的多类型微波器件S参数自动校准软件研究

为实现高效测量,减少多种类型被测器件导致的测量参数设置复杂问题,本文通过分析微波网络S参数测量系统的工作原理和性能特点,采用C#多线程、模块化结构设计出S参数自动校准软件,对S参数测量系统建立被测器件的类型、标准件的参数以及测试流程等数据库,同时建立被测参数的测量不确定度模型。基于矢量网络分析仪结合自动校准软件实现反射参数与传输参数的测试,通过试验可发现,采用自动化校准软件的测试结果与手动测试结果具有较高的一致性。

微波器件S参数全温在线测试技术研究

由于装备应用环境的复杂性,对微波器件的全温性能的要求越来越高,特别是高低温下的性能指标。当前国内微波器件生产厂商在微波器件设计研制方面具备了较强的技术能力,但对于该类器件的测试大都依据自身产品特点开发测试系统,测试一致性不高,尤其是关键指标S参数在高低温下的测试误差较大。因此需要对微波器件S参数的高低温校准、测试方法进行研究,提出一套全温在线测试方案,提高测试一致性和准确度。

一种用于高频S参数的去嵌算法

在S参数的测量过程中,需通过去嵌方法去除测试夹具带来的结果误差。该算法通过时域的方法对夹具进行分解。接着将分解得到的夹具S参数采用ABCD矩阵运算进行去除,从而得到待测器件的S参数。通过设计测试板来进行实验,将该算法与传统的AFR和Delta L方法进行了比较,验证了该去嵌算法对高频信号的有效性以及准确性。同时由于该算法先分解再去嵌的特性,使其可应用于左右夹具不一致的情况。

SiGe HBT器件低温S参数计算方法

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)器件的S参数是用于射频前端电路匹配设计的关键参数,提出一种测量SiGe HBT器件在多个不同温度下的S参数获取该器件低温S参数的计算方法。首先建立SiGe HBT器件在已知直流偏置下的T型小信号电路模型,然后采用常温下测量的器件S参数提取模型中与温度相关性极小的非本征部分元件值作为常量,再测量多个不同温度下的器件S参数构建器件所有本征部分元件参数与温度的近似线性表达式,逐个计算指定低温下所有本征部分元件参数,最后在已知全部参数的T型小信号模型中计算SiGe HBT器件在该低温下的S参数。实验显示该方法计算的低温S参数与测试值有良好的一致性。理论上该计算方法适用的最低温度达到-73℃。

功率合成与分配网络的混合模式S参数分析方法

文中应用混合模式S参数分析了功率合成/分配网络,给出了网络的单端S参数与混合模式S参数之间相互转化的关系式。最后在测量单端S参数的基础上给出了混合模式S参数的曲线,其与理论分析的结果具有较好的一致性。

太赫兹折叠波导慢波结构S参数特性

理论上分析了计算周期数对0.22THz折叠波导慢波结构S参数的影响,讨论了折叠波导慢波结构各个尺寸参数对损耗特性的影响,研究了粗糙度与损耗特性之间的关系。通过实验验证了0.22THz标准矩形直波导的损耗特性。对实际加工的0.22THz折叠波导慢波结构进行了测试,得到了实际的太赫兹波折叠波导慢波结构传输与损耗特性。

气体绝缘组合电器中局部放电特高频信号S参数特性仿真与实验研究

为了研究局部放电特高频信号在GIS中的传播和衰减变化特性，首先采用有限积分法对GIS中的S参数进行仿真研究，分别分析了经过不同数量盆式绝缘子后S参数的变化。同时，在实验室内搭建了一套252kVGIS局部放电实验平台，利用多个内置传感器检测了不同位置处的局放特高频信号，求解S参数并将其与仿真结果进行比较，得出的实验结果与仿真的幅值和波形均相一致，从而验证了仿真结果的有效性。最后，使用矢量网络分析仪测量了不同结构下的S参数，并对仿真模型进行进一步地细化和改变，得到的矢量网络分析仪的实验结果和仿真结果较为一致，进一步证明了仿真结论的合理性。结果和结论表明了单个盆式绝缘子对于特高频信号的衰减程度可到-3dB，绝缘子数量与衰减程度成正比关系。

利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取二端口网络的S参数

提出了一种利用矢量网络分析仪单端口校准误差项提取互易二端口网络S参数的方法。该方法要求在不同的参考平面上分别进行两次单端口校准,然后利用两次单端口校准的误差项求解二端口网络的S参数,通过实验验证该方法的正确性。该方法可应用于负载牵引和噪声参数测量过程中阻抗调配网络的S参数提取。

测量匹配网络S参数的转换模型

给出了复特征阻抗间的S参数转换模型、差模和共模的S参数转换模型。该模型基于亥姆霍兹方程、戴维南定理,采用信号流图的分析方法,完成了任意特征阻抗间的S参数转换以及不同工作模式下的S参数转换。该模型弥补了矢量网络分析仪(VNA)测量匹配网络S参数的不足。该模型转换的结果与软件仿真的结果进行比较结果表明,S参数的幅度误差小于0.025 dB,相位误差小于0.018°;共模和差模输入阻抗的幅度误差小于0.05 dB,相位误差小于0.35°。

双口网络S参数测量误差校正分析及应用

采用误差分析及校正模型,讨论用数值分析的方法去除系统误差,降低随机误差的思路,其目的是消除标量网络分析仪在测量过程中的系统误差,提高测量精度。理论计算和实际测量结果表明,测量精度明显提高。该误差分析理论及误差测量方法在标量网络分析仪中得到应用,提高了仪器的性能。

通过TRL校准提取管芯S参数的技术

介绍了一种基于TRL法的提取管芯S参数的方法。该方法从TRL校准出发,实际测量得到封装器件的S参数;管芯以外的参量(管壳及键和线)用等效电路表示,最后用微波仿真软件模拟得到管芯S参数。此方法在没有精确的测试夹具条件下,仍可以得到较理想的器件和管芯S参数。实验证明该方法简便、实用性强,可推广应用于不宜直接测量管芯S参数的器件。

提取共面微波探针S参数的方法

共面微波探针是裸芯片测量信号输入/输出的重要媒介,通过与晶圆片物理接触,建立起测量系统与芯片之间的信号连接通道。为了获得共面微波探针完整准确的S参数,设计并实现了＂两步法＂测量方案,首先在同轴端口进行校准,然后在探针尖端口进行第二步校准。通过与出厂数据进行对比分析,证明了方案的可行性,同时指出在片校准件预校准的重要性。另外,讨论了氧化铝和砷化镓两种材料在片SOLT校准件对于探针S参数提取中的影响,实验显示二者相角偏差达到39.8°,回波损耗呈现规则性的变化,全部测量数据的频段覆盖1-40 GHz,最终给出了优化的测量方案。

跨阻放大器S参数与跨阻增益间的关系

在等效电路模型基础上,推导了单端输入单端输出和单端输入差分输出情况下跨阻放大器跨阻增益计算公式,探讨了光探测器输出阻抗对跨阻增益的影响,分析了电路S参数与跨阻增益的关系。并且利用ADS仿真工具对理论推导进行了仿真验证,最后通过实验测量单端输入单端输出跨阻放大器的S参数及数据分析,对理论进行了验证。

硅射频微带电路S参数模拟研究

对不同电阻率硅片射频微带电路S参数进行了模拟研究。建立了 5层结构的微带电路物理结构模型 ,对两种电阻率硅片上不同尺寸 (2× 10 - 5m到 2 0× 10 - 5m)微带线 1～ 10GHz频率范围内的S1 1 和S2 1 参数进行模拟计算。研究结果表明 :减少低电阻率硅片 (3～ 8Ω·cm)线条宽度对减小信号反射和提高传输有益 ;高电阻率硅片 (130～ 15 0Ω·cm)上细线条尺寸微带电路信号反射和提高传输特性也更好。频率越高 ,高阻硅片微带电路的高频性能更好。

基于S参数的空气开关高频模型研究

空气开关是低压配电网中重要的电器设备。然而由于其内部的特殊结构,导致对电力线通信信号某些频段产生深度衰减。为了深入研究空气开关对通信信号的衰减规律,准确建立空气开关的高频电路模型是非常必要的。文章基于二端口网络散射参数与阻抗、传输参数间的转换关系以及串并联谐振电路特性建立了空气开关的高频电路模型,通过MATLAB仿真与实际测量结果的对比分析,验证了空气开关高频等效电路模型的可行性。该空气开关的高频电路模型能够较为准确地表达空气开关的阻抗及传输特性,建模方法简单适用,为低压电器建模提供了参考。

在片S参数测量系统校准技术研究

在片S参数测量系统在半导体行业裸芯片测量中得到了广泛的应用,但是国内在片S参数测量系统无法有效溯源的现状影响了高端裸芯片产品的研发进度。为了建立该类系统的校准能力,本文研制了微带形式的在片校准件、在片传递标准件和在片检验件三类标准样片,搭建了高准确度的在片S参数传递标准件定标系统,通过HFSS仿真方法使得在片S参数溯源至几何量基准,最终建立了在片S参数测量系统中传输参数的计量校准能力,为最终完成在片S参数测量系统校准奠定了技术基础。