本文介紹的低成本射頻阻抗轉換探頭的制作材料在實驗室很容易得到。在處理低阻抗電路的問題時,阻抗轉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阻抗點時,該探頭在約400khz到1ghz的頻率范圍內非常有效。

阻抗轉換器設計

該射頻阻抗轉換器由一個sma連接器依次串聯一個電容、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該阻抗轉換器的探頭,如圖1所示。sma連接器通過標準sma電纜連接到一個頻譜分析儀。該轉換器的中間阻抗(1k)使它在低阻抗(比如50)電路中不會對電路產生顯著影響。為使電路保持良好的工作狀態,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為低阻特性。本設計選擇1000pf電容和1k電阻,封裝尺寸均為0603。

 
阻抗轉換器的性能

圖2是阻抗轉換探頭工作在400khz到1ghz的頻響特性,平坦度是1db。由此產生的測量誤差遠遠低于處理故障時(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換器的最大工作頻率擴展到1.9ghz。這種方法可以減小轉換器在接近3ghz處的諧振,當然,這種轉換器很容易損壞,但它能夠說明同軸電纜的寄生效應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,可加強機械強度,對這兩者進行權衡后,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該比探頭處的功率電平低-26.4db。該一點與圖2所示400khz到1ghz頻率范圍的響應曲線一致。圖2中的頻率響應是將探頭跨接在一個校準后的信號發生器輸出端的50電阻上的測量結果。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,這樣在理想的情況下,該探頭對50的負載電路進行測量時對被測電路只有-0.2db的影響。

制作轉換探頭

為了組裝一個圖1所示的轉換探頭,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,用焊料填充在導體外側與金屬地層之間,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。再將一小段中心導體與同軸電纜平行作為探頭的接地端。最后在轉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。