超低成本宽带中间阻抗转换器

介绍的低成本射频阻抗转换探头的制作材料在实验室很容易得到。在处理低阻抗电路的问题时,阻抗转换探头可以完成一些非常有用的测量。包括杂散信号的定位,杂散信号和谐波电平的测量,故障放大器或故障saw滤波器的判断。测量一个电路的50阻抗点时,该探头在约400khz到1ghz的频率范围内非常有效。

阻抗转换器设计

该射频阻抗转换器由一个sma连接器依次串联一个电容、电阻和一段较短的半刚性同轴电缆组成。半刚性同轴电缆充当该阻抗转换器的探头,如图1所示。Sma连接器通过标准sma电缆连接到一个频谱分析仪。该转换器的中间阻抗(1k)使它在低阻抗(比如50)电路中不会对电路产生显著影响。为使电路保持良好的工作状态,选择阻值与电路阻抗比为20:1的电阻。所选择的耦合电容要保证其自谐振频率是工作频带的中间值,保证相对于所选择电阻值呈现为低阻特性。本设计选择1000pf电容和1k电阻,封装尺寸均为0603。

阻抗转换器的性能

图2是阻抗转换探头工作在400khz到1ghz的频响特性,平坦度是1db。由此产生的测量误差远远低于处理故障时(比如放大器工作故障)所面临的大于10db的典型误差。此外,去掉同轴电缆,直接用电阻作为探针时可将该转换器的最大工作频率扩展到1.9ghz。这种方法可以减小转换器在接近3ghz处的谐振,当然,这种转换器很容易损坏,但它能够说明同轴电缆的寄生效应对频响特性平坦度的影响。较短的同轴电缆能够提供良好的rf性能,而较长的同轴电缆则有更多的焊接表面,可加强机械强度,对这两者进行权衡后,我们把图1中的同轴电缆长度选为11mm。

假定50的低阻抗电路与1k中间阻抗组成一个简单的50/1050的分压器,那么在sma连接器处测量的功率电平理论上应该比探头处的功率电平低-26.4db。该一点与图2所示400khz到1ghz频率范围的响应曲线一致。图2中的频率响应是将探头跨接在一个校准后的信号发生器输出端的50电阻上的测量结果。此外,假定探头的1k阻抗与频谱分析仪的50阻抗相加后再与电路的50阻抗并联,这样在理想的情况下,该探头对50的负载电路进行测量时对被测电路只有-0.2db的影响。

制作转换探头

为了组装一个图1所示的转换探头,首先切割一小块带有sma隔层连接器和50微带传输线的印刷电路板。接着在微带线上小心地切割几个缝隙,将1000pf电容和1k电阻相串联焊接在缝隙处。电容和电阻均为0603封装。再截取一段11mm长、直径为0.086"的半刚性同轴电缆。同轴电缆的中心导体一端露出2.5mm,另一端露出2mm。露出2mm的那一端即为探针部位。除去同轴电缆下面微带线上的残余物,将露出2.5mm中心导体的一端弯曲并焊接在靠近电阻的微带线上。接下来,用焊料填充在导体外侧与金属地层之间,固定同轴电缆。使用大量的焊料将同轴电缆牢牢固定在印刷电路板上。如有必要,可利用覆铜层跨接。再将一小段中心导体与同轴电缆平行作为探头的接地端。最后在转换探头的探针和接地端各加一小滴焊料,以便与所测电路保持良好的接触。