变容二极管射频特性参数的提取

2013-10-31杨歆汨

通信技术 2013年7期

柳会，杨歆汨

（苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006）

0 引言

变容二极管用在仿真电路时的主要特性参数是串联电阻及结电容，可以从供应商提供的参考数据上查获，但是基本是在低频时的一些参考值。在仿真射频电路时，如调谐滤波器[1]，变容二极管的射频特性参数仍是重要参量。为了获取变容二极管的性能参数，本文提出一种利用自制的测试平台进行提取变容二极管特性参数的方法。主要是基于微波网络转移矩阵(A矩阵)的级联及Matlab编程计算，根据矢量网络分析仪测得的数据进行特性参数的提取。本文首先利用一款电容进行校验，基本确定测试方法的可行性及准确性，然后使用测试平台对一款变容二极管进行测量，获取其串联电阻及结电容的值，将其用在以后的射频仿真电路中[2]。

1 测试板模型、仿真及实物

测试平台主要由两部分构成，即传输结构和终端负载结构，如图1所示，中间空隙处即为待测变容二极管的焊接位置。传输结构可以看做由两段50 ohm微带线及一个并联枝节组成[3]，选用εr=2.65，h=1 mm的微波介质板加工实物如图2所示。在测试平台上，单独做出并联枝与负载阻抗，以便分别测量它们的阻抗值，如图2所示。测试平台的尺寸为100 mm×100 mm,其中各部分具体尺寸如下:

图1 测试平台的模型

图2 测试平台实物

2 测试方法及理论推导

在微波网络中，转移矩阵也称A矩阵[4]，在双端口级联网络中使用A矩阵研究特别方便。一段长为l特性阻抗[5]为50 ohm微带短截线的A矩阵如式(1)，并联枝节可等效为一段并联导纳，其A矩阵如式(2):

其中，Y为测得的枝节阻抗转换为导纳后的值。

变容二极管的等效电路如图3所示，由串联电阻RS、结电容Cj以及寄生电感LS、封装电容Cp构成，在射频电路中可忽略寄生电感和封装电容的效应[6]，本文主要研究变容二极管的串联电阻和结电容，其A矩阵如式（3）所示。

图3 变容二极管的等效电路

N个双端口网络级联，整个网络的A矩阵可以表示成［A］=［A1］［A2］···［AN］。本文中可将测试平台的传输结构和变容二极管级联后整个网络的A矩阵计算如式（4）所示，终端负载阻抗可由网分析测得，代入Zin=，可得到输入阻抗与变容二极管特性参数之间的理论关系[7]。

本文参数提取的算法是:使用矢量网络分析仪测量出实际的输入阻抗，利用Matlab编程，将输入阻抗的理论值与实际值作平方差，使用fmisearch函数求多元函数极值点的方法，提取出变容二极管串联电阻与结电容的值。

3 电容校验

本文先利用一款普通电容进行校验，确保测试平台的可行性。将一个1.2 pF的电容焊接在测试平台的空缺处，如图2所示。利用网络分析仪测得测试平台上并联枝节的阻抗以及终端负载阻抗的值，中心频率在3 GHz。最后测得端口的输入阻抗后，根据本文参数提取的算法，在Matlab中进行编程计算。如图4和图5所示，提取的校验电容值基本在1.2 pF，电阻值基本为0 Ω，初步验证了本测试平台的可行性及可靠性。

图4 校验电容的电阻提取值

图5 校验电容的电容提取值

4 变容二极管特性参数的提取

参照电容校验的步骤，本文对一款变容二极管BBY51-02W进行特性参数提取。将变容二极管焊接后，按照校验步骤，使用网络分析仪测量数据后，根据实际测得的输入阻抗计算出串联阻抗与结电容的值，Matlab计算结果如图6、图7所示。在射频3 GHz下，该款变容二极管的串联电阻基本为0.3 ohm，结电容为1.9 pF。