应用笔记 3699

超低成本、坚固的、宽带中间阻抗转换器


摘要 : 该应用笔记提供了在实验室制作一个低成本、坚固耐用的射频阻抗转换探头的简单方法。该探头可用于400kHz到1GHz频率范围的50Ω电路测量,以便解决低阻电路存在的问题。

概述

本文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50Ω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(1kΩ)使它在低阻抗(比如50Ω)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1kΩ电阻,封装尺寸均为0603。

图1. 坚固的射频阻抗转换探头
图1. 坚固的射频阻抗转换探头

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。

图2. 射频阻抗转换器在检测50ohm阻抗点时的频率响应
图2. 射频阻抗转换器在检测50Ω阻抗点时的频率响应

假定50Ω的低阻抗电路与1k中间阻抗组成一个简单的50Ω/1050Ω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50Ω电阻上的测量结果。此外,假定探头的1kΩ阻抗与频谱分析仪的50Ω阻抗相加后再与电路的50Ω阻抗并联,这样在理想的情况下,该探头对50Ω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50Ω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1kΩ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。

类似文章发表在RF设计2004年10月刊。

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