夾具油缸在校準方面的技術原理

夾具油缸在校準方面的要求很高，很多的廠家都使用了現有的行業解決方案，這樣的好處是不會有問題，技術已經非常成熟，但是我們依然應該了解夾具油缸的特點，以便在產品開發時更加得心應手。

Electromagnetic Professional(EMPro)是Keysight EEsof EDA 的軟件設計平臺，用于分析元器件的三維電磁場(EM)效應，例如高速和射頻IC 封裝、封裝接線、天線、芯片上和芯片外嵌入式無源元件以及PCB 互連設備。EMPro 具有現代領先的設計、仿真和分析環境以及大容量仿真技術，并綜合了業界領先的射頻和微波電路設計環境――先進設計系統(ADS)，可用于快速高效地進行射 頻和微波電路設計。

背景

用戶在使用EMPro進行工作站天線仿真時，不僅使用了天線的實體模型，還考慮了天線載體(機箱)的影響。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

測試結果和仿真結果在全頻段插損差距明顯，而且測試結果在高端有較為明顯諧振。比較測試對象和仿真模型，測試對象使用較長的同軸線進行饋電，而且同軸接頭在測試時并沒有進行校準;而仿真模型使用集總端口進行饋電，完全沒有考慮饋線效應。

為了使仿真模型盡可能接近測試對象，可以為天線加入接頭及同軸饋線。但這需要獲得測試接頭及同軸線的三維結構文件及材料屬性，建模及校準工作代價很高。

另一個辦法是對測試結果進行校準，提取接頭及同軸饋線的模型，并將其效應加入到仿真結果中。使用自動夾具油缸移除(Automatic Fixture Removal)技術對接頭及同軸饋線的模型進行快速且精確的提取。

自動夾具油缸移除(AFR)校準技術

自 動夾具油缸移除(AFR)校準技術是一種提取準確的寬帶夾具油缸模型的簡便方法。這種校準技術可以被用于各種夾具油缸和互連的結構，例如轉接頭、芯片封裝、線纜、 PCB印刷傳輸線以及通孔等互連結構。這種校準技術和傳統的TRL校準技術一樣，擁有同樣的高精度校準性能，在夾具油缸制作時卻更容易實現。

下 圖展示了一塊通孔作為被測件的測試板。通孔結構作為被研究的對象在兩段均勻傳輸線的中間，傳輸線的兩端是SMA的轉接器，用來連接網絡分析儀，測量通孔的 S參數。在這個例子中，我們關心的被測件是通孔。為了進行測量，通孔處于夾具油缸的中間(夾具油缸包括SMA連接器以及連接通孔的傳輸線)。從藍色的TDR響應曲 線可以看出，SMA轉接器帶來了不可忽視的不連續性，傳輸線也不是完全均勻。在傳輸過程中可以觀測到阻抗的波動及傳輸損耗。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

如何把被測件的測量結果從整個測量結果(被測件加上夾具油缸)中分離出來，是AFR校準技術所要解決的問題。

通常的AFR技術是在被測件兩邊的夾具油缸是鏡像對稱的情況下實現的。在這樣的情況下，需要做一個夾具油缸的校準件用來提取夾具油缸的S參數。校準件的形式是把兩側的夾具油缸直接連接在一起形成一個兩倍于單側夾具油缸長度的直通結構。這種校準件通常被叫做2X直通參考夾具油缸，如下圖所示：

雖 然單側的夾具油缸并不是對稱的，但當兩個對稱的夾具油缸級聯后，新的2X直通參考夾具油缸校準件是鏡像對稱的。所以通過測試得到的校準件的S參數 中，S11=S22，S21=S12，可以得到兩個已知量，但并不足求解出單側夾具油缸S參數(S21A=S12A)的三個未知量，如下圖所示。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

而AFR技術基于2X直通參考夾具油缸校準件的中間包含一段均勻的傳輸線這一特性，通過采用時域信號處理的方法可以提取出夾具油缸的S11A和S22B。借助多出來的一個已知量，單側夾具油缸的S參數就可以被唯一求解出。

利用去嵌入技術，夾具油缸的影響就可以從測試結果中去除，得到被測件的S參數;或者在仿真中加入夾具油缸的S參數，便于和測試結果進行比對。

對于天線測試，使用單端AFR則更為便捷。通過對時間門及信號流圖進行求解，可以獲得夾具油缸的S2P文件。

仿真流程

為進行AFR校準，對同軸接頭及開路饋線進行測試，獲得S11結果�？梢钥吹�，由于接頭的頻域適用范圍原因，在6GHz以上時諧振非常明顯。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

進行AFR校準時，要求夾具油缸的S11沒有明顯諧振，測試帶寬盡可能的寬。如在本例中需要用到的去嵌入頻率最高至6GHz，但是最好還是測量夾具油缸的直流至50GHz的S11，因為夾具油缸的物理尺寸非常小，大測試帶寬能夠獲得更高分辨率。

將測試S11結果導入PLTS，進行一端口AFR校準：

使用PLTS能夠獲得夾具油缸(SMA接頭及同軸線)的S2P文件，其響應如下：

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

將夾具油缸的S2P文件和仿真結果進行級聯，與天線的測試結果進行比較。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

對比結果如下圖�？梢�，在仿真中考慮接頭及同軸線的響應后，獲得的S11結果和測試結果非常接近。

使用自動夾具油缸移除校準技術對天線系統進行精確仿真

結論

使用自動夾具油缸移除校準技術能夠在不額外進行夾具油缸制作的前提下，提取天線測量系統中的同軸接頭及饋線的S參數。將此S參數和仿真模型進行級聯，能夠準確逼近測試結果。