应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具及测试方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具及测试方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，5G通信的关键技术包括载波聚合技术、毫米波技术、Massive MIMO和波束成形技术，基站用射频功率器件需具备高效率、宽带宽、多载波、良好的散热性能。因此需要在通信基站中使用的功率器件需要很高的峰值功率，而器件在大功率状态下，器件输出呈现非线性，其输入输出阻抗会随着其工作频率、直流偏置、压接状态以及输入功率的不同而发生变化，这就对器件的输入输出阻抗的测试提出了很大的挑战，这直接关系到器件设计的准确与否。同时，很高的峰值功率，峰均比较高，而受到功率管功率密度的限制，峰值功率越大，意味着晶体管需要更大的栅宽以及更小的输入输出阻抗。

目前基站用的功率管的测试方法，基本都是基于机械调谐器的负载牵引系统，常规基于LNA的小信号测试方法已经无法满足功率管阻抗测试；负载牵引方法是通过调节阻抗调谐器，使得输出功率和增益会随之增大，当器件输出达到饱和状态时，器件的阻抗与调谐器的阻抗共轭，从而得到器件的阻抗。然而，负载牵引测试系统在进行大功率测试时，还存在如下不足，有待进行改进：

1、仅能覆盖有限的阻抗范围，无法准确地测出功率管的最佳匹配阻抗。

2、在长时间的进行大功率的射频测试，板材性能以及磨损等导致夹具参数会发生变化，从而使得测试结构偏差大，准确度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具及测试方法，该应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具及测试方法通用性强，能适用于不同规格型号待测功率器件的阻抗测试。同时，能实现在较宽的工作带宽内准确地测出大功率晶体管的最佳匹配阻抗，同时能够便捷的实现对夹具参数的提取。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具，用于待测功率器件的阻抗测试，包括底座、可拆卸组合架、PCB电路组件和压紧块。

待测功率器件包括测试件本体、输入端和输出端。

输入端布设在测试件本体的左侧，输出端布设在测试件本体的右侧。

可拆卸组合架包括测试支架、左滑板和右滑板。测试支架可拆卸式安装在底座的中心上表面、测试支架的尺寸与测试件本体的尺寸相一致。左滑板和右滑板对称安装在测试支架两侧的底座上表面，且均能沿底座上表面相向或相背滑移并固定。

PCB电路组件包括左PCB测试板、右PCB测试板和切比雪夫阻抗变换器。

左PCB测试板可拆卸式安装在左滑块上表面，右PCB测试板可拆卸式安装在右滑块上表面。

左PCB测试板和右PCB测试板均具有垂直于测试件本体的X对称轴。

左PCB测试板和右PCB测试板上各布设一个关于测试件本体对称的切比雪夫阻抗变换器。

每个切比雪夫阻抗变换器均包括高阻抗输入端和低阻抗输出端，其中，低阻抗输出端均朝向待测功率器件，且能与待测功率器件的输入端或输出端电导通。

压紧块，能将放置在测试支架上方的待测功率器件进行压紧，从而使得待测功率器件的输入端和输出端，与低阻抗输出端形成紧贴的电导通。

每个切比雪夫阻抗变换器均包括切比雪夫阻抗变换传输线。

每条切比雪夫阻抗变换传输线均关于X对称轴对称，具有窄端和宽端。其中，宽端作为低阻抗输出端，均朝向待测功率器件，且与待测功率器件的输入端或输出端电导通。窄端作为高阻抗输入端，连接SMA接头。

每个切比雪夫阻抗变换器均还包括一个偏置电路，偏置电路设置在切比雪夫阻抗变换传输线靠近宽端的一侧。

测试支架和底座均采用黄铜制成，左滑板和右滑板均采用铝材制成。

底座的前侧和后侧各设置有一个侧边挡条，用于左滑板和右滑板的滑移导向。

左滑板和右滑板的外侧边各设置一个推拉板，SMA接头安装在推拉板上。

一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试方法，包括如下步骤。

步骤1、安装左PCB测试板和右PCB测试板：将左PCB测试板可拆卸式安装在左滑块上表面，右PCB测试板可拆卸式安装在右滑块上表面。左PCB测试板和右PCB测试板的高阻抗输入端分别与有源负载牵引系统相连接。

步骤2、选择测试支架和TRL标准件：根据待测功率器件的规格型号，选择测试支架的尺寸和TRL标准件的规格，使测试支架、TRL标准件与待测功率器件的引脚宽度尺寸保持一致。

步骤3、安装测试支架：将步骤2选择的测试支架以可拆卸的方式安装在底座的中心上表面。

步骤4、安装滑块：将左滑板和右滑板均沿底座上表面相向滑动，使得左滑板和右滑板的内侧端均与测试支架两侧相对齐。

步骤5、安装TRL标准件：将TRL标准件放置在测试支架上表面，并用压紧块压紧。

步骤6、宽带测试夹具S参数提取：打开测试仪器，能够提取当前宽带测试夹具的S参数。

步骤7、移除TRL标准件：宽带测试夹具S参数提取完成后，关闭测试仪器，依次移除压紧块和TRL标准件。

步骤8、安装待测功率器件：将待测功率器件放置在测试支架上表面，并用压紧块压紧。

步骤9、匹配最佳阻抗：打开测试仪器，根据步骤6提取的当前宽带测试夹具的S参数，对待测功率器件进行最佳阻抗匹配。

本发明具有如下有益效果：

1、可拆卸组合架的使用，使得测试支架的尺寸能够根据待测功率器件的规格型号进行选择与调整，从而通用性强，能适用于不同规格型号待测功率器件的阻抗测试。

2、TRL标准件能对测试夹具进行参数提取，因而功率器件阻抗测试的准确度高，最佳阻抗匹配的精度及可靠度高。

3、测试支架采用黄铜制成，测试支架在与待测功率器件或TRL标准件的源极接触的同时，能起到固定与散热的作用。

4、切比雪夫阻抗变换器能将从SMA接头输入的50Ω的特性阻抗转换到待测功率器件或TRL标准件输入输出端面的特性阻抗，优选为19.6Ω。

5、本申请中偏置电路设置在低阻抗输出端，缩短了直流偏置与待测功率器件或TRL标准件的距离，能够抑制晶体管自激。

6、本申请测试夹具的工作带宽能达到800MHz-8GHz，扩大了系统的测试范围。

附图说明

图1显示了本申请一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具的结构示意图。

图2显示了本申请中底座的俯视图。

图3显示了本申请中可拆卸组合架的俯视图。

图4显示了本申请中PCB电路组件不含偏置电路时的结构示意图。

图5显示了本申请中PCB电路组件包含偏置电路时的结构示意图。

图6显示了两组规格待测功率器件与测试支架的示意图；其中，图6a显示了第一组待测功率器件与测试支架的示意图；图6b分别显示了第二组待测功率器件与测试支架的示意图；

图7显示了宽带测试夹具校准后提取的宽带直通S11参数示意图。

其中有：

10.底座；11.侧向挡条；12.滑板安装孔；13.测试支架安装孔；

20.可拆卸组合架；21.左滑板；211.推拉板；22.右滑板；23.测试支架；

30.PCB电路组件；

31.左PCB测试板；311.切比雪夫阻抗变换传输线；312.窄端；313.宽端；314.偏置电路；

32.右PCB测试板；

40.待测功率器件；41.测试件本体；42.输入端；43.输出端。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试夹具，用于待测功率器件的阻抗测试，包括底座10、可拆卸组合架20、PCB电路组件30和压紧块（图中未标出）。

如图6所示，待测功率器件包括测试件本体41、输入端42和输出端43。输入端42和输出端43均优选为两个，两个输入端均布设在测试件本体的左侧，两个输出端均布设在测试件本体的右侧。待测功率器件有各种型号，型号的宽度和厚度会有差异，参见图6a和图6b。

底座的结构如图2所示，底座沿左右向水平布设，底座中心设置有测试支架安装孔13，位于测试支架安装孔两侧的底座上沿长度方向设置有若干个滑板安装孔12。

底座优选采用黄铜制成，底座的前侧和后侧各设置有一个侧边挡条11，用于左滑板和右滑板的滑移导向。

如图3所示，可拆卸组合架包括测试支架23、左滑板21和右滑板22。

测试支架可拆卸式安装在底座的中心上表面、测试支架的尺寸与测试件本体的尺寸相一致。测试支架采用黄铜制成，测试支架在与待测功率器件或TRL标准件的源极接触的同时，能起到固定与散热的作用。

左滑板和右滑板优选采用铝材制成，对称安装在测试支架两侧的底座上表面，且均能沿底座上表面相向或相背滑移并固定。左滑板和右滑板的外侧边优选各设置一个推拉板。

如图4和图5所示，PCB电路组件包括左PCB测试板31、右PCB测试板32和切比雪夫阻抗变换器。

左PCB测试板可拆卸式安装在左滑块上表面，右PCB测试板可拆卸式安装在右滑块上表面。

左PCB测试板和右PCB测试板均具有垂直于测试件本体的X对称轴。

左PCB测试板和右PCB测试板上各布设一个关于测试件本体对称的切比雪夫阻抗变换器。切比雪夫阻抗变换器将从SMA接头输入的50Ω的特性阻抗转换到待测功率器件或TRL标准件输入输出端面的特性阻抗，优选为19.6Ω（具体转换阻抗值，根据待测功率器件的引脚宽度尺寸所确定）。

每个切比雪夫阻抗变换器均包括高阻抗输入端和低阻抗输出端，其中，低阻抗输出端均朝向待测功率器件，且能与待测功率器件的输入端或输出端电导通。

如图4所示，每个切比雪夫阻抗变换器均包括切比雪夫阻抗变换传输线311。

每条切比雪夫阻抗变换传输线均关于X对称轴对称，为类等腰梯形（梯形母线为变化曲线），具有窄端312和宽端313。其中，宽端作为低阻抗输出端，均朝向待测功率器件，且与待测功率器件的输入端或输出端电导通。窄端作为高阻抗输入端，连接SMA接头，SMA接头优选安装在推拉板上，用于输入50Ω的特征阻抗。

进一步，如图5所示，每个切比雪夫阻抗变换器均还包括一个偏置电路314，偏置电路设置在切比雪夫阻抗变换传输线靠近宽端的一侧，也即设置在低阻抗输出端，缩短了直流偏置与待测功率器件或TRL标准件的距离，能够抑制晶体管自激。

压紧块，能将放置在测试支架上方的待测功率器件进行压紧，从而使得待测功率器件的输入端和输出端，与低阻抗输出端形成紧贴的电导通。

压紧块的结构为现有技术，具体可以参见申请人于2020年12月7日申请的申请号为2020229303569专利申请中的“测试压接装置”。

一种应用于有源负载牵引系统中的宽带测试方法，包括如下步骤。

步骤1、安装左PCB测试板和右PCB测试板：将左PCB测试板可拆卸式安装在左滑块上表面，右PCB测试板可拆卸式安装在右滑块上表面。左PCB测试板和右PCB测试板的高阻抗输入端分别与有源负载牵引系统相连接。

步骤2、选择测试支架和TRL标准件：根据待测功率器件的规格型号，选择测试支架的尺寸和TRL标准件的规格，使测试支架、TRL标准件与待测功率器件的引脚宽度尺寸保持一致。

步骤3、安装测试支架：将步骤2选择的测试支架以可拆卸的方式安装在底座的中心上表面。

步骤4、安装滑块：将左滑板和右滑板均沿底座上表面相向滑动，使得左滑板和右滑板的内侧端均与测试支架两侧相对齐。

步骤5、安装TRL标准件：将TRL标准件放置在测试支架上表面，并用压紧块压紧。

步骤6、宽带测试夹具S参数提取：打开测试仪器，能够提取当前宽带测试夹具的S参数。图7给出了本申请宽带测试夹具的校准测试结果，结果显示，该夹具的工作带宽达为800MHz-8GHz，扩大了系统的测试范围。

步骤7、移除TRL标准件：宽带测试夹具S参数提取完成后，关闭测试仪器，依次移除压紧块和TRL标准件。

步骤8、安装待测功率器件：将待测功率器件放置在测试支架上表面，并用压紧块压紧。

步骤9、匹配最佳阻抗：打开测试仪器，根据步骤6提取的当前宽带测试夹具的S参数，对待测功率器件进行最佳阻抗匹配。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。