微带多端口器件测试夹具的设计与实现

丁敬垒

摘要：针对微带毫米波测试的要求，提出了一种夹合式接地设计，制作了一款多端口测试夹具。通过夹合方法将产品背面的接地层转换到测试架上，测试架直接与测试外壳连接，在测试效果上得到提升。根据测试夹具特性，分析了校准方法，设计并制作了微带片式校准件。结果表明，该测试夹具最高测试频率可到40GHz，电压驻波比小于1.2GHz，插入损耗小于0.3dB。

关键词：微带；测试夹具；夹合；校准件

0 引言

微带器件凭借小型化、高性能的优势，广泛应用于现代无线通信、雷达、电子对抗等电子系统中。为研发和生产环节的重要工序，因为微带器件传输端口是微带传输线形式，而测试仪器连接形式是同轴和波导，所以微带器件的测量是比较困难的，传统测试夹具是采用尾针搭接和底面接地的方式，这种测试夹具最高使用频率为15GHz，测试效率低、高频器件（频率达到40GHz）不易准确测试等一直是困扰微带器件的研发和生产，当前多数高频率微带产品为了获取其性能指标往往需要对产品进行焊接后，再进行测试，这样不仅损坏产品，而且成本昂贵，效率低下，也不适用于生产。

针对这一问题，研制了新型微带器件测试夹具，可以快速测试出微带器件的性能参数，且具有很好的准确性及一致性，可应用于各种不同规格的微带器件中，测试频率也可以覆盖DC到40 GHz，在实现准确测试的基础上时，大大提高测试效率，缩短测试时间，降低劳动强度。

1 微带测试夹具总体设计

（1）总体结构

测试夹具由基板、精密滑块和测试模块构成。为了保证测试夹具使用时的稳定性，故将测试夹具的重心下移，基板采用了较重的黄铜材料，并在基板底部添加防震防滑脚垫；精密滑块采用高强度铝合金制作，为提高使用寿命，表面做了防锈处理。

（2）测试模块

该测试夹具的关键部分是测试模块，本文测试模块由单端口与双端口两部分组成，两者在结构上是一致的。

双端口测试模块由支架、2.92mm射频连接器、顶片、簧片、手柄等配件组成。2.92mm射频连接器通过螺钉安装在支架上，自带直径0.2mm尾针，尾针可以直接与被测产品连接，为防止测试电缆间干涉，故将射频电缆设计为L形状；支架、手柄、顶片采用黄铜材料，表面做硬金；簧片采用铍青铜并做热处理，簧片将顶片贴合在支架上，手柄控制顶片上下移动，为保证尾针的变形量一致，支架上设计了限位挡板。

被测件放置在顶片与限位板之间，松开手柄，通过顶片与限位板夹合的方式保证产品接地良好，射频连接器尾针搭接在器件信号线上，既保证了搭接优良，信号传输良好，又能避免插针受力过大，影响测试寿命。

2 校准方法及校准件的设计与制作

由于本文所述的被测试件为平面的微带或共面波导式的传输方式，而采用传统的同轴式SOLT标准校准件并不适用，所以就需要制作消除测试夹具的误差的校准方法。

（1）校准方法

当前有三种消除测试夹具的方法：分别是测试端口延伸法，反嵌入法，直接测试法。

1. 测试端口延伸法

假设夹具无损失、同一特性阻抗、具有振幅一致性及相位的线度下，同轴的校正平面与被测件间的测试夹具就只剩下电气长度的特性，需要输入到网络分析中，仪器所测量的结果只有被侧件本色身的特性从而将夹具的误差消除，不过该方法需要获得测试夹具自身的电气长度，这是比较困难的。

2. 反嵌入法

需要已知测试夹具的精准效应，通过逆矩阵的运算软件即可得到被测件的特性参数，该方法需要使用者要有丰富的经验才能得到精确的测试结果。

3. 直接测试法

主要是利用已知的校准件参数来将测试夹具的误差消除，该方法最大的好处就是不需要指导测试夹具的电气特性。而本文中所介绍的也正是这种方法，采用常用的是TRL校正法。

（2）校准件的设计与制作

TRL校正的最大好处就是微带传输线的特性可以容易获得，而其微带线的阻抗也可以由其介质与尺寸精准保证的，所以该校准方法是最适用于非同轴式校正方式。通常来说，TRL校准件需要制作直通标准件、反射标准件和line（线）校准件。

• 直通校准件

电气长度为0时，无损耗，无反射，传输系数为1时；电气长度不为0时，直通标准件的特性阻抗必须和延迟线标准件相同，无须知道损耗，如果此时群时延设为0时，参考测量面位于直通标准件的中间。

• 反射校准件

反射系数的相位必须在±90°以内，反射系数最好接近1，所有端口上的反射系数必须相同，如果作参考测量面的话，相为响应必须知道。

• line（线）校准件

传输线校准件的特性阻抗在校准的时候是作为整个系统的参考阻抗，因此仪器中的系统阻抗设置传输的特性阻抗一样。

制作了一组TRL校准件，频率可到40GHz，材料为Al₂O₃（与被测件相同），介电常数为13，厚度0.5mm，并在矢量网络分析仪中建立TRL校准标准，

3 操作方法

采用TRL校准方式对矢量网络分析仪（KEYSIGHT牌的N5224B）校准，将射频电缆连接到测试夹具上。

使用时将手柄向下按下，可以将下顶片向下移动，与限位板分离，此时将待测试件放在下顶板和限位板之间，并找正测试插针和微带线的位置，松开手柄，完成微带器件输入端口的连接，使用相同方法连接微带器件的输出端口，下顶片带动被测向上移动时，首先是被测件与测试插针接触，并继续向上移动，随之测试插针发生形变，然后当被测试件与限位板重合时，向上移动停止，测试插针也停止形变。测试插针的变形可以保证微带器件接触良好，而限位板可以保证测试插针每次的变形量，提高测试的准确性、一致性以及延长插针的使用寿命。

4 测试结果

1. 直通线测试

采用一段直通线可以判断测试夹具是否可以正常使用。这里直通线直接使用校准的的片式直通线。在DC～40GHz频率范围内，仿真电压驻波比为1.18，实测电压驻波比为1.21，两者仅差异0.03，曲线形状基板一致。

(2) 15-19GHz的微带射频器件测试

验证了一款频率为15-19GHz的微带射频器件的测试结果，该产品的仿真模型结果，是一个双峰的性能曲线，在15-19GHz频率内拥有较好的电压驻波比，采用传统测试夹具的测量结果，测试指标整体偏差，而且不能反应出产品的宽带性能，不存在参考价值；微带多端口器件测试夹具测量的结果，可以测量结果拥有与仿真模型相同的双峰性能曲线，有效反应出产品的真实性能。

5 结论

本文设计了并加工了一款微带多端口测试夹具，同轴端引出的探针通过限位装置搭接在器件信号线上，既保证了信号传输良好，又能避免插针受力过大，影响其测试寿命。该测试夹具主要是通过夹合方法将产品背面的接地层转换到测试架上，解决了测试微带产品时接地不良的技术问题，实现了测试快速准确的效果。该测试方法可以使用于大多数介质材料，不过对于易脆的材料需要特别注意，因为夹具的夹合力度容易损伤器件，可以将上顶板更换为非金属材料改善这一问题。

(2)

参考文献：

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作者简介：丁敬垒（1987—），男，汉，山东聊城人，工程师，主要研究方向为射频元器件开发。