固態阻抗調諧器的制造方法
【專利說明】固態阻抗調諧器
【背景技術】
[0001] 阻抗調諧器用于向被測設備呈現阻抗（也被稱為VSWR、ga_a、反射、回波損耗）并 且根據所述阻抗來測量其性能。存在各種形式的阻抗調諧器，包括機械滑動螺釘調諧器，機 械滑動螺釘調諧器使用機械探針結合板狀線（slabline)并且其探針位置指示所得到的阻 抗。探針關于板狀線的水平位置通常影響向被測設備（DUT)呈現的阻抗的相位，而探針的 豎直位置通常影響向DUT呈現的阻抗的幅度。因為可以以很高的分辨率以極小的步長來移 動探針，所以可以任意生成幾千個、幾萬個或者甚至幾十萬個阻抗狀態。優點包括高的分辨 率、高的點計數、高的功率容量和寬的頻率帶寬。缺點包括調諧速度以及尺寸和重量。
[0002] 電子阻抗調諧器利用PIN二極管或開關，具有固定的或掃頻偏置電壓和電流，其 產生非均勻的低密度阻抗曲線。美國專利5034708和5276411中描述了電子或固態阻抗調 諧器的示例，這兩個專利的全部內容通過引用被合并在本文中。電子或固態調諧器的優點 包括高的調諧速度以及小的尺寸和重量。缺點包括低的點密度和低的功率容量。
[0003] 重要的是應當注意，高的調諧速度和高的點密度是阻抗調諧器的主要要求中的兩 個要求。
[0004] 無源負載牽引（load pull)系統已經廣泛地用于特征化微波設備。負載牽引系統 在受控條件下測量DUT，包括由DUT查看的受控的阻抗。受控的阻抗可以包括DUT的任何端 口上的阻抗，并且典型的負載牽引測量會測量多個阻抗下的DUT性能以示出阻抗對DUT性 能的影響。能夠被控制和/或改變的一些其它條件包括頻率、功率水平、偏置值或溫度。 [0005] 在本文檔中，阻抗、反射或反射系數全部作為一般術語使用以描述在RF端口處看 到的RF終止。它們是離開RF端口的信號以及進入端口的相同頻率的信號的函數。反射系 數通過以下表達式與阻抗相關：
[0007] 其中Z是阻抗，Γ是反射系數。兩個術語包含相同的信息，因此如果一個術語已 知，則另一個也已知。因此，在本文檔中，它們將可互換地使用。
[0008] 調諧分辨率是指示可用的阻抗在阻抗或反射平面中有多彼此接近的術語。高分辨 率（或者精細分辨率）表示可用阻抗之間的間隙非常小。低分辨率意指可用阻抗之間的間 隙較大。
[0009] 匹配范圍是指示能夠由調諧器在期望的相位范圍上實現的最大反射的術語。作為 阻抗調諧器規范，這一術語通常表示所有或者多數反射相位值（以實現調諧分辨率）。然 而，可以修改用于調諧器系統的這一定義以意指有限的相位范圍上的最大反射。例如，很多 功率晶體管在基頻需要低的阻抗，因此僅在史密斯圖的低阻抗（左側）需要高的匹配范圍。 [0010]自動化負載牽引系統已經廣泛地用在機械調諧器中，然而尺寸和低的速度仍然是 限制。使用PIN二極管作為開關元件的固態調諧器也已經用于負載牽引系統，并且這些調 諧器可以提供大的速度優勢，但是它們具有有限的調諧分辨率。
【附圖說明】
[0011] 本領域技術人員在結合附圖閱讀時根據下面的詳細描述將很容易理解本公開內 容的特征和優點，在附圖中：
[0012] 圖1是示出固態控制元件陣列的示例性實施例的示意圖。
[0013] 圖2圖示包括連接到組合器電路的兩個控制元件陣列的調諧器模塊的示例性實 施例。
[0014] 圖3圖示包括級聯在一起并且布置在外殼或封裝件（package)內的兩個調諧器模 塊的固態調諧器系統的另一示例性實施例。圖3A圖示示例性調諧器系統的外部配置。
[0015] 圖4是由包括兩個級聯的調諧器模塊的調諧器系統的示例性實施例提供的不同 的阻抗值的史密斯圖表示。
[0016] 圖5圖示包括級聯在一起并且布置在外殼內的三個調諧器模塊的調諧器系統的 示例性實施例。
[0017] 圖6圖示包括級聯在一起并且布置在外殼內的四個調諧器模塊的調諧器系統的 示例性實施例。
[0018] 圖7圖示調諧器系統的示例性實施例，其中雙固態調諧器和三固態調諧器系統被 組合在一個封裝件或外殼中。
[0019] 圖8圖示用于測量被測設備（DUT)的特性的測量系統的示例性實施例，其中兩個 固態調諧器模塊被組合在單個封裝件中并且用于源調諧，并且三個調諧器被組合在單個封 裝件中并且用于負載調諧。
[0020] 圖9圖示用于測量DUT的特性的測量系統的示例性實施例，其中兩個固態調諧器 模塊被組合在單個封裝件中并且用于源調諧，并且兩個雙調諧器模塊各自被組合在外殼 中，并且被級聯在一起并且用于負載調諧。
[0021] 圖10圖示用于測量DUT的特性的測量系統的示例性實施例，其中兩個固態調諧器 模塊被組合在單個封裝件中并且用于源調諧，并且機械調諧器用于負載調諧。
[0022] 圖11圖示用于測量DUT的特性的示例性測量系統，其采用被組合在單個封裝件中 并且用作負載調諧器的三固態調諧器。
[0023] 圖12圖示用于測量DUT的特性的另一示例性測量系統，其采用被組合在單個封裝 件中并且用作負載調諧器的三固態調諧器，其中DUT、負載調諧器與信號分析器之間連接有 分路器/耦合器。
[0024] 圖13是圖示用于多個級聯的固態調諧器的示例性校準方法的流程圖。
[0025] 圖14是圖示用于多個級聯的固態調諧器的另一示例性校準方法的流程圖。
[0026] 圖15是圖示用于多個級聯的固態調諧器模塊的示例性校準方法的流程圖，其中 每個調諧器模塊具有外部連接器。
[0027] 圖16描繪其中已經安裝有多個模塊卡的PXI底盤（chassis)的前視圖，多個模塊 卡包括示例性調諧器模塊卡。圖17是調諧器模塊卡的示意性側視圖。圖18是調諧器模塊 卡的前視圖。
【具體實施方式】
[0028] 在下面的詳細描述中以及在附圖中的若干圖中，相似的元素用相似的附圖標記來 識別。附圖并未按比例，并且可以出于說明目的而對相關特征尺寸進行放大。
[0029] 以下術語適用于本文中所給出的描述。控制元件是可用于控制阻抗的具有可控的 RF屬性的固態設備。示例包括PIN二極管、FET或其它類型的晶體管。控制元件可以用作 每個元件具有兩個狀態或者具有多于兩個狀態的開關設備。諸如圖1所示的控制元件陣列 是具有多個控制元件的電路。調諧器模塊是可以調諧阻抗并且通常包括多個控制元件的固 態電路。例如，圖2示出包括兩個控制元件陣列和組合器的調諧器模塊。圖2的示圖在本 文中用于表示調諧器模塊，但是應當理解，可以使用不同類型的調諧器模塊。固態調諧器可 以在一個封裝件中包含一個或多個調諧器模塊，其中每個調諧器端口具有外部連接器。固 態調諧器系統是在一個封裝件中的一個或多個固態調諧器。測量系統包括一個或多個固態 調諧器連同測量儀器。測量系統還可以包括諸如機械調諧器等其它類型的調諧器。
[0030] 本發明的實施例包括采用多個固態調諧器模塊的新的電子自動化固態調諧器或 固態調諧器系統，多個固態調諧器模塊當被組合激活時可以生成幾萬個或者幾十萬個阻抗 狀態。這樣的固態調諧器可以采用串聯或并聯級聯的多個調諧器模塊，其中每個調諧器模 塊可以包括組合在一起的多個控制元件陣列。控制元件陣列可以包括以預定長度間隔開的 數目N個控制元件（諸如開關）以及其偏置電路。每個控制元件可以被單獨地打開（即到 傳導（conductive)狀態），或者多個控制元件可以被同時打開，以產生具有固定的幅度和 相位的特定的阻抗。在其它實施例中，到每個控制元件的偏置電壓可以具有在打開和關閉 控制元件的電壓電平（level)之間的一個或多個中間電平。
[0031] 為了示例而假定每個控制元件陣列具有24個單獨的控制元件，并且一次僅激活 一個控制元件，陣列存在25個單獨的阻抗狀態。因此，兩個控制元件陣列組合在其中的調 諧器模塊具有25*25 = 625個阻抗組合。串聯級聯兩個調諧器模塊提供625*625 = 390, 625 個阻抗狀態。
[0032] 同時激活每個陣列中的多個控制元件增加反射的幅度，從而使得能夠實現更大的 調諧范圍。
[0033] 本發明的實施例包括其中多個調諧器模塊被組合到封裝件或外殼中的固態調諧 器或調諧器系統。這將減小損失，從而改善匹配范圍。這消除了調諧器之間的外部互連，以 改善穩定性和可重復性。減小的損失也改善了匹配范圍。
[0034] 這還使得能夠將多于兩個固態調諧器組合以給出更完全的阻抗覆蓋。
[0035] 通常，級聯多個調諧器實現了用于組合中的每個調諧器的一個自由度。因此，如果 級聯兩個調諧器，則可以獨立地控制兩個頻率。如果級聯三個調諧器，則可以獨立地控制三 個頻率。如果級聯四個調諧器，則可以獨立地控制四個頻率，對于任何數目的調諧器以此類 推。
[0036] 將比具有獨立的阻抗控制的頻率的數目更多的調諧器組合改善了頻率之間的調 諧分辨率以及調諧獨立性。例如，三個組合的調諧器將改善兩個頻率處的調諧分辨率以及 獨立性。四個或五個組合的調諧器將改善三個頻率處的調諧分辨率和獨立性，以此類推。這 一原理獨立于調諧器是否全部在一個封裝件中還是在多個封裝件中。然而，單個封裝件概 念由于更低的損失、更好的匹配范圍和更高的穩定性而仍然提供改進的性能。
[0037] 將兩個或多個調諧器放在一個封裝件中以控制兩個頻率，由于更低的損失和更好 的匹配范圍而改善了現有技術，但是調諧分辨率和調諧獨立性將仍然具有一些限制。
[0038] 組合在一個封裝件中的兩