De-embedding技术总结

RF工程师们依赖于矢量网络分析仪(VNA)来测量RF元件的S参数,从而进行描述以及后续的设计。测量中会出现一个问题,即这些元件往往是表贴式,因此不能与VNA直接相连。简单的印刷版(PCB)测试装置往往都会表贴上待测器件(DUT)以便与VNA相连接,如图1所示。然而,这些测试装置本身会为S参数测量带来一些寄生效应,因此,需要De-embedding技术进行消除。

图1

一、De-embedding技术定义

微波元器件的测量必须包含两部分:第一部分是把实际被测器件(DUT)加上焊点(对于在片测量系统)或者测试夹具(对于同轴测量系统)当做一个被测器件;另一部分是空的焊点或者测试夹具作为被测器件。然后用第一部分测得的S参数扣除第二部分(焊点或者测试夹具部分产生的寄生效应),从而可以得到被测器件的真实性能。我们把这个步骤就叫做De-embedding。

De-embedding技术是微波测量的重要技术之一,主要目的是消除寄生元件、部件对实际被测器件(DUT)的影响。一般分为四大类:串联技术、并联技术、级联技术及混合技术。为了确保测量值为实际被测器件的本身特性,必须进行De-embedding。

二、De-embedding技术理论简介

由上面对于De-embedding技术的定义我们知道,我们测量的S参数实际是DUT、寄生元件(如探针)、其他元件(如焊点)综合下的S参数,因此,我们需要对这些因素进行消除,以达到精确测量的目的。

对于任何一个被测器件DUT,我们都会使用到探针,而探针跟DUT是级联关系,我们采用A参数处理;对于焊点来说,有短路焊点与开路焊点,开路焊点相当于在DUT并联,短路焊点相当于串联器件,对于并联与串联,我们分别使用导纳参数与阻抗参数进行运算。

在对一个器件进行 De-embedding 精确测量时,我们一般采取由内而外消除 各个影响,具体步骤如下:

1) 测量包括被测器件、开路、短路焊点及微波探针在内的 S 参数,将 S 参数转变为 A 参数 [Atotal ],利用级联技术消除微波探针影响,得到被测器 件及开路、短路焊点在内的 S 参数;

2) 将 S 参数转换为 Y 参数 [Ytotal ],利用并联技术,消除开路焊点的影响,得到被测器件和短路互连线在内的 Y 参数 [YT ];

3) 将 Y 参数转化为 Z 参数 [ZT ],利用串联技术,消除短路焊点的影响,得到被测器件的 Z 参数 [ZDUT ];

4) 将得到的被测器件的 Z 参数转化为 S 参数, 即可得到被测元件的 S 参数。 对于级联技术的实现,可以由如下表示:

图 2 级联示意图

对于并联技术如图 3所示

图 3 并联技术过程图

串联技术如图 4

图 4 串联技术过程图

三、 应用:UHF 频段 RFID 近场天线的阻抗测量方法

超高频(UHF )频段的射频识别(RFID )近场读写器天线(NFRA )由于其 在单品识别方面应用的潜力,对环境的不敏感性和比 HF 天线更高的读写速度, 正引起多方面的关注。 UHF 频段的 NFRA 通常采用带有平衡端口的电大环结 构来实现。

对于NFRA 来说,良好的匹配网络是至关重要的。通常UHF 频段的NFRA 天线都被设计成安装在金属腔体里来减小环境对天线性能的影响,如图5 所示。但是由于金属腔体的存在,天线的阻抗会随频率的变化而剧烈变化,这将导致在仿真软件中得到的阻抗值不够精确,在此不精确的阻抗基础上很难设计出性能良好的匹配网络。

图5 UHF NFRA近场读写天线结构图

图6 测量方法的等效电路模型

图6 给出了使用De-embedding 技术测量的等效电路模型,其中,同轴线被一段长为l的传输线等效

应用前面说的步骤:

1)测量天线和寄生部件的S m参数;

2)将S m转化为A参数,A total;

在图6我们可以看到,待测线跟一段同轴线串联,我们可以得出A total= 3)

A coaxial *A ant

4)由矩阵变换可以得到,A ant = A coaxial -1*A total

A coaxial

5)最后将A ant转化为S参数

其中,β是相位常数,εr为同轴线的相对介电常数,θ为Sm的相位,mag 为其幅度。

由上述两式,我们可以得出天线阻抗的虚部与实部

Z0为同轴线特殊阻抗

原文：http://www.chinadmd.com/file/ivcoceuv6earxspzx3uroa33_4.html