专利名称：微波陶瓷元器件检测夹具与装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种元器件检测装置，尤其是涉及一种射频及微波陶瓷元器件(其中包括谐振器、滤波器、双工器、电容和电感等)在并联、串联、点频、扫频等不同状态下的多参数无损伤检测的夹具与装置及其检测方法。
背景技术：
近几年来，随着毫米波与亚毫米波技术的发展，共面波导(CPW)受到了关注(周希朗，变型共面波导的保角变换分析[J]，通信学报，1997，18(11)65-70；Carlsson E.Confomalmapping of the field and charge distributions in multi-layered substrateCPW’s[J].IEEE T rans，MTT，1999，47(8)1544-1552)，其原因是因为相对于常规微带线来说，共面波导用于砷化镓单片微波集成电路(GaA sMMIC)时具有突出的优点，对于各种有源或无源两端器件，都很容易实现串联或并联连接而不必在基片上钻孔。共面波导不仅可以应用在微波集成电路中，而且可以应用在毫米波和光学集成电路中(房少军，王百锁，金红，背敷金属化层非对称共面波导的分析与测试[J]，大连海事大学学报，2001，27，(3)67-70)。网络分析仪除主要从频域方面对网络的特性进行表征外，还可以对网络进行时域方面的测试，从时间关系上对网络特性进行表征。
随着射频及微波在通信等领域的广泛应用，射频及微波陶瓷元器件(包括谐振器、滤波器、双工器、电容和电感等)的研制及生产迅速增长，急需研制精确、方便和造价低的检测装置，尤其是用于上述装置的测试夹具。目前国内外一般采用将被测元器件放置于同轴腔内进行检测，其缺点是操作复杂和使用面窄，要求元器件尺寸在10mm左右，小于2mm的微波陶瓷片式电容未见有合适的测试夹具，这对射频和微波陶瓷元器件自主产品的研制、开发和生产造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中缺乏有关微波陶瓷元器件检测装置，尤其是缺乏用于微波陶瓷元器件检测装置的微波共面波导测试夹具的问题，提供一种适用性广、无损伤、操作方便、重复性好、价格低的用于微波陶瓷元器件检测装置的微波共面波导测试夹具。
本发明的另一目的在于提供一种应用上述微波共面波导测试夹具组成的微波陶瓷元器件检测装置及其检测方法。
本发明所述的微波共面波导测试夹具设有微波共面波导，微波共面波导设有波导底座、高频印刷电路板和紧固件，高频印刷电路板由紧固件固定在波导底座上，在高频印刷电路板上设有短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，短路开路校准通道的一端为短路校准负载，另一端为开路校准负载，在短路开路校准通道上设有短路线；匹配校准通道为匹配校准负载，在匹配校准通道上并接匹配电阻，获50Ω匹配负载；并联检测通道用于测试被测元器件的吸收峰，被测元器件放置于并联检测通道的内导体上，通过探针与并联检测通道外导体形成并接迴路；串联检测通道用于测试被测元器件的谐振峰，被测元器件跨接于串联检测通道的内导体断面两端，通过探针紧压被测元器件与串联检测通道内导体的断面紧密接触；样品定位片，样品定位片设于微波共面波导的高频印刷电路板上的并联检测通道或串联检测通道上，样品定位片上设有用于固定被测元器件样品的样品槽；检测探针架，检测探针架设有可调支架、探针、探针座、弹簧和闭合板，可调支架的底端跨接在微波共面波导的并联检测通道或串联检测通道上，可调支架上设有纵向开槽，探针座两侧与可调支架连接并可在可调支架的纵向开槽上调整上下位置，用于调整探针与微波共面波导的间距，探针穿过探针座中心通孔，弹簧套设于探针座中心通孔内，闭合板设于探针座顶部，用于固定探针在探针座中的位置；SMA接头，SMA接头设8对，分别对应于短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，SMA接头固定于波导底座的前后两侧，SMA接头的内导体与微波共面波导内导体连接，SMA接头的外导体与微波共面波导外导体连接，SMA接头用于与输入同轴电缆和输出同轴电缆连接。
本发明所述的微波陶瓷元器件检测装置设有微波网络分析仪、微波共面波导测试夹具、输入同轴电缆和输出同轴电缆，输入同轴电缆的输入端接微波网络分析仪的微波信号输出端口，输入同轴电缆的输出端接微波共面波导测试夹具的SMA接头，输出同轴电缆的输入端接微波共面波导测试夹具的SMA接头，输出同轴电缆的输出端接微波网络分析仪的微波信号输入端口。
本发明所述的微波陶瓷元器件检测方法其步骤为1)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接短路开路校准通道与微波网络分析仪，进行开路与短路校准检测；2)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接匹配校准通道与微波网络分析仪，进行匹配负载校准，当微波网络分析仪显示Congratulations字样后，进行数据测量；3)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接并联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行并接检测；4)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接串联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行串接检测；5)打开电脑，进入相应测试软件，对测试数据分析、计算、处理和保存。
测试软件可采用VC6.0软件开发工具，编制Windows系统下不同被测元器件相应的测试软件，软件对测试步骤进行提示，对测试数据进行运算分析及误差处理，提供人机对话界面，可给出清楚的表格和曲线，将测试结果全面反映并保存、打印。
本发明针对现有技术中缺乏有关微波陶瓷元器件检测装置，尤其是缺乏用于微波陶瓷元器件检测装置的微波共面波导测试夹具的问题，提供了一种适用性广、无损伤、操作方便、重复性好、价格低的微波共面波导测试夹具与微波陶瓷元器件检测装置及其检测方法，通过微波共面波导测试夹具与微波网络分析仪(例如HP8714型、E8362B型等)联接，实现射频及微波陶瓷元器件(包括谐振器、滤波器、双工器、电容和电感等)在并联、串联、点频、扫频等不同状态下的多参数检测。该夹具可采用相关的软件进行计算分析及误差处理，测试结果数据准确，适用于科研院校及工厂企业中对射频及微波陶瓷元器件的开发研制及产品检测。例如，通过使用本发明所述的微波共面波导测试夹具可得到微小片式电容并联测试结果。
图1为微波共面波导测试夹具结构立体示意图。
图2为微波共面波导测试夹具结构主视示意图。
图3为微波共面波导测试夹具的微波共面波导与SMA接头的结构与连接关系图。
图4为图3的右视图。
图5为微波共面波导测试夹具检测探针架与样品定位片结构分解示意图。
图6为微波陶瓷元器件检测装置组成方框图。
图7为典型片式电容并接测量时传输参数(S21)曲线图。在图7中，横坐标为频率(MHZ)，纵坐标为传输功率(db)。频率从0.300MHZ开始(Start)，3000.000MHZ停止(Stop)。
图8为典型片式电容串接测量时反射参数(S11)曲线图。在图8中，横坐标为频率(MHZ)，纵坐标为传输功率(db)。频率从0.300MHZ开始(Start)，3000.000MHZ停止(Stop)。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1-5，微波共面波导测试夹具设有微波共面波导1、样品定位片2、检测探针架3和SMA接头4。微波共面波导1设有波导底座11、高频印刷电路板12和紧固件，高频印刷电路板12由紧固件固定在波导底座11上，在高频印刷电路板12上设有短路开路校准通道121、匹配校准通道122、并联检测通道123和串联检测通道124，短路开路校准通道121的一端为短路校准负载，另一端为开路校准负载，在短路开路校准通道上设有短路线1211；匹配校准通道122为匹配校准负载，在匹配校准通道上并接匹配电阻1221，获50Ω匹配负载；并联检测通道123用于测试被测元器件的吸收峰，被测元器件放置于并联检测通道123的内导体上，通过探针与并联检测通道123的外导体形成并接迥路；串联检测通道124用于测试被测元器件的谐振峰，被测元器件跨接于串联检测通道124的内导体断面两端，通过探针紧压被测元器件与串联检测通道124的内导体的断面紧密接触。
样品定位片2设于微波共面波导1的高频印刷电路板12上的并联检测通道123或串联检测通道124上，样品定位片2上设有样品槽21，用于固定被测元器件样品。
检测探针架3设有可调支架31、探针32、探针座33、弹簧34、闭合板35和紧固螺钉，可调支架31的底端可根据测试要求方便地跨接在微波共面波导1的并联检测通道123或串联检测通道124上，并由紧固螺钉锁定。可调支架31上设有纵向开槽311，探针座33两侧与可调支架31通过紧固螺钉连接，使探针32与微波共面波导1的间距可随被测元器件A的厚度进行调整。探针32穿过探针座33中心通孔331，弹簧34套设于探针座33的中心通孔331内，闭合板35设于探针座33顶部，用于固定探针32在探针座33中的位置。
SMA接头4设8对，分别对应于短路开路校准通道121、匹配校准通道122、并联检测通道123和串联检测通道124，SMA接头4固定于波导底座11的前后两侧，SMA接头4的内导体与微波共面波导1内导体连接，SMA接头4的外导体与微波共面波导1外导体连接，SMA接头4用于与输入同轴电缆和输出同轴电缆连接。
微波共面波导的内导体在串联测试点的断面为平面或锥面等形状，可满足各种尺寸的微波陶瓷元器件的串联检测要求。通常，微波共面波导的内导体宽度可设为2mm，内外导体间距为0.4mm；高频印刷电路板长度可选为27mm，厚度为1mm，高频印刷电路板相对介电常数为2.6，微波共面波导的特性阻抗为50Ω。以上数据可根据被测元器件的要求重新计算调整。
参见图6，微波陶瓷元器件检测装置设有微波网络分析仪101、微波共面波导测试夹具102、输入同轴电缆103和输出同轴电缆104，输入同轴电缆103的输入端接微波网络分析仪101的微波信号输出端口，输入同轴电缆103的输出端接微波共面波导测试夹具102的SMA接头，输出同轴电缆104的输入端接微波共面波导测试夹具102的SMA接头，输出同轴电缆104的输出端接微波网络分析仪101的微波信号输入端口。
当检测微波陶瓷元器件时，可采用如下检测方法。将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接短路开路校准通道与微波网络分析仪，进行开路与短路校准检测；将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接匹配校准通道与微波网络分析仪，进行匹配负载校准，当微波网络分析仪显示Congratulations字样后，进行数据测量；将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接并联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行并接检测；将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接串联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行串接检测；打开电脑，进入相应测试软件，对测试数据分析、计算、处理和保存。
为使每次测量被测元器件A所受接触力一致，将探针座33的中心通孔331设计为阶梯状圆孔。当按下探针32并关上闭合板35时，探针32与被测元器件A的接触力由检测探针架内的弹簧34的弹力决定。可根据被测元器件尺寸及检测方式，配备多种探针，例如，当被测元器件为谐振器、滤波器和双工器时，探针针头加工成为圆锥状；当被测元器件为电容和电感片状小尺寸时，探针针头加工成针状；当并联检测时，探针采用黄铜制作；当串联检测时，探针采用聚苯乙烯或聚乙烯制作。测量时将被测元器件放入并固定在微波共面波导上的高频印刷电路板中心槽内，使被测元器件电极与4通道的激励电极和耦合电极对接。
8只SMA接头5分别固定于波导底座1的前后两侧，SMA接头5的内导体与微波共面波导2内导体连接，SMA接头5的外导体与微波共面波导2外导体连接，并将内外导体间的绝缘材料向内缩短1mm，达最佳匹配状态。可根据测试场所的不同情况，为微波共面波导测试夹具配备合适的夹具底座，夹具底座用于固定微波共面波导测试夹具与输入输出同轴电缆，起到稳定测试操作的作用。可采用8714型或E8362B型等微波网络分析仪。
图7给出一种1mm×1mm×0.5mm典型片式电容并接测量时传输参数(S21)曲线图。由图7表明，通过使用微波共面波导测试夹具可得到微小片式电容并联测试结果。
图8给出一种1mm×1mm×0.5mm典型片式电容串接测量时传输参数(S11)曲线图。由图8表明，通过使用微波共面波导测试夹具可得到微小片式电容串联测试结果。
通过对一种介质滤波器(TQM23型)并接测量其传输参数(S21)曲线表明，使用本发明所述的微波共面波导测试夹具可得到介质滤波器、双工器等并联测试结果。
权利要求
1.微波共面波导测试夹具，其特征在于设有微波共面波导，微波共面波导设有波导底座、高频印刷电路板和紧固件，高频印刷电路板由紧固件固定在波导底座上，在高频印刷电路板上设有短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，短路开路校准通道的一端为短路校准负载，另一端为开路校准负载，在短路开路校准通道上设有短路线；匹配校准通道为匹配校准负载，在匹配校准通道上并接匹配电阻，获50Ω匹配负载；并联检测通道用于测试被测元器件的吸收峰，被测元器件放置于并联检测通道的内导体上，通过探针与并联检测通道外导体形成并接迴路；串联检测通道用于测试被测元器件的谐振峰，被测元器件跨接于串联检测通道的内导体断面两端，通过探针紧压被测元器件与串联检测通道内导体的断面紧密接触；样品定位片，样品定位片设于微波共面波导的高频印刷电路板上的并联检测通道或串联检测通道上，样品定位片上设有用于固定被测元器件样品的样品槽；检测探针架，检测探针架设有可调支架、探针、探针座、弹簧和闭合板，可调支架的底端跨接在微波共面波导的并联检测通道或串联检测通道上，可调支架上设有纵向开槽，探针座两侧与可调支架连接并可在可调支架的纵向开槽上调整上下位置，用于调整探针与微波共面波导的间距，探针穿过探针座中心通孔，弹簧套设于探针座中心通孔内，闭合板设于探针座顶部，用于固定探针在探针座中的位置；SMA接头，SMA接头设8对，分别对应于短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，SMA接头固定于波导底座的前后两侧，SMA接头的内导体与微波共面波导内导体连接，SMA接头的外导体与微波共面波导外导体连接，SMA接头用于与输入同轴电缆和输出同轴电缆连接。
2.微波陶瓷元器件检测装置，其特征在于设有微波网络分析仪、微波共面波导测试夹具、输入同轴电缆和输出同轴电缆，输入同轴电缆的输入端接微波网络分析仪的微波信号输出端口，输入同轴电缆的输出端接微波共面波导测试夹具的SMA接头，输出同轴电缆的输入端接微波共面波导测试夹具的SMA接头，输出同轴电缆的输出端接微波网络分析仪的微波信号输入端口；所述的微波共面波导测试夹具设有微波共面波导，微波共面波导设有波导底座、高频印刷电路板和紧固件，高频印刷电路板由紧固件固定在波导底座上，在高频印刷电路板上设有短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，短路开路校准通道的一端为短路校准负载，另一端为开路校准负载，在短路开路校准通道上设有短路线；匹配校准通道为匹配校准负载，在匹配校准通道上并接匹配电阻，获50Ω匹配负载；并联检测通道用于测试被测元器件的吸收峰，被测元器件放置于并联检测通道的内导体上，通过探针与并联检测通道外导体形成并接迴路；串联检测通道用于测试被测元器件的谐振峰，被测元器件跨接于串联检测通道的内导体断面两端，通过探针紧压被测元器件与串联检测通道内导体的断面紧密接触；样品定位片，样品定位片设于微波共面波导的高频印刷电路板上的并联检测通道或串联检测通道上，样品定位片上设有用于固定被测元器件样品的样品槽；检测探针架，检测探针架设有可调支架、探针、探针座、弹簧和闭合板，可调支架的底端跨接在微波共面波导的并联检测通道或串联检测通道上，可调支架上设有纵向开槽，探针座两侧与可调支架连接并可在可调支架的纵向开槽上调整上下位置，用于调整探针与微波共面波导的间距，探针穿过探针座中心通孔，弹簧套设于探针座中心通孔内，闭合板设于探针座顶部，用于固定探针在探针座中的位置；SMA接头，SMA接头设8对，分别对应于短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，SMA接头固定于波导底座的前后两侧，SMA接头的内导体与微波共面波导内导体连接，SMA接头的外导体与微波共面波导外导体连接，SMA接头用于与输入同轴电缆和输出同轴电缆连接。
3.微波陶瓷元器件检测方法，其特征在于其步骤为1)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接短路开路校准通道与微波网络分析仪，进行开路与短路校准检测；2)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接匹配校准通道与微波网络分析仪，进行匹配负载校准，进行数据测量；3)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接并联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行并接检测；4)将输入同轴电缆和输出同轴电缆分别连接串联检测通道与微波网络分析仪，对被测元器件进行串接检测；5)打开电脑，进入相应测试软件，对测试数据分析、计算、处理和保存；所述的微波共面波导测试夹具设有微波共面波导，微波共面波导设有波导底座、高频印刷电路板和紧固件，高频印刷电路板由紧固件固定在波导底座上，在高频印刷电路板上设有短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，短路开路校准通道的一端为短路校准负载，另一端为开路校准负载，在短路开路校准通道上设有短路线；匹配校准通道为匹配校准负载，在匹配校准通道上并接匹配电阻，获50Ω匹配负载；并联检测通道用于测试被测元器件的吸收峰，被测元器件放置于并联检测通道的内导体上，通过探针与并联检测通道外导体形成并接迴路；串联检测通道用于测试被测元器件的谐振峰，被测元器件跨接于串联检测通道的内导体断面两端，通过探针紧压被测元器件与串联检测通道内导体的断面紧密接触；样品定位片，样品定位片设于微波共面波导的高频印刷电路板上的并联检测通道或串联检测通道上，样品定位片上设有用于固定被测元器件样品的样品槽；检测探针架，检测探针架设有可调支架、探针、探针座、弹簧和闭合板，可调支架的底端跨接在微波共面波导的并联检测通道或串联检测通道上，可调支架上设有纵向开槽，探针座两侧与可调支架连接并可在可调支架的纵向开槽上调整上下位置，用于调整探针与微波共面波导的间距，探针穿过探针座中心通孔，弹簧套设于探针座中心通孔内，闭合板设于探针座顶部，用于固定探针在探针座中的位置；SMA接头，SMA接头设8对，分别对应于短路开路校准通道、匹配校准通道、并联检测通道和串联检测通道，SMA接头固定于波导底座的前后两侧，SMA接头的内导体与微波共面波导内导体连接，SMA接头的外导体与微波共面波导外导体连接，SMA接头用于与输入同轴电缆和输出同轴电缆连接。
全文摘要
微波陶瓷元器件检测夹具与装置及其检测方法，涉及一种元器件检测装置，提供一种适用性广、无损伤、操作方便、重复性好、价格低的微波共面波导测试夹具、微波陶瓷元器件检测装置和检测方法。夹具设有微波共面波导、样品定位片、检测探针架和SMA接头。微波陶瓷元器件检测装置设有微波网络分析仪、微波共面波导测试夹具、输入同轴电缆和输出同轴电缆。检测方法的步骤为先后进行开路与短路校准检测和匹配负载校准后，进行数据测量，再对被测元器件进行并接检测和串接检测，最后进入相应测试软件，对测试数据分析、计算、处理和保存。
文档编号G01R31/00GK1808126SQ200610005249
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月5日 优先权日2006年1月5日
发明者肖芬, 骆超艺, 陈锐 申请人:厦门大学