用于校准复介电常数测试系统的超宽频TRL校准件及方法与流程

本发明属于复介电常数测量技术，更具体的说，是涉及一种用于校准复介电常数测试系统的超宽频trl校准件及方法。

背景技术：

1、在材料复介电常数的测量中，传输反射法是一种易操作、有较高准确度、且具有较宽测试频带范围的一种测量方法。为了保证测试系统的稳定性，消除测量系统误差，必须对测量系统进行校准，进而提高测试的准确度。在现有的传输反射法的校准技术中，主要使用的solt(short-open-load-thru)和trl(thru-reflect-line)方法。solt校准是应用最广泛的校准技术，其操作方便。trl校准最为准确，准确度远高于solt校准。trl校准件要根据所用夹具的材料、物理尺寸以及工作频率来设计制造。trl校准方法中，传输线的工作频带和起始频率的关系一般为8：1。因此，宽带的trl校准，需要多根不同长度的延迟线。

2、目前在传输反射法中利用同轴7mm接口型式的空气线进行材料复介电常数的测量中，主要的厂商有：

3、①美国keysight公司，校准采用solt方法利用型号为85050b和85050d校准件,同时也可以用型号为85050c的校准件进行trl校准，其中在dc～2ghz的频率范围内用trm方式，在2ghz～18ghz采用trl校准。

4、②美国maury公司，型号为2650ck30校准件具有7mm同轴校准件，可采用trl方式进行校准，同轴线校准件的长度分别为6mm、31.2mm不等。

5、③日本anritsu公司，3657multiple line校准件中，同轴线校准件的范围长度是15mm-49.84mm。

6、根据以上不同竞争方案校准方法都有频率范围限制，对于超宽频范围内材料复介电常数测量系统来说，采用上述的校准方法还存在不足，频率范围还需要进一步提高。

7、目前采用上述校准方法还是存在一些自身的不足：

8、(1)solt校准虽然覆盖频率宽，但是在这套校准件中open的寄生电容，short的寄生电感，load全频段指标不够高，这些都对校准结果有很大影响。

9、(2)trm/lrm覆盖频率比较宽，准确度比solt提高了很多，但是校准件中的match在2ghz以下，也不是完全理想，达不到line的高指标。

10、(3)将solt集成进行电子校准，这种方法快捷、简便、一次连接即可实现，但需要在电子校准件校准周期内使用以保证校准结果，存在极端的环境、过大的输入和不正确的处理方法都会降低其稳定性和可重复性。同时，电子校准件中的开关指标和寿命极大影响校准后的系统指标。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于校准复介电常数测试系统的超宽频trl校准件及方法，提供了在超宽频范围内基于传输反射法进行材料复介电常数测量的校准中，利用多种长度的空气线校准件组合方案的校准方法。在不同的长度的空气线校准件组合中，每根空气线校准件都覆盖一定频率范围，现采用五根长度空气线校准件覆盖了50mhz～18ghz的频率范围，以便能够实现在超宽频范围内对材料复介电常数的准确测量。本发明既发挥了trl校准方法的高准确度优势，多种组合又保证了超频范围，是超宽频范围内准确度最高的校准方法，进而能更好实现对材料复介电常数的准确测量。

2、本发明的目的可通过以下技术方案实现。

3、本发明用于校准复介电常数测试系统的超宽频trl校准件，包括直通标准件、反射标准件、传输线标准件，所述直通标准件用于对复介电常数测试系统进行thru校准，所述反射标准件用于对复介电常数测试系统进行reflect校准，所述传输线标准件用于对复介电常数测试系统进行line校准，所述传输线标准件采用multi-trl标准件，由一组不同长度的同轴空气线构成，长度范围为6.9mm～300mm；通过选择组合不同长度同轴空气线对复介电常数测试系统进行trl校准后，测试系统可达到所需要的频率范围，另外采用系列同轴空气线进行校准后，测试系统的覆盖频率范围达到50mhz～19.3ghz；利用校准后的复介电常数测试系统，基于传输反射法利用7mm同轴空气线作为传输线夹具进行材料复介电常数测量，覆盖频率范围达到50mhz～18ghz。

4、所述传输线标准件包括五根长度为6.9mm、10mm、60mm、100mm、300mm的同轴空气线，校准时传输线标准件连接在复介电常数测试系统的第一同轴空气线和第二同轴空气线之间；

5、采用长度为6.9mm的同轴空气线，校准后复介电常数测试系统的覆盖频率范围为2.4ghz～19.3ghz；

6、采用长度为10mm的同轴空气线，校准后复介电常数测试系统的覆盖频率范围为1.66ghz～13.3ghz；

7、采用长度为60mm的同轴空气线，校准后复介电常数测试系统的覆盖频率范围为277mhz～2.22ghz；

8、采用长度为100mm的同轴空气线，校准后复介电常数测试系统的覆盖频率范围为166mhz～1.33ghz；

9、采用长度为300mm的同轴空气线，校准后复介电常数测试系统的覆盖频率可低至50mhz。

10、本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

11、本发明利用用于校准复介电常数测试系统的超宽频trl校准件对复介电常数测试系统进行校准的方法，首先将直通标准件、反射标准件、传输线标准件的参考或模型数据导入矢量网络分析仪的校准数据中，然后对复介电常数测试系统进行trl校准，校准后的复介电常数测试系统的覆盖频率范围达到50mhz～19.3ghz；利用校准后的复介电常数测试系统，基于传输反射法利用7mm同轴空气线作为传输线夹具进行材料复介电常数测量，频率范围覆盖50mhz～18ghz；trl校准步骤如下：

12、第一步：将直通标准件连接于第一同轴空气线和第二同轴空气线之间，进行thru校准；

13、第二步：将两个反射标准件分别与第一同轴空气线和第二同轴空气线连接，进行reflect校准；

14、第三步：任选传输线标准件中的一条同轴空气线，连接在第一同轴空气线和第二同轴空气线之间，进行一次line校准；

15、第四步：对于传输线标准件中的其余同轴空气线，重复第三步。

16、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

17、(1)本发明设计采用多根同轴空气线组成multi-trl校标准件，实现trl校准方法在同轴传输线中的应用，保证了超宽频率范围内高准确度的校准质量；

18、(2)本发明采用不同长度的同轴空气线作为传输线标准件可任意组合，具有灵活性既可分段校准，也可覆盖全频段校准；

19、(3)本发明采用不同长度的同轴空气线标准件进行校准，可极大地减小测量系统有效方向性、有效源匹配、有效负载匹配、有效反射扫迹和有效传输扫迹等残余误差给测量准确度带来的影响。

20、本发明对于目前采用同轴空气线trl校准后普遍仅覆盖2ghz～18ghz的频率范围，将采用multi-trl方法，即采用多种长度的同轴空气线组合作为标准件进行校准。相比于其他校准方法，multi-trl方法能显著地提高校准准确度。相比于单一的延迟线，具有无缝覆盖超宽频率范围50mhz～18ghz，且有效提高整个频率范围内的校准准确度。通过不同长度同轴线校准件的组合实现宽频范围内校准，另外在整个频率范围内，还可根据需求分段进行校准满足自己所需的频率范围，在宽频范围内进行选择性的校准，进一步实现所选频段的材料的复介电常数的测量。本发明运用trl校准方法在超宽频范围50mhz～18ghz进行校准，实现高准确度的系统校准，进而提高材料复介电常数的测量精确度。