固態(tài)阻抗調(diào)諧器的制造方法
【專利說明】固態(tài)阻抗調(diào)諧器
【背景技術(shù)】
[0001] 阻抗調(diào)諧器用于向被測(cè)設(shè)備呈現(xiàn)阻抗（也被稱為VSWR、ga_a、反射、回波損耗）并 且根據(jù)所述阻抗來測(cè)量其性能。存在各種形式的阻抗調(diào)諧器，包括機(jī)械滑動(dòng)螺釘調(diào)諧器，機(jī) 械滑動(dòng)螺釘調(diào)諧器使用機(jī)械探針結(jié)合板狀線（slabline)并且其探針位置指示所得到的阻 抗。探針關(guān)于板狀線的水平位置通常影響向被測(cè)設(shè)備（DUT)呈現(xiàn)的阻抗的相位，而探針的 豎直位置通常影響向DUT呈現(xiàn)的阻抗的幅度。因?yàn)榭梢砸院芨叩姆直媛室詷O小的步長(zhǎng)來移 動(dòng)探針，所以可以任意生成幾千個(gè)、幾萬個(gè)或者甚至幾十萬個(gè)阻抗?fàn)顟B(tài)。優(yōu)點(diǎn)包括高的分辨 率、高的點(diǎn)計(jì)數(shù)、高的功率容量和寬的頻率帶寬。缺點(diǎn)包括調(diào)諧速度以及尺寸和重量。
[0002] 電子阻抗調(diào)諧器利用PIN二極管或開關(guān)，具有固定的或掃頻偏置電壓和電流，其 產(chǎn)生非均勻的低密度阻抗曲線。美國(guó)專利5034708和5276411中描述了電子或固態(tài)阻抗調(diào) 諧器的示例，這兩個(gè)專利的全部?jī)?nèi)容通過引用被合并在本文中。電子或固態(tài)調(diào)諧器的優(yōu)點(diǎn) 包括高的調(diào)諧速度以及小的尺寸和重量。缺點(diǎn)包括低的點(diǎn)密度和低的功率容量。
[0003] 重要的是應(yīng)當(dāng)注意，高的調(diào)諧速度和高的點(diǎn)密度是阻抗調(diào)諧器的主要要求中的兩 個(gè)要求。
[0004] 無源負(fù)載牽引（load pull)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地用于特征化微波設(shè)備。負(fù)載牽引系統(tǒng) 在受控條件下測(cè)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(fù)載牽引測(cè)量會(huì)測(cè)量多個(gè)阻抗下的DUT性能以示出阻抗對(duì)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(shù)全部作為一般術(shù)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(hào)以及進(jìn)入端口的相同頻率的信號(hào)的函數(shù)。反射系 數(shù)通過以下表達(dá)式與阻抗相關(guān)：
[0007] 其中Z是阻抗，Γ是反射系數(shù)。兩個(gè)術(shù)語包含相同的信息，因此如果一個(gè)術(shù)語已 知，則另一個(gè)也已知。因此，在本文檔中，它們將可互換地使用。
[0008] 調(diào)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(shù)語。高分辨 率（或者精細(xì)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(diào)諧器在期望的相位范圍上實(shí)現(xiàn)的最大反射的術(shù)語。作為 阻抗調(diào)諧器規(guī)范，這一術(shù)語通常表示所有或者多數(shù)反射相位值（以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧分辨率）。然 而，可以修改用于調(diào)諧器系統(tǒng)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(cè)）需要高的匹配范圍。 [0010]自動(dòng)化負(fù)載牽引系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地用在機(jī)械調(diào)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(guān)元件的固態(tài)調(diào)諧器也已經(jīng)用于負(fù)載牽引系統(tǒng)，并且這些調(diào) 諧器可以提供大的速度優(yōu)勢(shì)，但是它們具有有限的調(diào)諧分辨率。
【附圖說明】
[0011] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀時(shí)根據(jù)下面的詳細(xì)描述將很容易理解本公開內(nèi) 容的特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：
[0012] 圖1是示出固態(tài)控制元件陣列的示例性實(shí)施例的示意圖。
[0013] 圖2圖示包括連接到組合器電路的兩個(gè)控制元件陣列的調(diào)諧器模塊的示例性實(shí) 施例。
[0014] 圖3圖示包括級(jí)聯(lián)在一起并且布置在外殼或封裝件（package)內(nèi)的兩個(gè)調(diào)諧器模 塊的固態(tài)調(diào)諧器系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施例。圖3A圖示示例性調(diào)諧器系統(tǒng)的外部配置。
[0015] 圖4是由包括兩個(gè)級(jí)聯(lián)的調(diào)諧器模塊的調(diào)諧器系統(tǒng)的示例性實(shí)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(jí)聯(lián)在一起并且布置在外殼內(nèi)的三個(gè)調(diào)諧器模塊的調(diào)諧器系統(tǒng)的 示例性實(shí)施例。
[0017] 圖6圖示包括級(jí)聯(lián)在一起并且布置在外殼內(nèi)的四個(gè)調(diào)諧器模塊的調(diào)諧器系統(tǒng)的 示例性實(shí)施例。
[0018] 圖7圖示調(diào)諧器系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，其中雙固態(tài)調(diào)諧器和三固態(tài)調(diào)諧器系統(tǒng)被 組合在一個(gè)封裝件或外殼中。
[0019] 圖8圖示用于測(cè)量被測(cè)設(shè)備（DUT)的特性的測(cè)量系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，其中兩個(gè) 固態(tài)調(diào)諧器模塊被組合在單個(gè)封裝件中并且用于源調(diào)諧，并且三個(gè)調(diào)諧器被組合在單個(gè)封 裝件中并且用于負(fù)載調(diào)諧。
[0020] 圖9圖示用于測(cè)量DUT的特性的測(cè)量系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，其中兩個(gè)固態(tài)調(diào)諧器 模塊被組合在單個(gè)封裝件中并且用于源調(diào)諧，并且兩個(gè)雙調(diào)諧器模塊各自被組合在外殼 中，并且被級(jí)聯(lián)在一起并且用于負(fù)載調(diào)諧。
[0021] 圖10圖示用于測(cè)量DUT的特性的測(cè)量系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，其中兩個(gè)固態(tài)調(diào)諧器 模塊被組合在單個(gè)封裝件中并且用于源調(diào)諧，并且機(jī)械調(diào)諧器用于負(fù)載調(diào)諧。
[0022] 圖11圖示用于測(cè)量DUT的特性的示例性測(cè)量系統(tǒng)，其采用被組合在單個(gè)封裝件中 并且用作負(fù)載調(diào)諧器的三固態(tài)調(diào)諧器。
[0023] 圖12圖示用于測(cè)量DUT的特性的另一示例性測(cè)量系統(tǒng)，其采用被組合在單個(gè)封裝 件中并且用作負(fù)載調(diào)諧器的三固態(tài)調(diào)諧器，其中DUT、負(fù)載調(diào)諧器與信號(hào)分析器之間連接有 分路器/耦合器。
[0024] 圖13是圖示用于多個(gè)級(jí)聯(lián)的固態(tài)調(diào)諧器的示例性校準(zhǔn)方法的流程圖。
[0025] 圖14是圖示用于多個(gè)級(jí)聯(lián)的固態(tài)調(diào)諧器的另一示例性校準(zhǔn)方法的流程圖。
[0026] 圖15是圖示用于多個(gè)級(jí)聯(lián)的固態(tài)調(diào)諧器模塊的示例性校準(zhǔn)方法的流程圖，其中 每個(gè)調(diào)諧器模塊具有外部連接器。
[0027] 圖16描繪其中已經(jīng)安裝有多個(gè)模塊卡的PXI底盤（chassis)的前視圖，多個(gè)模塊 卡包括示例性調(diào)諧器模塊卡。圖17是調(diào)諧器模塊卡的示意性側(cè)視圖。圖18是調(diào)諧器模塊 卡的前視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在下面的詳細(xì)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(biāo)記來 識(shí)別。附圖并未按比例，并且可以出于說明目的而對(duì)相關(guān)特征尺寸進(jìn)行放大。
[0029] 以下術(shù)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(tài)設(shè)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(gè)元件具有兩個(gè)狀態(tài)或者具有多于兩個(gè)狀態(tài)的開關(guān)設(shè)備。諸如圖1所示的控制元件陣列 是具有多個(gè)控制元件的電路。調(diào)諧器模塊是可以調(diào)諧阻抗并且通常包括多個(gè)控制元件的固 態(tài)電路。例如，圖2示出包括兩個(gè)控制元件陣列和組合器的調(diào)諧器模塊。圖2的示圖在本 文中用于表示調(diào)諧器模塊，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用不同類型的調(diào)諧器模塊。固態(tài)調(diào)諧器可 以在一個(gè)封裝件中包含一個(gè)或多個(gè)調(diào)諧器模塊，其中每個(gè)調(diào)諧器端口具有外部連接器。固 態(tài)調(diào)諧器系統(tǒng)是在一個(gè)封裝件中的一個(gè)或多個(gè)固態(tài)調(diào)諧器。測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài) 調(diào)諧器連同測(cè)量?jī)x器。測(cè)量系統(tǒng)還可以包括諸如機(jī)械調(diào)諧器等其它類型的調(diào)諧器。
[0030] 本發(fā)明的實(shí)施例包括采用多個(gè)固態(tài)調(diào)諧器模塊的新的電子自動(dòng)化固態(tài)調(diào)諧器或 固態(tài)調(diào)諧器系統(tǒng)，多個(gè)固態(tài)調(diào)諧器模塊當(dāng)被組合激活時(shí)可以生成幾萬個(gè)或者幾十萬個(gè)阻抗 狀態(tài)。這樣的固態(tài)調(diào)諧器可以采用串聯(lián)或并聯(lián)級(jí)聯(lián)的多個(gè)調(diào)諧器模塊，其中每個(gè)調(diào)諧器模 塊可以包括組合在一起的多個(gè)控制元件陣列?？刂圃嚵锌梢园ㄒ灶A(yù)定長(zhǎng)度間隔開的 數(shù)目N個(gè)控制元件（諸如開關(guān)）以及其偏置電路。每個(gè)控制元件可以被單獨(dú)地打開（即到 傳導(dǎo)（conductive)狀態(tài)），或者多個(gè)控制元件可以被同時(shí)打開，以產(chǎn)生具有固定的幅度和 相位的特定的阻抗。在其它實(shí)施例中，到每個(gè)控制元件的偏置電壓可以具有在打開和關(guān)閉 控制元件的電壓電平（level)之間的一個(gè)或多個(gè)中間電平。
[0031] 為了示例而假定每個(gè)控制元件陣列具有24個(gè)單獨(dú)的控制元件，并且一次僅激活 一個(gè)控制元件，陣列存在25個(gè)單獨(dú)的阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，兩個(gè)控制元件陣列組合在其中的調(diào) 諧器模塊具有25*25 = 625個(gè)阻抗組合。串聯(lián)級(jí)聯(lián)兩個(gè)調(diào)諧器模塊提供625*625 = 390, 625 個(gè)阻抗?fàn)顟B(tài)。
[0032] 同時(shí)激活每個(gè)陣列中的多個(gè)控制元件增加反射的幅度，從而使得能夠?qū)崿F(xiàn)更大的 調(diào)諧范圍。
[0033] 本發(fā)明的實(shí)施例包括其中多個(gè)調(diào)諧器模塊被組合到封裝件或外殼中的固態(tài)調(diào)諧 器或調(diào)諧器系統(tǒng)。這將減小損失，從而改善匹配范圍。這消除了調(diào)諧器之間的外部互連，以 改善穩(wěn)定性和可重復(fù)性。減小的損失也改善了匹配范圍。
[0034] 這還使得能夠?qū)⒍嘤趦蓚€(gè)固態(tài)調(diào)諧器組合以給出更完全的阻抗覆蓋。
[0035] 通常，級(jí)聯(lián)多個(gè)調(diào)諧器實(shí)現(xiàn)了用于組合中的每個(gè)調(diào)諧器的一個(gè)自由度。因此，如果 級(jí)聯(lián)兩個(gè)調(diào)諧器，則可以獨(dú)立地控制兩個(gè)頻率。如果級(jí)聯(lián)三個(gè)調(diào)諧器，則可以獨(dú)立地控制三 個(gè)頻率。如果級(jí)聯(lián)四個(gè)調(diào)諧器，則可以獨(dú)立地控制四個(gè)頻率，對(duì)于任何數(shù)目的調(diào)諧器以此類 推。
[0036] 將比具有獨(dú)立的阻抗控制的頻率的數(shù)目更多的調(diào)諧器組合改善了頻率之間的調(diào) 諧分辨率以及調(diào)諧獨(dú)立性。例如，三個(gè)組合的調(diào)諧器將改善兩個(gè)頻率處的調(diào)諧分辨率以及 獨(dú)立性。四個(gè)或五個(gè)組合的調(diào)諧器將改善三個(gè)頻率處的調(diào)諧分辨率和獨(dú)立性，以此類推。這 一原理獨(dú)立于調(diào)諧器是否全部在一個(gè)封裝件中還是在多個(gè)封裝件中。然而，單個(gè)封裝件概 念由于更低的損失、更好的匹配范圍和更高的穩(wěn)定性而仍然提供改進(jìn)的性能。
[0037] 將兩個(gè)或多個(gè)調(diào)諧器放在一個(gè)封裝件中以控制兩個(gè)頻率，由于更低的損失和更好 的匹配范圍而改善了現(xiàn)有技術(shù)，但是調(diào)諧分辨率和調(diào)諧獨(dú)立性將仍然具有一些限制。
[0038] 組合在一個(gè)封裝件中的兩