板级SMA头参数提取方法

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一、 前言
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: K/ v. V. Z% E1 J射频微波及高频高速测试中，SMA 接头扮演着相当重要的一个角色，它连接了测量仪器与待测电?，可以说是测量仪器与待测电路之间的桥梁，而在传统中的一般高速电路的测量中，一般皆没有将SMA 接头的效应考虑进去，往往所测量出?的结果，并?是一个单纯的电?板参数，而是包含着SMA接头效应在里头的电?板参数，而此时将测量的电?板参数再进?后续的各种分析时，因为并没有减去SMA接头的效应，所获得的后续分析结果，准确?将会受到影响。
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二、使用HFSS提取SMA接头参数

在本研究论文中，第一阶段SMA接头参数的提取，我们使用HFSS仿真软件进?，我们绘制出两个SMA接头对接的3D Model，对于后续的S-Parameter分析结果，影响最主要为Teflon介质材质的部份，因此我们在设计SMA 3D Model时，我们主要针对SMA接头中Teflon材质其中的Relative Permeability与Loss tangent两者进行调整，并且与测量的情形进?比较找出最正确的值。
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9 ~, i; t  v" @由于网络分析仪测量上的限制，我们必须将?个SMA接头连接起?(如图一)，并且使用时域反射仪测量对接后的SMA接头阻抗是否为50欧，之后再接上网络分析仪进?测量，测量的范围为50MHz到10GHz，测量结果(如图二)。

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6 i2 _8 U7 ]7 V图二、SMA接头测量S11参数曲线图
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我们从网络分析仪取得双SMA接头对接的S11参数之后，接下?就要开始使用HFSS?进?SMA接头3D Model的制作，首先第一步就是先制作好SMA接头的3D Model(如图三)，接着按照?程图(如图四)上的?程，进行参数的提取，测量与模拟的结果，不断的进行两者间的对照，假设模拟结果?符合测量的结果，即返回3D Model进?Teflon材质参数上的修改，最后即可得到一个正确的单一SMA接头的3D Model。

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图四、使用HFSS提取SMA接头参数?程图
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3 w" A" W  s, w8 H+ v: S  f模拟的频?范围为100MHz到10GHz，而在Teflon材质Relative Permeability参数等于3.317，Loss tangent参数等于0.0035时，我们得到?与测量结果吻合的S11参数(如图五)。

) K1 p% P% b8 s: Y! b图六、模拟与测试结果对照

$ @0 F, D6 H& E/ H% R4 x三、使用ADS进?SMA Model的验证
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在使用HFSS提取完SMA接头3D Model的S-Parameter之后，接下?所要做的就是使用ADS (Advanced Design System )进行SMA接头参数的验证。我们可以将S-Parameter转成矩阵的表示方法(如图七)，假设SMA接头参数各为[A]及[C]，电路板参数为[B]，量测结果为[D]即可得到图七中的式子。

图八、2cm与4cm长传输线电路板
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3 T7 F. W3 v$ U7 |1 L. e7 O图十、4cm长传输线电路板S参数

接着再将先前由HFSS所提取出的SMA接头参数，代入ADS中，即可取得模拟的结果，我们再将模拟的结果与量测的结果，进行两者间的互相验证(如图十一及图十二)，从图中我们可以发现，两者间的对照可以说是非常吻合，而在2GHz的共振点，是由电路板的共振所造成的，因此从两者间的验证，我们可以得知之前从HFSS之所提取出的SMA接头参数，是正确无误的。而在往后的高速电路测试模拟中，我们即可代入此SMA 接头的参数，将SMA接头的效应考虑进去，所得到的结果将会更为正确，也将会是一个更为单纯，不包括SMA效应在里头的电路板参数。
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3 F! B: [; w4 q: f" `图十二、4cm模拟与测量对照图
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- G# z9 ?% L( t; v% P四、结论
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% ^3 _4 }0 R: {本论文成功地完成使用计算机辅助设计软件Ansoft HFSS进?SMA接头的3D Model的绘制及模拟，并且在HFSS中调整SMA接头的介质参数，而在Teflon材质Relative Permeability参数等于3.317，Loss tangent参数等于0.0035时，我们得到了与测量结果吻合的S参数，并且使用ADS软件平台，验证获得2公分及4公分长传输线具有相同模拟及测量结果。
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另外，“兴森---安捷伦射频高速实验室”采用微波探针台测试方法，克服SMA测试的局限性，能精确提取PCB微带线，过孔，焊盘，连接器等器件高频S参数。





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' b/ C& V$ [- v8 j, W* J2 Y2. 本微信群由“兴森科技-安捷伦射频高速实验室”射频负责人，《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》电子工业出版社，主编徐兴福建立。