射頻電阻并聯(lián)等效電容測(cè)試方法

分離電阻常常用于設(shè)計(jì)高功率衰減器。頻率低的時(shí)候，這是可行的；然而在高頻時(shí)，分離電阻的寄生參數(shù)會(huì)導(dǎo)致衰減器的特性比預(yù)計(jì)的要差。

高功率電阻擁有不同的形狀和尺寸。應(yīng)用最普通的幾種分別為：表貼型電阻，具有引線（有/無(wú) 絕緣外殼）的電阻，具有引線和絕緣外殼，并安裝在導(dǎo)電法蘭上的電阻。各種高功率電阻的外形如下：

高功率電阻的規(guī)格參數(shù)

高功率電阻的主要參數(shù)包括：電阻值，最大功率容量（大多數(shù)是指在100度溫度下的），功率-溫度曲線和機(jī)械外形尺寸。另外，最大或者典型的等效電容值有些情況下也需要提供。

電阻和最大功率這兩個(gè)參數(shù)一般是比較明確的，并且對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)也很有用。相對(duì)來(lái)說(shuō)，等效電容這個(gè)參數(shù)就比較模糊。多數(shù)情況下，廠商并不會(huì)提供等效電容是在何種頻率下測(cè)得，以及采用哪種測(cè)試方法。

等效電容分很多種。并聯(lián)等效電容是指在電阻膜和地平面之間的由射頻散射場(chǎng)所形成的電容（如圖2）。其它的等效電容比如輸入和輸出焊盤(pán)之間的，由于其對(duì)實(shí)際應(yīng)用的影響較小，特別是在低頻的時(shí)候，一般不做重點(diǎn)考慮。

到目前為止，高功率電阻在1MHz以上的等效電容的測(cè)試還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)。按照MIL-STD 202G的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，等效電容的測(cè)試頻率建議為：60Hz，120Hz，1KHz，10KHz和1MHz。

有人提出：在1MHz測(cè)試得出的等效電容一定可以滿(mǎn)足MIL的標(biāo)準(zhǔn)，但是這個(gè)電容信息對(duì)希望其能工作在2.7GHz的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，一點(diǎn)用都沒(méi)有。同樣的情況也適用于工作頻率為GHz頻率范圍的基站產(chǎn)品。

本文主要用來(lái)闡述由EMC Rflabs公司制造的高功率電阻的等效電容測(cè)試方法。

測(cè)試方法和等效電容的提取

當(dāng)高功率電阻用于射頻和微波頻段時(shí)，具有損傳輸線的特性。圖3是一個(gè)電阻的集總元件模型和其高頻等效電路模型。圖3中的并聯(lián)電容可以通過(guò)測(cè)試S參數(shù)的方式提取。但測(cè)試設(shè)備的類(lèi)型、校準(zhǔn)的技術(shù)、材料的介電常數(shù)都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。

為更加形象的展示等效電容的提取過(guò)程，我們使用500W的帶引線的50歐姆電阻制作了一個(gè)如圖4的樣本。圖3中的參考面的建立是通過(guò)測(cè)試儀器的校準(zhǔn)以及設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

測(cè)試數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證參數(shù)的提取過(guò)程，我們使用Microwave Office建立了一個(gè)EM電阻模型。如圖5顯示，EM分析得到的S參數(shù)和測(cè)試得到的S參數(shù)被一起標(biāo)注在一張Smith原圖上。從圖中可以看出，在2.7GHz以下，測(cè)試的數(shù)據(jù)和建模的數(shù)據(jù)具有很好的相關(guān)性。

等效電容的計(jì)算

為得到電阻的并聯(lián)等效電容，我們需要用到b這個(gè)值，其任意頻率的值都可以直接從我們舉例的圖中得到。

舉例如下，從綠色的線（測(cè)試數(shù)據(jù)）上查到：在2.3GHz，b=1.083。將其帶入下面的公式可以得出等效電容的值為1.5pF。

如果我們依照紅色的線（建模數(shù)據(jù)）得到b，然后重新計(jì)算在2.3GHz的等效電容，其為1.55pF。這兩個(gè)數(shù)據(jù)再次顯示了測(cè)試數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù)之間的良好的相關(guān)性。

除了單頻點(diǎn)的計(jì)算外，我們?cè)趫D6展示了并聯(lián)電容的掃頻測(cè)試結(jié)果。結(jié)果同樣顯示了兩種方法獲得的S參數(shù)具有高度的相關(guān)性。

高功率電阻廣泛應(yīng)用于功率分配電路。由于射頻散射場(chǎng)在電阻膜和地之間形成的并聯(lián)等效電容（并聯(lián)端到地）變成了一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。等效電容的典型值一般給出的都是在1MHz的頻率測(cè)得的。然而，在GHz的頻段，對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一個(gè)高頻的等效電容值會(huì)更有參考意義。