|
一、 前言
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路，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，往往所测量出來的结果，并不是一个单纯的电路板参数，而是包含着SMA接头效应在里头的电路板参数，而此时将测量的电路板参数再进行后续的各种分析时，因为并没有减去SMA接头的效应，所获得的后续分析结果，准确度将会受到影响。
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仿真软件进行，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行比较找出最正确的值。
由于网络分析仪测量上的限制，我们必须将兩个SMA接头连接起來(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行测量，测量的范围为50MHz到10GHz，测量结果(如图二)。
图一、SMA 接头对接图
图二、SMA接头测量S11参数曲线图
我们从网络分析仪取得双SMA接头对接的S11参数之后，接下來就要开始使用HFSS來进行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)，接着按照流程图(如图四)上的流程，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，假设模拟结果不符合测量的结果，即返回3D Model进行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。
图三、SMA接头3D Model绘制图
图四、使用HFSS提取SMA接头参数流程图
模拟的频率范围为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，我们得到了与测量结果吻合的S11参数(如图五)。
图五、SMA接头S11仿真曲线图
我们使用Matlab将测量的结果与模拟的结果进行兩者间的对照，取样的点数为201点，频率的范围为50MHz到10GHz。由图六可以看到，整体的S11参数大致上与测量结果吻合，但是在频率5GHz之后，数值部份已经渐渐无法相当吻合，我想这可以归究于S11参数是反射系数的关系，而整体的S11参数是很不好测量的，因为其数值都是在-30dB到-60dB之间，是相当小的值，因此如果有不小心动到测量的线路，或是线路有抖动的问题，都会造成量测结果的不准确，而模拟的参数对于实际上所测量的结果，通常也都会有一定程度上的误差，因此只能做到尽量与测量结果吻合。
图六、模拟与测试结果对照
三、使用ADS进行SMA Model的验证
在使用HFSS提取完SMA接头3D Model的S-Parameter之后，接下來所要做的就是使用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。
图七、电路参数矩阵示意图
在本论文中，我们另外制作了2cm与4cm长传输线的电路板(如图八)进行模拟与测量的互相验证，验证的方法为；先使用网络分析仪测量实际2cm与4cm长传输线电路板之参数，接着将所测量出的结果代入ADS中，即可得到分析之结果(如图九及图十)。
图八、2cm与4cm长传输线电路板
图九、2cm长传输线电路板S参数
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。
图十一、2cm传输线模拟与测量对照图
图十二、4cm模拟与测量对照图
四、结论
本论文成功地完成使用计算机辅助设计软件Ansoft HFSS进行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。
| 
发表于 2015-12-25 09:47:52
/4 
