變容二極管射頻特性參數的提取

柳 會，楊歆汨

（蘇州大學 電子信息學院，江蘇 蘇州 215006）

0 引言

變容二極管用在仿真電路時的主要特性參數是串聯電阻及結電容，可以從供應商提供的參考數據上查獲，但是基本是在低頻時的一些參考值。在仿真射頻電路時，如調諧濾波器[1]，變容二極管的射頻特性參數仍是重要參量。為了獲取變容二極管的性能參數，本文提出一種利用自制的測試平臺進行提取變容二極管特性參數的方法。主要是基于微波網絡轉移矩陣(A矩陣)的級聯及Matlab編程計算，根據矢量網絡分析儀測得的數據進行特性參數的提取。本文首先利用一款電容進行校驗，基本確定測試方法的可行性及準確性，然后使用測試平臺對一款變容二極管進行測量，獲取其串聯電阻及結電容的值，將其用在以后的射頻仿真電路中[2]。

1 測試板模型、仿真及實物

測試平臺主要由兩部分構成，即傳輸結構和終端負載結構，如圖1所示，中間空隙處即為待測變容二極管的焊接位置。傳輸結構可以看做由兩段50 ohm微帶線及一個并聯枝節組成[3]，選用εr=2.65，h=1 mm的微波介質板加工實物如圖2所示。在測試平臺上，單獨做出并聯枝與負載阻抗，以便分別測量它們的阻抗值，如圖2所示。測試平臺的尺寸為100 mm×100 mm,其中各部分具體尺寸如下:

圖1 測試平臺的模型

圖2 測試平臺實物

2 測試方法及理論推導

在微波網絡中，轉移矩陣也稱A矩陣[4]，在雙端口級聯網絡中使用A矩陣研究特別方便。一段長為l特性阻抗[5]為50 ohm微帶短截線的A矩陣如式(1)，并聯枝節可等效為一段并聯導納，其A矩陣如式(2):

其中，Y為測得的枝節阻抗轉換為導納后的值。

變容二極管的等效電路如圖3所示，由串聯電阻RS、結電容Cj以及寄生電感LS、封裝電容Cp構成，在射頻電路中可忽略寄生電感和封裝電容的效應[6]，本文主要研究變容二極管的串聯電阻和結電容，其A矩陣如式（3）所示。

圖3 變容二極管的等效電路

N個雙端口網絡級聯，整個網絡的A矩陣可以表示成［A］=［A1］［A2］···［AN］。本文中可將測試平臺的傳輸結構和變容二極管級聯后整個網絡的A矩陣計算如式（4）所示，終端負載阻抗可由網分析測得，代入Zin=，可得到輸入阻抗與變容二極管特性參數之間的理論關系[7]。

本文參數提取的算法是:使用矢量網絡分析儀測量出實際的輸入阻抗，利用Matlab編程，將輸入阻抗的理論值與實際值作平方差，使用fmisearch函數求多元函數極值點的方法，提取出變容二極管串聯電阻與結電容的值。

3 電容校驗

本文先利用一款普通電容進行校驗，確保測試平臺的可行性。將一個1.2 pF的電容焊接在測試平臺的空缺處，如圖2所示。利用網絡分析儀測得測試平臺上并聯枝節的阻抗以及終端負載阻抗的值，中心頻率在3 GHz。最后測得端口的輸入阻抗后，根據本文參數提取的算法，在Matlab中進行編程計算。如圖4和圖5所示，提取的校驗電容值基本在1.2 pF，電阻值基本為0 ?，初步驗證了本測試平臺的可行性及可靠性。

圖4 校驗電容的電阻提取值

圖5 校驗電容的電容提取值

4 變容二極管特性參數的提取

參照電容校驗的步驟，本文對一款變容二極管BBY51-02W進行特性參數提取。將變容二極管焊接后，按照校驗步驟，使用網絡分析儀測量數據后，根據實際測得的輸入阻抗計算出串聯阻抗與結電容的值，Matlab計算結果如圖6、圖7所示。在射頻3 GHz下，該款變容二極管的串聯電阻基本為0.3 ohm，結電容為1.9 pF。

圖6 變容二極管的串聯電阻值

圖7 變容二極管的結電容值

5 結語

本文基于微波網絡A矩陣級聯，提出了一種利用自制的測試平臺提取出變容二極管特性參數的方法，能夠在所需用的射頻頻率下，快速準確的獲得參數值，以便用于射頻電路仿真[8]。本測試平臺還可以在枝節處加偏壓，提取出變容二極管在不同偏壓下的不同電容值，是一款方便的測試工具，后續可以利用夾具來減小誤差，提高精度。

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