高功率射頻電阻并聯(lián)等效電容的測試方法

在射頻和微波頻段使用的高功率電阻，大多數(shù)使用在Wilkinson功分器或者合路器產(chǎn)品中。為得到最好的性能，在Wilkinson功分器中使用的100歐姆隔離電阻，必須具有較小的等效電容，以便于降低對插入損耗的影響。另外，如果隔離電阻使用在Wilkinson合路器中，那么其需要吸收每個輸入端口的輸入功率的一半。

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

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 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參數(shù)一般是比較明確的，并且對設(shè)計師來說也很有用。相對來說，等效電容這個參數(shù)就比較模糊。多數(shù)情況下，廠商并不會提供等效電容是在何種頻率下測得，以及采用哪種測試方法。

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之間的，由于其對實際應(yīng)用的影響較小，特別是在低頻的時候，一般不做重點考慮。

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

有人提出：在1MHz測試得出的等效電容一定可以滿足MIL的標(biāo)準(zhǔn)，但是這個電容信息對希望其能工作在2.7GHz的設(shè)計師來說，一點用都沒有。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。

測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，具有損傳輸線的特性。圖3是一個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)電容可以通過測試S參數(shù)的方式提取。但測試設(shè)備的類型、校準(zhǔn)的技術(shù)、材料的介電常數(shù)都會影響測試結(jié)果。

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

測試數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù)

為了驗證參數(shù)的提取過程，我們使用Microwave Office建立了一個EM電阻模型。如圖5顯示，EM分析得到的S參數(shù)和測試得到的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。

等效電容的計算

為得到電阻的并聯(lián)等效電容，我們需要用到b這個值，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，然后重新計算在2.3GHz的等效電容，其為1.55pF。這兩個數(shù)據(jù)再次顯示了測試數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù)之間的良好的相關(guān)性。

除了單頻點的計算外，我們在圖6展示了并聯(lián)電容的掃頻測試結(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）變成了一個重要的設(shè)計參數(shù)。等效電容的典型值一般給出的都是在1MHz的頻率測得的。然而，在GHz的頻段，對設(shè)計來說，一個高頻的等效電容值會更有參考意義。

本文闡述了提取并聯(lián)等效電容的測試方法和過程。EM建模數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)的高相關(guān)性說明等效并聯(lián)電阻可以通過測試S參數(shù)的方法來獲取。

審核編輯：湯梓紅