TRL微波器件测量去嵌入校准--原理详解

TRL校准和TRL*校准之间有什么差别?TRL*-假定测试端口的源匹配和负载匹配相同（端口的正向和反向测量对称性）。

确定测量误差，决定上述假定的真实范围。

用10次测量定量8个未知量。

TRL-为实现全面TRL校准所需的所有测量，要有4个采样器。

用14次测量定量10个未知量。

TRL 全面描述和校正源匹配和负载匹配。

无论何种实现方法，TRL 和TRL*使用同一校准标准。

SOLT和TRL/TRL*校准之间有什么差别?矢量网络分析仪要求在误差校正测量前执行测量校准。

对于二端口测量，确定响应校准套件的校准算法为SOLT或TRL/TRL*。

传统的二端口校准通常用3个阻抗标准和1个传输标准定义校准参考平面。

这些标准一般为短路、开路、负载和馈通，这就就构成了SOLT校准套件。

另一种二端口校准用最少的3个标准定义校准参考平面。

TRL/TRL*校准套件中的馈通、反射和线路标准测量参数提供与使用不同算法SOLT校准同样的信息。

根据所拥有的标准和网络分析仪的功能，您可使用任一种校准套件、在许多非同轴应用中，难以制作SOLT校准标准，如果不是不可能的话。

而TRL/TRL*校准法能够适应专门的或特定的同轴连接器校准标准。

怎样在微带夹具中进行校准?有几项技术能消除微带线环境中测试夹具对器件测量的影响。

下面介绍这些技术，首先推荐的是同轴校准，因为它能尽可能接近测试夹具的连接点。

基准面旋转：如果夹具的损耗和失配可以忽略，那么就只需补偿相位延迟。

可延长端口连接，直到获得平坦的相位。

归一化：如果夹具有损耗，把数据保存在存储器中，然后用DATA/MEM进行测量。

时域选通：如果夹具有较大的失配，在时域通过选通去掉失配即可提供频域无失配影响的响应。

这种方法需要有网络分析仪的时域选件。

解嵌入：可用于所有夹具。

必须知道夹具的S-参数。

使用矩阵数学组合所测DUT数据和夹具S-参数数据，即可得到实际DUT数据。

数学运算需要在网络分析仪外部进行。

TRL和LRM法：由于微带线一般不满足SOLT标准，从而发展了另外两种方法。

微波测试夹具及其TRL校准件的设计与制作芮金城;曹锐;陶晓辉【摘要】为了满足设计功率放大器时对晶体管精确测试的要求,设计了一种工作在S波段的氮化镓晶体管专用微波测试夹具,根据TRL校准原理制作了相应的校准件来完成夹具的去嵌入.实际测试结果表明,该测试夹具及TRL校准件达到了预期的效果,仿真值与实测值一致性好,损耗误差为0.3 dB,去嵌入之后得到的夹具差损＜0.4 dB,S11和S22＜-15 dB,用该夹具测得的晶体管参数与其数据手册给出的值相吻合.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)011【总页数】4页(P93-95,99)【关键词】微波测试;夹具;TRL校准件;氮化镓;去嵌入【作者】芮金城;曹锐;陶晓辉【作者单位】合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009;中国电子科技集团公司第38研究所重点实验室,安徽合肥230088;中国电子科技集团公司第38研究所重点实验室,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN368随着以晶体管为核心部件的功率放大器的广泛应用，目前很多晶体管并没有相应的模型，有的晶体管制造商虽然提供了晶体管模型用以放大器的仿真设计，但是模型依然没有足够的准确度和可靠性[1]。

因此为了设计性能良好的功率放大器，减少后期的调试工作，对晶体管的精确测试很有必要。

在实际测试中为了实现对晶体管的固定以及散热，实现测试仪器与晶体管之间的连接以及同轴到非同轴环境的转换，需要用到微波测试夹具，而目前的夹具在所有晶体管的所有频段并不能做到通用。

因此为了得到不同晶体管在不同设计频段的参数，需要制作专门的测试夹具以及与其相匹配的校准件[2]。

本文设计了一款用于CREE公司的氮化镓晶体管CGH40010F的微波测试夹具，并根据直通反射延迟线(Through-Reflect-Line，TRL)校准原理制作了相应的校准件，实测结果验证了夹具设计的正确性。

校准是测试的基础，校准的作用就是去除各种误差项的影响，为此需要建立相应的误差模型，根据误差模型确定误差项，通过测试得到这些误差项参数，再经过一系列计算去除误差，这个过程被称为去嵌入。

微波功率放大器的性能以及增益的测量作者：李沅锴来源：《硅谷》2013年第01期摘要：介绍一种微波功率放大器增益的测量方法。

经校准件进行TRL校准，校准后分别对所用的两只定向耦合器进行耦合衰减、方向性系数、主线插损和输入口驻波比的频率反应进行测量，同时对终端负载的输入驻波比进行测量。

最后由安捷伦矢量网络分析仪组建网络参数测试系统对微波功率放大器的增益进行测量。

关键词：功率放大器；增益；TRL校准；测量0 引言在近代RF和微波系统中，放大是最基本和最广泛存在的微波电路功能之一。

功率放大器常用在雷达和无线电发射机的末级，其作用是把信号功率最终放大到足够的电平，以便能通过适当的天线进行微波发射[1]。

近年来，由于科学技术的迅猛发展，微波功率放大器已经广泛的应用在微波通信、卫星通信、雷达、电子对抗、导弹制导、导航、遥控、遥测等系统中，并且成为必不可少的器件。

微波功率放大器的工作特性将直接影响所在系统的整体性能指标。

因此在使用之前，对其性能参数进行测量是非常必要的。

本文介绍了微波功率放大器的基本参数，并且介绍了微波功率放大器增益测量方法。

1 微波功率放大器的性能参数指标1.1 工作频率范围（f）工作频率范围指放大器在满足各项指标下的工作频率范围。

放大器的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。

1.2 输出功率（Pout）放大器的输出功率有两种方式表示：饱和功率和1dB增益压缩点输出功率。

饱和功率指输出的最大功率。

1dB增益压缩点输出功率是指放大器增益偏离线性而比线性增益低1dB的这一点。

1dB增益压缩点所对应的输出功率记为P1dB，该点常用以表征放大器处理能力[2]。

1.3 噪声系数（Noise Figure）噪声系数（NF）是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”表示。

噪声系数NF=10lg（输入端信噪比/输出端信噪比）。

1.4 功率增益（G）增益指的是放大器的放大能力。

增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。

射频大功率器件TRL校准件的设计与制作作者：李树琪来源：《电子科学技术》2016年第04期摘要：以LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）为代表的射频大功率器件已经在民用通信市场以其优异的性能和低廉的价格应用越来越广泛，对于这种射频大功率器件的器件水平和能力评估也越来越受到应用的关注。

本文基于负载牵引系统，采用简单、便捷以及可重复使用的理念，使用常规的微带线阶梯型阻抗变换器电路为基础，充分考虑在应用测试中的偏置电路，进行前期使用ADS（Advanced Design System）仿真加后期验证，设计制造了低耗无串扰的TRL（Though Reflected Delay）校准件，为测试得到射频大功率器件的射频性能奠定了优异的基础。

关键词：TRL；微带线；ADS仿真；低耗无串扰中图分类号： TN454 文献标识码： A 文章编号： 2095-8595 （2016） 04-394-05电子科学技术 URL： http// DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.04.006Abstract： In LDMOS （lateral diffusion of metal oxide semiconductor） as the representative of RF high power devices already in the civilian communications market with its superior performance and low price application is more and more widely， the performance and ability of the RF high power device for evaluation of also more and more get the attention of application. In this thesis， based on the load-pull system， the use of simple， convenient and repeatable the idea of ladder type impedance converter circuit using conventional microstrip， on the basis of full consideration in the bias circuit in application tests， through the use of ADS （Advanced Design System） simulation and verification， we designed and manufactured the TRL calibration kits which is the low loss and no crosstalk for test， it laid a good foundation for the test to get the RF performance of RF high power devices.Key words： TRL； Microstrip； ADS Simulation； Low Loss And No Crosstalk引言随着通信的日益发展以及半导体功率器件研究和生产技术的突飞猛进，从上世纪90年代末以前主要以硅双极型晶体管和砷化镓场效应管为核心的射频微波功率放大器被增益，线性度以输出功率这些更好的性能的产品所取代（硅基射频LDMOS以及氮化镓场效应管）[1]。

硅基芯片TRL校准件的设计与制作作者：甄建宇陈娜来源：《现代信息科技》2020年第20期摘要：為了满足在K/Ka频带下设计硅基芯片电路时对器件模型精确测试的要求，文章分析了实现精确校准的硅基芯片TRL校准技术。

根据TRL校准原理设计并制作了相应的校准件，用去嵌入的方式提取了片上电感、电容模型。

在20 GHz～ 30 GHz高频应用中，验证了模型的准确性。

实际测试结果表明该校准件达到了预期效果，仿真值与实测值拟合一致性好。

关键词：硅基芯片;TRL校准技术;去嵌入中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）20-0023-04The Design and Manufacture of TRL Calibration Part for Silicon-based ChipZHEN Jianyu1，CHEN Na2（1.The 13th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shijiazhuang 050051，China;2.China Electronics Import and Export Co.，Ltd.，Beijing 100036，China）Abstract：In order to meet the requirements for precise testing of device models when designing silicon-based chip circuits in the K/Ka band，the article analyzes the TRL calibration technology of silicon-based chips that can achieve precise calibration. According to the TRL calibration principle，the corresponding calibration part was designed and manufactured，the inductance and capacitance models on chip were extracted by means of de-embedding. In 20 GHz～30 GHz high frequency applications，the accuracy of the models was verified. Measurement results show that the calibration part achieved the desired results，the simulated value and the measured value are in good agreement.Keywords：silicon-based chip;TRL calibration technology;de-embedding0 引言硅基芯片电路具有低成本、高集成度的特点。

TRL微波器件测量去嵌入校准--原理详解前言：该教程是本人2012年跟安捷伦工程师讨论微波器件去嵌入技术时准备的，当时讨论主题如何解决TRL去嵌入算法频率限制问题(已申请专利)，现在摘取其中TRL算法原理部分，重新整理与大家分享。

微波测量中常用的校准方法有两种：· SOLT校准，即短路-开路-负载-直通校准，适用同轴接头测量，如衰减器、低噪放等。

通过测量1个传输标准件和3个反射标准件修正12项误差模型。

· TRL校准，即直通-反射-延时校准，适用非同轴接头测量，如微带线、共面波导等。

通过测量2个传输标准件和1个反射标准件来决定8项误差模型。

相比SOTL 而言，TRL由于校准件制作成本低、校准精度高等优点而得到广泛的应用。

下面首先对TRL校准算法进行介绍。

(1) 校准件和测量件一套完整的TRL校准装置包含三个校准件和一个测量夹具，图中DUT表示待测件(device under test)。

需要指出的是，直通校准件包含的传输线与加载有DUT 夹具的传输线等长，延时校准件包含的传输线比直通校准件包含的传输线要长，长度记为l，反射件包含的传输线与直通件包含的传输件等长，特别的，反射校准件一般是通过传输线末端开路或短路实现。

由于加载DUT的夹具不仅包含同轴到传输线的接口转换，还包含一定长度的传输线，实际测试时必须考虑这两部分对测试结果的影响。

(2) 误差模型为扣除夹具带来的影响，需采用精确的误差模型对夹具的频率特性进行描述。

从电路加载的角度来看，直通、延时和反射校准件可以看做DUT分别是长度为零的传输线、长度为l的传输线以及特定阻抗的集总器件(并联或串联接入传输线)时的特殊夹具，可以用S参数分别表示如下聪明的读者可能已经猜到，通过测量三个校准件的S参数，大概可以反推出夹具中除去DUT 的剩余部分频率响应吧。

Bingo!考虑到夹具与DUT 部分相互级联，为方便推导，特将S参数转化为T参数对夹具各部分进行表征。

一种PIN二极管参数的提取方法与应用孟文营;穆卓;王身云【摘要】采用夹具测量微波元件参数时会引入夹具误差.本文设计了一款适用于SMP-1320-079LF型号PIN二极管散射参数测量的夹具和对应的TRL校准套件,并利用TRL校准方法测试了该型号PIN二极管在UHF频段的实际散射参数.然后,建立了PIN二极管在两种工作状态下的等效电路模型,并根据测试参数,提取了等效电路参数.基于UHF-RFID系统应用需求,将PIN二极管应用于三端口开关馈电网络的设计,其工作频段为900～950 MHz.结果表明,改变PIN二极管的输入输出阻抗,三端口馈电网络均具有较好的开关特性,仿真与实测结果吻合.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】5页(P32-36)【关键词】TRL校准件;PIN二极管;可重构;三端口网络【作者】孟文营;穆卓;王身云【作者单位】南京信息工程大学应用电磁研究中心, 江苏南京 210044;南京信息工程大学应用电磁研究中心, 江苏南京 210044;南京信息工程大学应用电磁研究中心, 江苏南京 210044【正文语种】中文【中图分类】TM934在微波系统中,通常采用射频开关元件来实现微波元件功能的可调谐特性,如可重构滤波器[1]、可重构功率分配器[2]、可重构移相器[3]以及(频率/方向/极化)可重构天线[4]等。

只有准确测得射频开关元件的电磁或电路特性参数,才能设计出满足指标要求的可重构微波元件。

常见的射频开关元件有RF MEMS[5]、PIN二极管[6-7]和变容二极管[8]等。

然而,测试这些开关元件的电磁特性参数通常是比较困难的,因为矢量网络分析仪只能测量与其测量端口样式一致的待测元件。

针对其他端口形式的待测元件,如贴片式PIN二极管,则需要设计对应的夹具来进行测量。

使用夹具会引入夹具系统测量误差,消除这种误差的过程称为去嵌入[9]。

PIN二极管是一种应用广泛的射频开关元件,通过偏置电压加载,其开关功能具有电可调谐特性。

TRL校准方法的实现与应用作者：黄攀峰刘林林来源：《物联网技术》2014年第11期摘要：介绍了目前矢量网络分析仪广泛存在的误差，分析了各项误差的产生机理，针对可修正的系统误差列举了误差校准的方法。

详细地推导了针对平面电路的TRL校准方法的算法，制作了TRL校准件，用矢量网络分析仪测量了实际效果，实验结果表明，TRL校准方法有很高的精确度和实用性。

关键词：矢量网络分析仪；系统误差；TRL校准；TRL算法；中图分类号：TN454 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）11-00-020 引言任何测试结果都带有测量的不确定度[1]，它是描述测量值与实际值之间的预期统计偏差。

测量不确定度主要由两类误差引起，一类是由随机误差引起，这类误差可以进行统计描述，但不能进行系统的修正。

另一类由系统测量误差引起，这类误差是可再生的，并且可以利用多种计算方法进行系统修正，但是由于测量结果中叠加有随机波动，不可能对其完全修正。

矢量网络分析仪（VNA）具有强大的测量功能，但是矢量网络分析仪的硬件不可能是理想的，不可能给出理想的测量结果，所以，在使用矢量网络分析仪之前，要通过校准的方法，进行误差的修正，弥补硬件的不完美，提高矢量网络分析仪的测量精度。

实验室购买的矢量网络分析仪是罗德斯瓦茨ZVB4，配套的校准标准是TOSM（Thru-Open-Short-Match），采用的是同轴接口，能够满足大部分的测量，但针对一些平面电路，就需要根据其特定的夹具，设计出特定的校准件来去除夹具，电缆等除待测器件外的因素的影响，校准系统的误差。

1 矢量网络分析仪的系统误差和校准技术1.1 矢量网络分析仪的系统误差矢量网络分析仪的系统误差[2]主要有：由定向耦合器有限方向性造成的方向性误差；由阻抗匹配不理想造成的源失配误差和负载失配误差；与频率相关的传输，反射测量频率响应误差；测试通道中信号泄漏造成的隔离误差。

矢量网络分析仪的系统误差模型如图1所示。

引用格式：丁文波, 徐鹏, 李劲, 等. FBAR 滤波器TRL 校准的仿真与测试[J]. 中国测试，2024, 50(1): 138-144. DING Wenbo, XU Peng, LI Jin, et al. Simulation and testing of TRL calibration for FBAR filter[J]. China Measurement & Test, 2024, 50(1): 138-144.DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2022100160FBAR 滤波器TRL 校准的仿真与测试丁文波1， 徐 鹏1， 李 劲1， 周明睿1， 章景恒2， 马新国1， 吕 辉1(1. 湖北工业大学芯片产业学院，湖北 武汉 430068; 2. 武汉衍熙微器件有限公司，湖北 武汉 430205)摘　要: 针对薄膜体声波谐振腔（FBAR ）滤波器测试夹具误差校准，提出一种改进的TRL 校准方法，将三维电磁仿真和TRL 计算结合，用于测试套件（夹具和TRL 校准件）的前期设计与优化，确保TRL 校准件达到足够精度。

由于DUT （device under test ，待测器件）参数未知，实测中采用四种不同结构的测试套件，校准前各组测试结果差异较大，但TRL 校准后高度吻合，通带内的差异小于0.2 dB ，不但精准确定DUT 真实参数，而且表明本TRL 校准方法对于不同结构夹具去嵌入的有效性。

该仿真计算不仅可以设计高精度测试套件，避免过度依靠实测，并且可与实测相互验证，并可推广到其他微波器件的测量，节省测试成本。

关键词: TRL 校准; 薄膜体声波谐振腔滤波器; 电磁仿真中图分类号: TM931;TB9文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2024)01–0138–07Simulation and testing of TRL calibration for FBAR filterDING Wenbo 1, XU Peng 1, LI Jin 1, ZHOU Mingrui 1, ZHANG Jingheng 2, MA Xinguo 1, LÜ Hui 1(1. School of Chip Industry, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China; 2. Wuhan Yanxi MicroComponents Co., Ltd., Wuhan 430205, China)Abstract : An improved TRL calibration method is proposed for the error calibration of thin film bulk acoustic resonator (FBAR) filter test fixture, which combines 3-D electromagnetic simulation and TRL calculation for the preliminary design and optimization of the test kit (fixture and TRL cal-kits) to ensure that the TRL cal-kits achieves sufficient accuracy. Because the parameters of the DUT (Device Under Test) are unknown, four test suites with different structures are used in measurements. The test results of each group differ greatly before calibration, but coincide highly after TRL calibration, and differences in the passband are less than 0.2 dB. This not only accurately determines the true parameters of the DUT, but also shows the effectiveness of this TRL calibration method for the de-embedding of fixtures with different structures. The simulation calculation can not only design high-precision test suite to avoid over-reliance on measurements, but also mutually verify with measurements, and can be extended to other microwave devices to save test costs.Keywords : TRL calibration; FBAR filter; electromagnetic simulation收稿日期: 2022-10-28；收到修改稿日期: 2023-01-16基金项目: 国家自然科学基金项目(41171291)；武汉衍熙微器件有限公司合作项目(2021004)；湖北工业大学启动基金（2019057）作者简介: 丁文波(1998-)，男，江西南昌市人，硕士研究生，专业方向为集成电路。