¿Cuántas líneas necesito para una calibración inequívoca?
En primer lugar, calculemos el número de líneas NLines requeridas de un calsustrato TRL para una determinada relación de ancho de banda deseada BRwanted. En este caso, es mucho más conveniente pensar en la cobertura de frecuencia en términos de la relación entre la frecuencia superior y la inferior. Por lo tanto, de 20° a 160° es un ancho de banda de 8:1, por lo que un estándar de línea de 20° a 1 GHz funcionará a 8 GHz [A;B].
Esto nos da:
La relación de ancho de banda cubierto BRcovered tiene que ser mayor que la relación de ancho de banda deseada BRwanted para que el resultado tenga que redondearse hacia arriba.
¿Cómo diseño un calsustrato TRL en general y, como ejemplo, aplicado en nuestro sistema de 70 kHz a 220 GHz (con un rango único que funciona para todos los sistemas)?
En primer lugar, hay que calcular el número de líneas necesarias para la banda de frecuencia de 70 kHz a 220 GHz. De las ecuaciones anteriores obtenemos:
¡Se necesitan estándares de ocho líneas! Sin embargo, como muchos ingenieros habrán notado, ocho líneas darán como resultado líneas extremadamente largas relacionadas con el límite de frecuencia superior. La línea más larga tendría metros de largo para un estándar. Esto no es posible en sustratos de película delgada o chips de silicio.
Como resultado, es necesario llegar a un equilibrio saludable. Una forma de mantener la frecuencia máxima es cambiar la frecuencia inicial. Por tanto, podríamos considerar el rango de frecuencia de 1 GHz a 220 GHz, que debería ser suficiente para la mayoría de las aplicaciones. En este caso, sólo son necesarias tres Líneas.
Primero, es necesario calcular los puntos de cruce y con esto se calculan las longitudes de las líneas de cuarto de onda en el centro entre los puntos de cruce.
Los dos puntos de cruce FTn se calculan como en el siguiente [B]:
Fstart = 1*109 Hz es la frecuencia de inicio; Fend = 220*109 Hz es la frecuencia de parada;
n = 1 o 2 es el índice del punto de cruce y N = 3 es el número de líneas necesarias.
Las longitudes de línea ahora se calculan para 90° (un cuarto de longitud de onda) en el centro entre cada punto de cruce (incluidos los puntos inicial y final). Estos puntos centrales son:
Ahora necesitamos las longitudes de línea para 90° en Fc1, Fc2 y Fc3.
Un escenario real es mejor que solo ondas y líneas aéreas. Por lo tanto, usemos como ejemplo los parámetros y dimensiones de la película delgada descritos en [C], que son para un sustrato de poliimida con las siguientes propiedades relevantes: espesor = 18.5 µm; = 3.5; tanδ = 0.0027.
Las longitudes de Línea microstrip de 90°, obtenidas con la calculadora de [D] con Z0 = 50 Ω y ancho W ≈ 46.6 μm son L1 = 13.71 mm; L2 = 2,27 mm; L3 = 0,376 mm (como se muestra en la Figura 2).
Conclusión
La primera idea que obtenemos en este artículo es el amplio ancho de banda en este caso concreto de uso de banda ancha y que el VNA de Anritsu, con su rango de medición de 70 kHz a 220 GHz, es excepcional.
La segunda es que una calibración TRL normal con múltiples líneas no es factible para este rango de frecuencia y de 1 GHz a 220 GHz se puede cubrir con una calibración TRL de tres líneas.
Por último, es potencialmente mejor comprar un sustrato comercial para todo el rango de frecuencia en lugar de un calsustrato TRL en la oblea.
Un ejemplo de cómo utilizar un sustrato para obtener una calibración de 70 kHz a 220 GHz es una combinación de TRL con SOLT como se presenta en [E]. Además, en este artículo [E] se presenta otro método de calibración de banda ancha en combinación con la función Distancia Hasta la Falla (DTF) del VNA. Se realizó una calibración combinada coaxial y de guía de ondas y las sondas se desintegraron con la función DTF.
Referencias:
- [A] Müller, D., 2018. Errores de medición en oblea inducidos por sondas de RF en el rango de frecuencia de ondas milimétricas (Vol. 89). KIT de publicaciones científicas.
- [B] Microondas101, ‘Calibración TRL’, [en línea]. Disponible: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/trl-calibration [Consulta: 29 de febrero de 2024].
- [C] Sterzl, G., Dey, U. y Hesselbarth, J., 2021. Detección subnanolitro de propiedades dieléctricas del flujo de líquido a 190 GHz. Cartas de componentes inalámbricos y de microondas del IEEE, 31 (6), páginas 808-811.
- [D] em: charla, ‘Ingeniería electromagnética y de microondas’, [en línea]. Disponible: https://www.emtalk.com [Consultado: 29 de febrero de 2024]
- [E] Rumiantsev, A., Martens, J. y Reyes, S., agosto de 2020. Calibración, repetibilidad y características relacionadas de mediciones de barrido único de banda ancha de 70 kHz a 220 GHz en oblea. En 2020, 95ª Conferencia de Medición de Microondas de la ARFTG (ARFTG) (págs. 1-4). IEEE.
 junto con escenarios que no se pueden resolver med){kind=link}