CARACTERIZACION
DE
ESTRUCTURAS
FINLINE
EN
BANDA
K
MEDIANTE
LA
TECNICA
DE
CALIBRACION
TRL
J.M.
Ma o ell,
L.
P adell
Dep .
de
T.S.C.
-
G up
A.M.R.
E.T.S.E.
Telecomunicacio-
U .
P.C.
Ap.
30002, 08080 -
BARCELONA
ABSTRACT
In his pape , he design
o
a se
o
s anda ds o
TRL
calib a ion in inline a he K band (18 -
26.5
GHz)
is desc ibed. Repea abili y measu emen s a e also p esen ed.
INTRODUCCION
Pa a
ecuencias supe io es a 30
GHz.
!as ca ac e s icas
de
Ios ci cui os en piano E
en
gu a
de
onda
(es uc u as inline) les con ie en en ajas espec o ci cui os
mas
adicionales
como
el mic os ip.
Pa a
la
ca ac e izaci6n
de
las es uc u as inline se desc iben me odos e6 icos [1][2]
pe o
pocos esul ados
expe imen ales en la li e a u a. An es
de
acome e
el
diseiio
de
ci cui os mas complejos es
impo an e
dispone
de
un
me odo
expe imen al
que
pe mi a ca ac e iza !as dis in as pa es del mismo.
La
calib aci6n
TRL
[3][4]
nos
pe mi e
lle a Ios pianos
de
e e encia
al
in e io de la es uc u a plana has a
inclui
en e
Ios mismos
solo
aquella
pa e
co espondien e al elemen o
que
se desea medi . El desa ollo ha
sido
ealizado
pa a
inline
unila e al
po
sus mul iples aplicaciones
yen
la banda K
(18
-
26.5
GHz)
como
paso
p e io
an es
de
abaja
en bandas supe io es.
DISENO
DE
LOS
PATRONES
DE
CALIBRACION
TRL
Los ac o es cla e son la epe ihilidad
de
!as ansiciones, la simili ud
de
I as dos ca gas
de
al o coe icien e
de
e lexion
(REFLECTS)
y la p ecision mecanica
de
la longi ud
de
Ias I neas
de
ansmision eque idas.
Cada
pa on
co esponde a
una
c~ja
dis in a. Ello simpli ica la mecanizaci6n pe o
pod la
e en ualmen e
comp ome e
la epe ibilidad, sin emba go se ha comp ohado
que
noes
as segun se comen a en el siguien e
apa ado.
El diseiio
de
la
gu a
inline sigue el modelo p opues o
po
J.Meie
[5] ya
que
la expe iencia p e ia
ha
demos ado su bondad. En el mismo la es uc u a plana se inse a en e !as
dos
mi ades
de
la
gu a,
siendo la
anchu a del con ac o mecanico
de
.>-.diclcc ico/4 a la ecuencia cen al a in
de
p esen a
un
co oci cui o i ual
en la pa ed
de
la
gu a
.
L'l ansicion
de
gu
a
a in line es del ipo exponencial con una longi ud 1.5
>-.gu
1
a
que
es un
comp omiso
en e un hajo coe icien e de ellexion y una longi ud excesi a. Desde el inal
de
es a ansicion has a el piano
de
e e encia
TRL
enemos una longi ud supe io a A inlinc·
Las ca ac e s icas de !as
c1~jas
son:
a:
10.67 mm.
b:
4.32
mm.
I
THRU:
80 mm.
I
LINE
:
83.2
mm.
(A
inlin/4
m:is
que
el
THRU
)
I
REFLECT
:
40
mm. ( longi ud o al de
la
c~ja:
50
mm. )
Ma e ial
c~ja:
la on do ado.
Anchu a
slo inline: 0.3
mm
.
G oso
conduc o :
0.0175
mm.
G oso
dielec ico:
0.254
mm.
Cons an e die! ec ica: 2.
17
( Cu-Clad 2.
17
)
Exis e una cua a caja de 88 mm. no u ilizada pa a la calib aci6n
que
pe mi e
dispone
como
m nimo
de
dos
longi udes dis in as (
3.2
mm. co espondien es a la caja del
LINE
y 8 mm.
de
es a ul ima
caja)
en e
pianos
de
e e encia.
595
Se han diseiiado dos ipos de pa on REFLECT:
el
p ime o inaliz.ado
en
pa ed elec ica a 40 mm. del
inicio de la caja, el segundo co oci cui ando solo
el
slo a una dis ancia in e io ( pa a dos casos: a
34.4
mm.
y a 29.6 mm. ) y man eniendo la pa ed a 40 mm.
Con
el
segundo diseiio se espe aba dispone de una o ma sencilla de oh ene nue os pianos de
e e encia. Sin emba go las medidas ealiz.adas en base a calib aciones que u iliz.an es e ipo de e lec no han
esul ado sa is ac o ias. La az6n puede busca se en
el
compo amien o del mismo como eac ancia ( igu a 6
) en luga de un co oci cui o ideal a odas las ecuendas.
Tene o os pianos de e e encia supone que el inline debe acaba lsicamen e en una pa ed elec ica,
simila a lo que ocu e en mic os ip.
Median e una calib acion en
gula
se han medido las cajas de Ios pa ones TRL. P esen an una buena
adap acion ( s
11
. < -20
dB
en gene al) y bajas pe didas de inse ci6n ( s
12
> -0.5
dB
) como se e en
la
ig. I
MEDIDA DE LA REPETIBILIDAD
En lo que sigue ansici6n signi icani la pa e del sopo e del pa on de calib acion que a desde
el
inicio de la caja has a el piano de e e enda.
La epe ibilidad puede de ini se [6] como
el
m6dulo del ec o di e encia en e medidas epe idas del
coe icien e de e lexion. Deben dis ingui se di e en es casos de epe ibilidad pues di e en es hechos pueden
al e a la medida.
1.
Repe ibilidad de Ios pa ones. A ec a
al
p oceso de calib acion y podemos dis ingui en e:
-Repe ibilidad en e ansiciones. Se miden I
as
ansiciones de
Ios
di e en es pa ones y se compa an en e
si.
Se han u iliz.ado dos ecnicas: po pue a empo al o midiendo la ansicion en e dos pianos p ede inidos
("adap e
emo al")
. En
el
p ime caso se ob iene una epe ibilidad mejo que -30
dB
pa a oda
la
banda. En
el segundo caso se obse a una epe ibilidad supe io a -40
dB
pa a ecuendas in e io es a 22.25 GHz., -30
dB
en e 22.25 y 25 GHz. y peo que -30
dB
si >
25
GHz.
En
la
igu a 2
se
indica es a epe ibilidad cuando
se compa an las ansiciones del THRU y el LINE.
-Repe ibilidad conexion -desconexion. Se mide
el
pa on comple o, se desmon a y mon a de nue o,
uel e a medi se. La compa acion de las medidas indica la bondad del p oceso de mon a,je de Ios ci cui os y
su co ec a inse cion en la gu a. La epe ibilidad es del o den de -40
dB
pa a
el
THRU
( igu a 3 ) y el
REFLECT, pa a
e1
LINE esul a de -35 dB.
2. Repe ibilidad de la calib acion. Se p e ende medi
la
di e encia en
la
medida de un mismo ci cui o
con dos calib aciones
TRL
dis in as. Los peo es esul ados son del o den de -30
dB
( igu a 4 ).
3. Repe ibilidad de la medida. Con
la
nisma calib acion
TRL
se mide
el
ci cui o, se desmon a, uel e
a mon a se y se mide de nue o. La di e encia en e las dos medidas da
la
epe ibilidad de es as. Se ob iene
un alo de -40
dB
( igu a 5 ).
MED
ID
AS
Se han ealiz.ado algunas medidas p elimina es de co oci cui os y camhios de impedancia
en
la
linea
inline que concue dan con Ios alo es e6 icos espe ados.
En
la
igu a G se mues a
la
ase pa a un
co oci cui o imp eso en
el
slo .
Son mejo es Ios esul ados cuando se especi ica que
el
piano de e e enda de
la
calib acion
TRL
es a
dado po el REFLECT
(de
pa ed
elec ica)
que po
el
THRU.
CONCLUSIONES
Las medidas de co oci cui os demues an que
es
con enien e u iliz.a pa ones e lec ealiz.ados median e
una pa ed elec ica
en
el
piano ans e sal de la gu a.
Se ha demos ado la iabilidad de u iliz.a calib aciones
TRL
pa a la medida de es uc u as plana es en
gu a de onda, en pa icula inline unila e al en banda
K.
Las colas de epe ihilidad ob enidas son
mc:jo es
que
-30
dB
( en algunos casos -40
dB
) que son alo es compa ables e incluso mejo es que
Ios
ob enidos
en
mic os ip.
596
~~l
la9
MAG
~12
la9
MAG
REF
0.0
dB
REF
0.0
dB
1.0.0
oiB/
0.2
dB/
p
-
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I
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1-----
+
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1
[
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11
1
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I
V
-
-V
START
19.000000000
GHz
START
19.00000000a
GHz
STOP
2b.~~0000000
GHz
~DP
26.~00000000
GHz
Fig. I Meuiua caja THRU.
~11-Ml
log
MAG
REF
0.0
dB
.21!.B
: B/
p
..
1---
H
1---
--
-- - --
1---
~~
D
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,.. --
~
V' ....
------
"'
1---
~TART
1.8.000000000
GHz
5TOP
26.~00000000
GHz
~
Fig.3 Repe ibilidau
conexi6n-
desconexi6n THRU.
"',.,
597
~11-Ml
log
MAG
REF
111.0
dB
10.0
d9/
·
'P
--
~
---.---'
-
--
START
l8
.
00e000000
GHz
STOP
26.500000000
GHz
_...,.--
V
Fig.2 Repe ibiliuad en e ansiciones.
sll
(THRU) -
sll
(LINE)
....---'
~11-Ml
leg
MAG
~12-M2
lag
MAG
REI=
0.0
dB
REF
a.0
dB
10.
B
dB/
l0.B
dB/
·
'P
~
~
'IN"
.I!
~
V
b
_:
Th
~
:
'IV
YYVJ
V I
~IV
l
3TART
19.000000000
GHz
START
19.000000000
~
¥~
~
26.500000000
GHz
~
26.~00000000
GHz
Fig.4 Repe ibiliuau de
la
calib aci6n.
s
11
(TRL)-
s
11
(TRL')
..
H
H
"'l1-M1
REF
0.0
d8
10.0
dB/
1
I
1--
IPg
MAG
""'--"'~.
( _
-~
'YV'Y
IV'
"
START
18
.
0B000BB0B
GHz
STOP
26.5000BBB0a
GHz
I"~
,.J'
Fig.5 Repe ibilidad de la medida.
p
-
~ART
16
.
000000002
GHz
~
26.~00000000
GHz
---
~
-
Fig
.6 Medida de co oci cui o en
el
slo .
Anchu a del slo : 0.3 mm
1-
h
,_...
---
i-·-
--
---
Valo induc ancia equi alen e: L = 0.18 nH
598
..
Fo o I: Caja ahie a del LINE
s11
~
311
~
REF
0 . 0 •
REF
CL0
•
1.
100
. 0
./
8
100.0
./
~7~---
-
- ---.---~1
~
-~1~7 s
~
7
~
~~-----,-~~~
M <.ER 1
I--
-+-- -
----,
l-- J -
- -
·-
-
2.2
Gl-z
b
H
-IH -1---- ---
-
1-- l- ---11-
·
-- --
----
1---
---+
-- ---j
--
·
--1-· -
·
-- --
-1---1
1--1-
-
----
-
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-
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a
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-
---- ---1---1---
1--
-
I--
--
-
--
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1-
--
'---
'----'----.L.---'---
-
'---
~-
--- - ''
----'
'-----'
5TART
18.000000000
GHz
~ART
18.000000000
GHx
~
2G.~00000000
GHz
~nDP
2G.500000000
GHz
Fig. 7 Compa acion de
la
ase medida en
un
co oci cui o
de pa ed elec ica.
a: plane de e e encia dado po
el
THRU.
b:
piano de e e encia dado pe
el
REFLECT.
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599