De-embedding技术

De-embedding技术总结
RF工程师们依赖于矢量网络分析仪(VNA)来测量RF元件的S参数，从而进行描述以及后续的设计。

测量中会出现一个问题，即这些元件往往是表贴式，因此不能与VNA直接相连。

简单的印刷版(PCB)测试装置往往都会表贴上待测器件(DUT)以便与VNA相连接，如图1所示。

然而，这些测试装置本身会为S参数测量带来一些寄生效应，因此，需要De-embedding技术进行消除。

图1
一、De-embedding技术定义
微波元器件的测量必须包含两部分：第一部分是把实际被测器件（DUT）加上焊点（对于在片测量系统）或者测试夹具（对于同轴测量系统）当做一个被测器件；另一部分是空的焊点或者测试夹具作为被测器件。

然后用第一部分测得的S参数扣除第二部分（焊点或者测试夹具部分产生的寄生效应），从而可以得到被测器件的真实性能。

我们把这个步骤就叫做De-embedding。

De-embedding技术是微波测量的重要技术之一，主要目的是消除寄生元件、部件对实际被测器件（DUT）的影响。

一般分为四大类：串联技术、并联技术、级联技术及混合技术。

为了确保测量值为实际被测器件的本身特性，必须进行De-embedding。

二、De-embedding技术理论简介
由上面对于De-embedding技术的定义我们知道，我们测量的S参数实际是DUT、寄生元件(如探针)、其他元件(如焊点)综合下的S参数，因此，我们需要对这些因素进行消除，以达到精确测量的目的。

对于任何一个被测器件DUT，我们都会使用到探针，而探针跟DUT是级联关系，我们采用A参数处理；对于焊点来说，有短路焊点与开路焊点，开路焊点相当于在DUT并联，短路焊点相当于串联器件，对于并联与串联，我们分别使用导纳参数与阻抗参数进行运算。

在对一个器件进行De-embedding精确测量时，我们一般采取由内而外消除各个影响，具体步骤如下：
1)测量包括被测器件、开路、短路焊点及微波探针在内的S参数，将S参
数转变为A参数[A total]，利用级联技术消除微波探针影响，得到被测器
件及开路、短路焊点在内的S参数；
2)将S参数转换为Y参数[Y total]，利用并联技术，消除开路焊点的影响，
得到被测器件和短路互连线在内的Y参数[Y T]；
3)将Y参数转化为Z参数[Z T]，利用串联技术，消除短路焊点的影响，得
到被测器件的Z参数[Z DUT]；
4)将得到的被测器件的Z参数转化为S参数，即可得到被测元件的S参数。

对于级联技术的实现，可以由如下表示：
图2 级联示意图
对于并联技术如图3所示
图3 并联技术过程图
串联技术如图4
图4 串联技术过程图
三、应用：UHF频段RFID 近场天线的阻抗测量方法
超高频（UHF）频段的射频识别（RFID）近场读写器天线（NFRA）由于其在单品识别方面应用的潜力，对环境的不敏感性和比HF 天线更高的读写速度，正引起多方面的关注。

UHF 频段的NFRA 通常采用带有平衡端口的电大环结构来实现。

对于NFRA 来说，良好的匹配网络是至关重要的。

通常UHF 频段的NFRA 天线都被设计成安装在金属腔体里来减小环境对天线性能的影响，如图5 所示。

但是由于金属腔体的存在，天线的阻抗会随频率的变化而剧烈变化，这将导致在仿真软件中得到的阻抗值不够精确，在此不精确的阻抗基础上很难设计出性能良好的匹配网络。

图5 UHF NFRA近场读写天线结构图
图6 测量方法的等效电路模型
图6 给出了使用De-embedding 技术测量的等效电路模型，其中，同轴线被一段长为l的传输线等效
应用前面说的步骤：
1)测量天线和寄生部件的S m参数；
2)将S m转化为A参数，A total；
在图6我们可以看到，待测线跟一段同轴线串联，我们可以得出A total= 3)
A coaxial *A ant
4)由矩阵变换可以得到，A ant = A coaxial -1*A total
A coaxial
5)最后将A ant转化为S参数
其中，β是相位常数，εr为同轴线的相对介电常数，θ为Sm的相位，mag 为其幅度。

由上述两式，我们可以得出天线阻抗的虚部与实部
Z0为同轴线特殊阻抗。