Камера для измерения параметров свч двухполюсников

 

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ. Распшряются функциональные возможности устр-на и повьшается точность измерений. Камера содержит отрезок коаксиальной линии с внешним проводником (П) 1 и внутренним П 2, В тепловой оболочке (Л ю со Од СП со Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5! )4 G 01 R 31!26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) КАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

СВЧ-ДВУХПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение относится к технике измерения на СВЧ. Расширяются функциональные возможности устр-ва и повышается точность измерений. Каме ра содержит отрезок коаксиальной ли нии с внешним проводником (П) 1 и внутренним П 2. В тепловой оболочке

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3796125/24-09 (22) 20.09.84 (46) 23.06.86. Бюл. N- 23 (72) В. В. Бербасов и И. В. Сурин (53) 621.317 ° 343(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 943611, кл. G 01 R 31-26, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N - 352234, кл. G Ol R 27/02, 1972.

„„SU„„1239659 A 1

1239659

3 предусмотрен штуцер, откачивающий воздух из объема камеры. Съемный патрон (СП) 5 состоит из сосуда Дьюара 6, теплоотвода 7, подогревателя

8, теплопары 9. Сосуд Дьюара имеет сильфоны 10, !l. На СП 5 жестко закреплен индуктивный эл-т при помощи

2-х расходящихся в направлении П 1 пластин 13 трапецеидальной формы, параллельные стороны к-рых контактируют. с П 1, 2. Мдуктивный эл-т контактирует с углублением в П 2 посредстю6м резьбового соединения, а внутри него размещен эталонный зонд

14, контактируемый с испытуемым образцом 15, размещенным на съемном участке 16 проводника ). Камера имеt

Изобретение относится к технике измерения на сверхвысоких частотах и может быть. использовано при разработках, исследованиях и производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и ловы шение точности измерений.

На фиг. 1 изображена конструкция камеры для измерения параметров СВЧдвухполюсникон, на фиг.2 — разрез

А-А на Лиг.! (с боковым оптическим вводом ; ка фиг.3 — узел 1 на фиг.! (с центральным оптическим вводом) на фиг.4 — структурная электрическая схема, поясняющая работу камеры для измерения параметров СВЧ-двухполюсников.

Камера для измерения параметров

СВЧ-двухполюсников содержит отрезок коаксиальной линии с внешним проводником 1 и внутренним проводником 2.

Отрезок коаксиальной линии охвачен тепловой оболочкой 3, которая создает с ким единый герметичный объем.

В тепловой оболочке 3 предусмотрен штуцер 4, через который осуществляют откачку воздуха из объема камеры.

Камера содержит также съемный патрон 5, скрепляемый с фланцем тепловой оболочки 3. Съемный патрон 5 сосет оптический ввод (ОВ), закрепленный на оболочке 3 соосно с диафрагмой в виде отверстия, выполненного в П I. Внутренние стенки П 1 и 2 выполнены светоотражающими. В др. варианте ОВ пронизывают П и 2 навстречу съемному, участку 16. В камере имеется трубчатая оправка с микролинзами, к-рые формируют световой поток на фоточувствительную поверхность СВЧ-двухполюсника. При этом эталонный зонд 14 закреплен на стенке оправки с наклоном к оси ОВ. СП 5

v ввинчивается по реэьбовой нарезке на индуктивном эл-те в углубление

П 2, выполненного перпендикулярно его оси. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. тоит из сосуда Дюара 6, теплопровода

7, подогревателя 8 и теплопары 9.

Сосуд Дюара 6 имеет на внутренней и внешней оболочках сильфоны 10 и II..

Кроме того, на съемном патроне 5 жестко закреплен индуктивный элемент

12 (фиг.2 и 3 ) при помощи двух расходящихся в направлении внешнего провоцника 1 ппастин 13 трапецеидальной формы, параллельные стороны которых контактируют соответственно с внутренним и внешним проводниками 1 и 2 отрезка коаксиальной линии.

Индуктивный элемент 12 контактирует с углублением во внутреннем проводнике 2 посредствам резьбового соединения, а внутри его размещен подпружиненный эталонный зонд 14, контактирующий с испытуемым образцом 15, размещаемым на съемном участке 16. внешнего проводника 1.

Камера имеет оптический ввод 17, закрепленный на тепловой оболочке 3 (фиг.2 и 3) соосно с диафрагмой 18 в виде отверстия, выполненного на внешнем проводнике 1. При этом внутренние стенки внешнего проводника 1 и внутренний проводник 2 (фиг.l и 27 отрезка коаксиальной линии выполнены со светоотражающим покрытием, например посеребрены, а пластины 13 устаз 12396 новлены вдоль распространения свето25 вого потока.

В другом варианте исполнения (фиг.3 ) оптический ввод 17 пронизывает внешний проводник 1 и внутренний проводник 2 навстречу съемному участку 1б внешнего проводника 1 с испи— туемым образцом 15. Причем в камере имеется трубчатая оправка с микро,линзами 19, которые формируют свето- 10 вой поток на фоточувствительную поверхность СВЧ-двухполюсника. При этом эталонный зонд 14 закреплен на стенке оправки 19 с наклоном к оси оптического ввода. <5 !

Для создания герметичности объема камеры служит резиновое уплотнение 20, накидная .гайка 21, а также диэлектрические шайбы 22 (фиг.1) .

Съемный участок 16 контактирует с

20 внешним проводником 1 с помощью тонкостенного кольца 23.

Измерение электрических и оптических параметров СВЧ-двухполюсников осуществляют методом последовательного резонанса эталонного контура, образованного емкостью испытуемого образца 15 (С )и эталонной индуктивностью (I.>) съемного патрона 5, при параллельном включении испытуемого образца 15 в линию передачи — СВЧ-камеры при различных температурных и световых воздействиях.

Перед началом измерений испытуе- 35 мый образец 15 под микроскопом размещают в съемном патроне 5 таким образом, чтобы он одним полюсом соприкасался с теплопроводом 7, а другим — с подпружиненным эталоннЫм 40 зондом 14, L>, которые позволяют работать в диапазоне частот, используемых при измерениях генератора и приемника.

Съемный патрон 5 ввинчивается по 45 резьбовой нарезке на индуктивном элементе 12 в углубление внутреннего проводника 2, выполненного перпендикулярно его оси. Ввинчи—

О вание происходит до упора тонкостен- 0 ного кольца 23 на внешний проводник

1, что обеспечивает повторяемость размещения испытуемого образца 15 в зоне внешнего проводника 1 и надежность электрического контакта между ними. При этом в резьбовом соединении выбирается зазор и вместе с тем по спиральной нарезке создается

50 протяженный электрический контакт индуктивного элемента 12 с внутренним проводником 2.

Таким образом, ввинчивание съемного патрона 5 во внутренний проводник 2 до упора во внешний проводник 1 обеспечивает повторяемость позиционирования испытуемого образца 15 в волноводном пространстве отрезка коаксиальной линии и создает при этом постоянство контактных усилий и переходнь|х электрических сопротивлений, что повышает. надежность измерений.

Затем закручиванием накидной гайки 21 осуществляют фиксацию положения съемного патрона 5 на фланце тепловой оболочки 3. При этом через резиновое уплотнение 20 происходит замыкание внутреннего объема камеры по внешней стенке сосуда

Дюара 6 и фланцу теповой оболочки 3.

Вместе с тем происходит сжатие сильфона 11, принадлежащего наружной стенке сосуда Дюара 6, и растягивание сильфона 1О на внутренней стенке сосуда Дюара 6, компенсирующее сжатие сильфона 11.

Тем самьм достигается надежная герметизация камеры по линии разъема со съемным патроном 5. Через штуцер 4 откачивается воздух из объема камеры и создается разряжение

5 ° 10 мм рт.ст.

Для измерения параметров испытуемого образца 15 в диапазоне температур в сосуд Дюара 6 заливают жидкий азот, включают подогреватель 8 и * после достижения испытуемым образцом 15 заданной температуры, которая фиксируется за счет размещенной в теплопроводе 7 термопары 9, осуществляют измерение его параметров.

Для этого камеру 24 электрически соединяют по структурной электрической схеме (фиг.4 ) с аттенюатором 25, приемником 26, источником 27 постоянного смещения, вольтметром 28 и генератором 29. Измерительный сигнал от генератора 29 поступает через аттенюатор 25 в камеру 24 и регистрируется приемником 26. КСВ камеры

24 составляет около 1,1 и не изменяется при внесении в камеру 24 съемного патрона 5 с испытуемым образ-цом 15 и изменении температур. Напряжение на испытуемый образец 15 подается к клеммам Ос от источника 27

1239659 постоянного смещения и регистрируется вольтметром 28.

Измерение и расчет параметров эквивалентной схемы вариантов проводились по следующей методике.

Измерение последовательного сопротивления.

Для каждого значения частоты сигнала, меняя напряжение смещения на 10 испытуемом образце 15 по фиксированному минимуму сигнала приемника 26, находят условие последовательного резонанса. После этого удаляют испытуемый образец 15 из линии переда- 15 чи и, вводя аттенюатором 25 затухание в линию, добиваются показания приемника 26, равного при резонансе.

Коэффициент потерь в линии передачи, обусловленный включением МДП-ва- 20 рактора, определяют по формуле

Р Н где Рц — мощность в нагрузке без испытуемого образца 15 в линии передачи; Рц — мощность в нагрузке при наличии испь|туемого образца 15 в линии передачи.

Последовательное сопротивление

К5 рассчитывают по формуле где Zo — волновое сопротивление ли35 нии передачи .

Изменяя частоту сигнала определяют для каждого значения частоты нап40 ряжение смещения, при котором наблюдался резонанс, рассчитывают К5 и строят зависимость 5 от напряжения смещения в исследуемом диапазоне частот.

Определение емкости С5 для различных напряжений смещения.

Для каждой фиксированной частоты входного сигнала находят напряже— ние смещения, при котором имеет место резонанс и строят зависимость.

50 / р = Vbl),Мак; pa< "! *И в Cs.

Построенная зависимость представляет собой соотношение К С = $(V)

K C> =ф(ч), где величина коэффициента К определяется по известному значению Lэ подпружиненного эталонного зонда 14,.

Измерение параметров р, и Г5 при различных температурах осуществляется аналогично описанному.

Для определения зависимости

С S = y(V) в зависимости от светового воздействия через оптический ввод 17 подается световой поток. Аналогично описанному снимаются зависимости при спектральной подсветке для определения области спектральной чувствительности МДП-варактора и его оптических характеристик. Такие же зависимости можно получить при температуре жидкого азота и промежуточных температурах.

Оптический ввод 17, размещенный сбоку от испытуемого образца 51 позволяет за счет отражений от зеркальной цилиндрической поверхности внешнего проводника 1 направить световой поток на испытуемый образец 15.

При этом световой поток на входе в камеру диафрагмируется диафрагмой

18 внешнего проводника 1.

Использование оптического ввода (!7 напрямую через внутренний проводник 2 позволяет проецировать с помощью микролинз на фоточувствительную площадку испытуемого образца 15 в виде, например, ПЭС матрицы тестовое изображение.

Использование в камере двух расходящихся в сторону внешнего провод-ника 1 пластин 13 трапецеидальной формы, параллельные стороны которых вписаны соответственно во внутренний и внешний проводники 2 и 1, позволяет повысить эксплуатационные воз— можности камеры за счет увеличения между пластинами 13 зоны для размещения двухполюсников разных типоразмеров. При этом прочность и устойчивость склоненных пластин 13 трапецеидальной формы выше чем параллельных, что сказывается положительно на повторяемости усилий в контактном резьбовом соединении индуктивного элемента 12 с внутренним проводником 2, причем ограничение ввинчивания до упора тонкостенного кольца 23 во фланец внешнего проводника 1 обеспечивает повторяемость позиционирования образцов в волноводном пространстве отрезка коаксиальной линии и создает вместе с тем постоянное кон тактное усилие и переходное электрическое сопротивление по внешнему про)239659

A-А

Фиг. Z воднику l, что повышает надежность измерений.

Помимо этого в сосуде Дюара 6 наличие сильфонов 10 и 11 позволяет избежать воздействия температурных деформаций на контакт тонкостенного кольца 23 к внешнему проводнику 1 и далее индуктивного элемента 12 — к внутреннему проводнику 2. Это соз- 10 дает постоянство переходного электрического сопротивления и повышает воспроизводимость и надежность измерений.

Формула изобретения

1.Камера для измерения параметров

СВЧ-двухполюсников, содержащая размещенный в тепловой оболочке отрезок 20 коаксиальной линии, съемный патрон, размещенный на внешнем проводнике, состоящий из сосуда Дьюара, который соединен с тепловой оболочкой, внутри сосуда Дьюара расположен теплопровод 25 снабженный термопарой и подогревателем, подпружиненный эталонный зонд, индуктивный элемент, размещенный в углеблении, выполненном во внутреннем проводнике отрезка коаксиальной линии 30 и связанный со съемным участком внешнего проводника отрезка коаксиальной линии диэлектрическими элементами, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений, камера снабжена оптическим вводом, закрепленным на тепловой оболочке, на внешнем проводнике отрезка коаксиальной линии выполнена диафрагма в виде отверстия, расположенная соосно с оптическим вводом, при этом индуктивный элемент контактирует со стенками углубления посредством резьбового соединения, а съемный участок контактирует с внешним проводником посредством введенного тонкостенного кольца, установленного coQcHQ с теплопроводом и соединенного посредством введенного сильфона с внешней стенкой сосуда

Дьюара, внутренняя стенка которого выполнена в виде сильфона, при этом диэлектрические элементы выполнены в виде двух расходящихся в направлении внешнего проводника пластин трапецеидальной формы, параллельные стороны которых контактируют соответственно с внутренним и внешним проводниками, а внутренняя стенка внешнего проводника и внутренний проводник отрезка коаксиальной линии выполнены светоотражающими.

2. Камера по п.l, о т л и ч а ющ а я с я тем, что оптический ввод расположен на поверхности тепловой оболочки, противолежащей поверхности тепловой оболочки, на которой . крепится съемный патрон, а его ось перпендикулярна оси теплопровода.

3. Камера по п.l, о т л и ч а ющ а я с я тем, что ось оптического ввода совпадает с осью теплопровода, при этом индуктивный элемент вы1 полнен с отверстием, ось которого совпадает с осью оптического ввода, в отверстии расположены микролинзы, а эталонный зонд прикреплен наклонно к оси оптического ввода.

1239б59

12

l9

17

Составитель Е.Адамова

Редактор Н.Рогулич Техред М;Ходанич 1(орректор g, Рошко

Заказ 3392/46 Тираж 728 Подписное

ВНИ1П1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä,óë. Проектная, 4