Способ определения малосигнального импеданса лавинно- пролетного диода

 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для измерения параметров лавинно-пролетных диодов Цель изобретения - повышение точности Поставленная цель достигается тем, что в способе определения малосигнального импеданса Л ПД, основанном на измерении параметров измерительной камеры совместно с ЛПД, производят измерение резонансной частоты КСВН в момент резонанса измерительной камеры с диодом при четырех величинах расстояния от оси ЛДП до короткозамкнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резонансных частот, КСВН и расстояния вычисляют искомые параметры. 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 31/26

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ф1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Мйй : . - . (21) 4833083/09 (22) 02.03.90 (46) 15.06,92. Бюл. N 22 (71) Центральное конструкторское бюро

"Алмаз" (/2) Л.А. Владзиевский (53) 621,317.343(088.8) (56) Электроника СВЧ, вып,9, 1984, с.11, Радиоэлектроника. т,XXI, N. 10, 1978, с.119, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОСИГНАЛЬНОГО ИМПЕДАНСА ЛАВИННО-ПРОЛЯТНОГО ДИОДА

Изобретение относится k СВЧ-технике, в частности к генераторам и усилителям

СВЧ, и может быть использовано для измерения параметров диодов СВЧ, Известен способ измерения активного и реактивного сопротивления корпусного диода Ганна в допороговом режиме при включении его в конце измерительной коаксиальной линии.

На трех существенно различных частотах производят измерение входного сопротивления диода Z R+ jX. Варьированием пяти параметров (Ьх, (к, Lð, Ск, Ср) эквивалентной схемы диода получают по измеренным значениям R u X одинаковую величину сопротивления диода по постоянному току

R<> и величину индуктивности диода Lq npu нулевом смещении диода, Величина дифференциального сопротивления диода R в области напряжений смещения ниже. Ж 1741091 А1 (57) Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для измерения параметров лавинно-пролетных диодов, Цель изобретения — повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в способе определения малосигнального импеданса ЛПД, основанном на измерении параметров измеритеЛьной камеры совместно с ЛПД, производят измерение резонансной частоты КСВН в момент резонанса измерительной камеры с диодом при четырех величинах расстояния от оси ЛДП до короткозамкнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резонансных частот, КСВН и расстояния вычисляют искомые параметры, 2 ил. пороговой величины измеряется на низких частотах (1 МГц), где реактивными параметрами корпуса можно пренебречь, или на

СВЧ, Зависимость емкости диода Ганна Сд от напряжения смещения рассчитывае гся из измеренных значений Х и R по эквивалентной схеме.

Недостатком этого способа является необходимость подбора (варьирования) параметров эквивалентной схемы диода по результатам измерений на различных частотах, что требует проведения большого обьема работ и не исключает ошибочного определения параметров схемы.

Известен способ измерения малосигнального импеданса ЛПД, заключающийся в измерении импеданса диода в измерительной камере, По этому способу измеряют входной импеданс Zs (U) камеры с диодом при подаче на диод обратного напряжения

1741091 ме Iblll8 пробивногo. Измеренные значения наносят на круговую диаграмму полных сопротивлений, где они представляют собой дугу окружности. Проведя ряд геометрических построений и используя снятую отдельно вольт-фарадную характеристику диода, определяют сопротивление потерь диода Вз и величину конструктивной индуктивности камеры 1(Х!). Затем снимают зависимость входного импеданса ZBX(l) от тока 1 диода и малосигнальный импеданс определяют из выражения

Ro(i) = Р,„(1) - Вэ, Xd = Х„(!) - XL.

Недостатком этого способа является снижение точности получаемых значений импедансов диода вследствие использования диаграммы Смита с геометрическими .построениями.

Цель изобретения — повышение точности определения импеданса диода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения малосигналы ого импеданса лавинно-пролетного диод- (Л ПД), основанному на измерении параметров измерительной камеры с короткоЗамкнутой торцовой стенкой при расопложении в ней ЛПД, по которым определяют малосигнальный импеданс ЛПД, в качестве измеряемых параметров выбирают значения резонансной частоты и КСВН на резонансной частоте при четырех величинах расстояния от оси ЛПД до короткозамкнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резо.нансных частот, КСВН и расстояний вычисляют искомый малосигнальный импеданс

ЛПД по формулам, 1г ai+ аг — K z R "a3 — R11a4 = К1Х1;

Кг ca+ az — Кг Rz àç — Rz а4 = КгХг; 1

Кэ а1+ az — Кэ Вз аэ — Вэ а4 = КэХз; г г 1 1

К4 а!+ aг — К4 R4 W — R4 a4 = K4X4;

1 и

Ki = —, i l)1

1+ф.у1 — У

+ф у з1пр

1 -совр

4лli

5 =" -Л - 1 — () :

А = —; в = 27гй, С, 1!

"0 где fi — резонансные частоты;

p — значения КСВН;

1! — расстояния от оси ЛПД до короткозамкнутой торцовой стенки, l =- 1, 2, 3, 4; а — размер широкой стенки. измерительной волноводной камеры, вычисляют значения aZ, аз, а4 и определяют компоненты импеданса ЛПД по формулам: а аэ W„

RI 1 + (аэ + а4)г

С—

1 (61 аг Wo

25 3 Wî

RI 1+(аэ+a4)

С вЂ”вЂ” со UU Ь.RANI, — ав где 04 — волновое сопротивление волновода.

Сущность изобретения заключается в следующем, Измерительную камеру с установленным в нее диодом подключают к панорамному измерителю коэффициентов стоящей

40 волны и затухания в качестве оконечной нагрузки. Определяют частоту резонанса камеры f по минимуму К,тО и значение

K<>g на частоте резонанса для определенного расстояния 1 от оси диода до закороченного торца камеры. Выбор первоначального расстояния!определяется частотой, на которой необходимо определить импеданс ЛПД.

Изменяя расстояние!, перестраивают резонансную частоту камеры с ЛПД (в заданном, диапазоне частот). Для четырех значений резонансной частоты измеряют соответстВенно f1, fz, тэ, f4,,Р1,ре,рэр4,, 11, 1г, 13, 14

Используя эквивалентную схему с диодом по полученным величинам 1;, рь l; (i = 1, 2, 3, 4), рассчитывают компоненты импеданса

Л ПД.

На фиг.1 представлены эквивалентные схемы измерительной камеры с ЛПД; на фиг.2 — схема работы по способу..

1741091, г

"-Р г

В

В +(Х+У)2 (3) 10 при этом,2 2

R +Х +XY-=0 (5) 2 в +(x+v) (6) получим

Х—

1+ р v где Хс =Хс+Хд=Хс 0;

y = — -"- — {г)

1 -совр

50 где

На фиг. I и 2 приняты следующие обозначения;

1 — диод;

2 — измерительная камера;

3 — закороченный торец измерительной 5 камеры;

4 — штырь подвода питания, )Хо = )ОА о — реактивное сопротивление штыря подвода питания;

)Хс = — ) — — реактивное сопротивле1 ние емкости корпуса ЛПД;

jXI =)иА — реактивное сопротивление индуктиВности Выводов fl ПД;

1 15

jXд -— — — j — реактивное сопротивле д ние диода;

R — сопротивление ЛПД;

JY — реактивное сопротивление закороченного торца измерительной камеры, пе- 20 ресчитанное к месту установки ЛПД;

В4 — волновое сопротивление волновода измерительной камеры;

jX, R — реактивное и активное сопротивI ления ветви ЛПД вЂ” штырь подвода питания, 255

Способ определения MBIIOGM{.HBRbHol.0 импеданса ЛПД осуществляется следующим образом.

Измерительная волноводная камера 2 с установленными в ней ЛПД1, штырем 4 под- 30 вода питания и закороченным торцом 3 (фиг,2) может быть представлена в виде резонатора с эквивалентной схемой (см, фиг.1а). Упрощенная схема этого резонатора изображена на фиг.1б. 35

Комплексное сопротивление резонатора, нормированное относительно волнового сопротивления Wo, определяется выражением г

RY + YR +X +XY) (1

2 г

RI + (X + Y) RI + (X + Y)ã

Реактивное сопротивление У определяется выражением

А

Л = — у= — р7 2 — длина вол н ы в волноводной измерительной камере; а — размер широкой стороны камеры;! — расстояние от оси диода до закорочивающего торца измерительной камеры.

В момент резонанса сопротивление Z имеет чисто активный характер и равно

Сопротивление Z> выражается через величину коэффициентов стоячей волныр как

Проведя ряд несложных преобразований и учитывая, что

Перейдя от упрощенной схемы (1б) к эквивалентной схеме резонатора с ЛПД, (1а) получим следующие выражения:

) +х

Х = {Х + Х,) — Я вЂ” р — — {8) 1+р2.у2

2 2

ВХ, У (9) Р2 + (XI + Х,) 1 +р V

С+ Срр

С„

Выражения (8) и (9) связывают параметры ЛПД (Х,ХД,R,Х,) с измеренными значениями частоты и коэффициента стоячей волны в момент резонанса измерительной камеры.

Используя результаты измерений параметров (Хь p,II) измерительной камеры с

ЛПД для четырех резонансных частот, можно записать следующую систему уравнений:

Х =((oq+ Xñ1) — R<, Xl„+X„, R

; (t0a) 1741091

РХ й2+(XI +XI,)

R1(1+ (аз +а4) ) = —;

2 ф, R) 1 а .аз W а W, ()2

С—

И1 а2 Wo а3 аз . W, В) 1 + (аз + а4}

50 „4 4 R)1+(,+щ)2

1 1 ш % Й R <2

KI = —;

Щ1 .

Х2 = (Хо2+ Хс2) R2 <, (10б) Х 2 + ХС2

I XL3 + Хс3

Х3 = (Xoo3+ Xcc3) 3 р (10в)

I

Х4 = (Хо4 + Xc4) R4 R (10I)., XI4+X., . Введя коэффициент KI = — и учитывая, NI

Щ1 что реактивные сопротивления соответст- 15 венно равны

XoI =04 1о, Хс = — —,XII= и L, mc

Х, =-Q„, 1

20 систему уравнений (10а) — (10д) можно переписать в виде:

I х

1 !

Из системы уравнений (11) вычисляют знаXI 1 Хс1

I чения (22 = Хя1 I23 =, сЦ =, и искоR R мые компоненты малосигнального импеданса ЛПД определяют из формул: 40

1 1

ЖГии1 R

Wo

Таким образом, применение предлагае- 55 мого способа обеспечивает повышение точности определения импеданса диода за счет применения расчетных формул на основе эквивалентной схемы измерительной камеры с диодом. В способе-прототипе при обработке результатов измерения входного сопротивления камеры используются геометрические построения на диаграмме полных сопротивлений, а также экспериментально полученная вольт-фарадная характеристика диода, что снижает точность определения импеданса диода.

Определение компонента малосигнального импеданса ЛПД (С, 1, R, Сд) на основе его эквивалентной схемы делает простым расчет импеданса диода на любой частоте.

Формула изобретения

Способ определения малосигнального импеданса лавинно-пролетного диода (ЛПД), основанный на измерении параметров измерительной камеры с короткоэамкнутой торцовой стенкой при расположении в ней ЛПД. отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве измеряемых параметров выбирают значения резонансной частоты и КСВН на резонансной частоте при четырех величинах расстояний от оси ЛПД до короткозакнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резонансных частот fI КСВН р и расстояний 1 вычисляют искомый малосигнальный импеданс ЛПД по формулам:

К1 а1+ аг — К1 Я1 "аз — й1 а4 = К1Х1

Кг <1+ <2 — К2 R2 С З вЂ” Вг а4 = К2Хг:

2 2 1

Кз а1+ а2 — Кз R31аз — рзЪ = Кзхз;

К4 G1+ Q2 К4 R4 ХЗ R4 Q4 = K4X4:

2 г о

Щ1 RI 1+(аз+а4)2

1741091

10 рМ

% 1+Фyf

4zrl j и = - - — Ь

2а

С, 5

k = —; и = 2РФ, а — размер широкой стенки волновода; а — вспомогательные вычисленные naP8M8Tj3bl, L, С, R, Сд — параметры ЛПД; jN0- волновое сопротивление волновода, Yj

1+р Yf

sing

1 — cosy

Составитель .Л,Владзиевский

Редактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректор T.Ëîícêàÿ

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101