Способ измерения s-параметров четырехполюсников свч, предназначенных для включения в микрополосковую линию
Владельцы патента RU 2653569:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (RU)
Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано измерения S-параметров четырехполюсников. Способ измерения S-параметров четырехполюсников СВЧ, предназначенных для включения в микрополосковую линию, заключается в том, что четырехполюсник включают в анализатор, далее измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе при двух различных относительных сдвигах входного и выходного зондирующих сигналов. Также измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения при непосредственном соединении входов входного и выходного измерительных каналов анализатора встык с последующим определением S-параметров четырехполюсника. Для достижения технического результата дополнительно измеряют односигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе четырехполюсника при поочередной подаче на них соответственно входного и выходного зондирующих сигналов, а также односигнальные комплексные коэффициенты отражения входного и выходного измерительных каналов анализатора при непосредственном соединении их измерительных входов встык при поочередной подаче на них соответственно выходного и входного зондирующих сигналов. При этом к анализатору подключают сдвоенный согласованный микрополосковый калибратор и дополнительно измеряют его комплексные коэффициенты отражения при поочередной подаче на него входного и выходного зондирующих сигналов, с последующей нормировкой S-параметров четырехполюсника, измеренных в коаксиальных измерительных каналах анализатора относительно волнового сопротивления этого калибратора. Технический результат: повышение точности измерения S-параметров четырехполюсников в рассогласованных измерительных каналах анализатора, а также сокращение трудозатрат при многократной технологической коррекции опытного образца этих устройств. 2 ил.
Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано для измерения S-параметров четырехполюсников, предназначенных для включения в микрополосковую линию (МПЛ).
Известен двухсигнальный способ измерения S-параметров транзисторов (см. статью Mazumder S.R. Two-signal method of measuring the large-signal S-parameters of transistors / IEEE Trans. – 1978. – Vol. MTT-26, No 6. – P. 417–420), выбранный за аналог, который основан на одновременной подаче на вход и выход транзистора зондирующих сигналов
на входе
Способ может быть реализован двумя двенадцатиполюсными рефлектометрами, подключенными к общему синтезатору зондирующих сигналов
Недостатком известного способа является то, что он предполагает, что измерительные каналы анализатора, измеряющего S-параметры, согласованы, то есть нагрузочные ККО
Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности сходных признаков является двухсигнальный способ измерения S-параметров транзисторов (см. статью Li S.H., Bosisio R.G. Automatic analysis of two-port active microwave network / Electronics Letters. – 1982. – Vol. 18, No 24. – P. 1033–1034) транзисторов, выбранный за прототип. Он основан на одновременной подаче на вход и выход транзистора зондирующих сигналов
Решение системы уравнений (1) позволяет определить измеренные S-параметры транзистора в виде:
Способ может быть реализован анализатором.
Недостатком известного способа является то, что он предполагает, что измерительные каналы анализатора, измеряющего S-параметры, согласованы, то есть комплексные коэффициенты отражения
Задачей заявляемого способа является повышение точности измерения S-параметров четырехполюсников в рассогласованных измерительных каналах анализатора.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе измерения S-параметров четырехполюсников СВЧ, предназначенных для включения в микрополосковую линию, заключающемся в том, что четырехполюсник включают в анализатор, далее измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе при двух различных относительных сдвигах входного и выходного зондирующих сигналов, а также измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения при непосредственном соединении входов входного и выходного измерительных каналов анализатора встык с последующим определением S-параметров четырехполюсника, согласно изобретению дополнительно измеряют односигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе четырехполюсника при поочередной подаче на них соответственно входного и выходного зондирующих сигналов, а также односигнальные комплексные коэффициенты отражения входного и выходного измерительных каналов анализатора при непосредственном соединении их измерительных входов встык при поочередной подаче на них соответственно выходного и входного зондирующих сигналов, кроме того, к анализатору подключают сдвоенный согласованный микрополосковый калибратор и дополнительно измеряют его комплексные коэффициенты отражения при поочередной подаче на него входного и выходного зондирующих сигналов, с последующей нормировкой S-параметров четырехполюсника, измеренных в коаксиальных измерительных каналах анализатора, относительно волнового сопротивления этого калибратора.
Введение новых отличительных признаков в известный способ в сочетании с известными признаками обеспечивает достижение поставленной задачи - повышение точности измерения S-параметров четырехполюсников, предназначенных для включения в микрополосковую линию, и положительного технического результата - повышение экономической эффективности систем автоматизированного проектирования усилителей и автогенераторов СВЧ. Исключение какого-либо из новых введенных отличительных признаков нарушает целостность предлагаемого способа и приводит к невозможности достижения поставленной цели и положительного технического результата.
Предлагаемый способ поясняется 2 чертежами.
На фиг.1 показано: а - сигнальный граф нагруженного четырехполюсника;
б - сигнальный граф непосредственного соединения плоскостей i-i (i=1,2) измерительных входов анализатора встык.
На фиг.2 показана эквивалентная схема замещения КП при подключении к нему согласованного микрополоскового калибратора.
Математическое описание способа. Для определения двухсигнальных ККО
Используя правило не касающихся контуров, определим сигналы возбуждения
где
Взяв отношение
Для определения относительных возбуждений
В этом случае сигналы возбуждения
Взяв отношение
откуда
где
Кроме того, определим односигнальные ККО
Применяя к сигнальному графу, показанному на фиг.1а, правило не касающихся контуров, определим комплексные коэффициенты прямой и обратной передачи
где
Вынося поочередно первые два члена
Определитель
Из равенства последних двух членов определителя
где
Подстановка (11) в (7) при
Решение двух уравнений (4) при
Таким образом, выражения (11), (13) и (14) устанавливают связь измеренных ККО
Для нормировки S-параметров (11), (13) и (14) четырехполюсника, измеренных в коаксиальных измерительных каналах анализатора к волновому сопротивлению МПЛ, в которую будет включен этот четырехполюсник при его эксплуатации, необходима дополнительная калибровка анализатора расчетным микрополосковым согласованным калибратором или же двумя отрезками МПЛ (см. статью Савелькаев С.В. Коаксиальное контактное устройство / Измерительная техника. – 2005. – № 5. – С. 65–68), волновое сопротивление которых должно соответствовать волновому сопротивлению МПЛ в которую будет включен четырехполюсник. Так, например, согласованный калибратор содержит МПЛ, которая, с одной стороны, нагружена на согласованную резистивную нагрузку, а с другой, снабжена ленточным выводом. Подключение такого калибратора в плоскости i – i входа коаксиального контактного устройства (ККУ) (см. статью Савелькаев С.В. Коаксиальное контактное устройство / Измерительная техника. – 2005. – № 5. – С. 65–68) показано на фиг. 2, где
В процессе дополнительной калибровки анализатора измеряют ККО
По измеренным ККО
где
Нормировка
С учетом
где
Для S-параметров коаксиальных узлов
Реализация предлагаемого способа. Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Исследуемый четырехполюсник включают в анализатор и измеряют двухсигнальные ККО
Технический результат: точное измерение S-параметров устройств СВЧ обеспечивает повышение экономической эффективности проектирования этих устройств за счет сокращения цикла опытно-конструкторских работ в 1,5-2 раза, что достигается за счет необходимости многократной технологической коррекции опытного образца этих устройств.
Способ измерения S-параметров четырехполюсников СВЧ, предназначенных для включения в микрополосковую линию, заключающийся в том, что четырехполюсник включают в анализатор, далее измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе при двух различных относительных сдвигах входного и выходного зондирующих сигналов, а также измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения при непосредственном соединении входов входного и выходного измерительных каналов анализатора встык с последующим определением S-параметров четырехполюсника, отличающийся тем, что дополнительно измеряют односигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе четырехполюсника при поочередной подаче на них соответственно входного и выходного зондирующих сигналов, а также односигнальные комплексные коэффициенты отражения входного и выходного измерительных каналов анализатора при непосредственном соединении их измерительных входов встык при поочередной подаче на них соответственно выходного и входного зондирующих сигналов, кроме того, к анализатору подключают сдвоенный согласованный микрополосковый калибратор и дополнительно измеряют его комплексные коэффициенты отражения при поочередной подаче на него входного и выходного зондирующих сигналов с последующей нормировкой S-параметров четырехполюсника, измеренных в коаксиальных измерительных каналах анализатора, относительно волнового сопротивления этого калибратора.