CC BY
64
УДК 621.317.744
МЕТОД АДЕКВАТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ АКТИВНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ СВЧ И АНАЛИЗАТОР, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ
Сергей Викторович Савелькаев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры специальных устройств и технологий, тел. (383)361-07-31, e-mail: [email protected]
Светлана Владимировна Ромасько
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ассистент кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
В статье предложен принцип построения имитатора-анализатора, обеспечивающего имитационное моделирование усилителей и автогенераторов СВЧ в коаксиальном измерительном тракте в соответствии с техническим заданием с последующим измерением комплексных коэффициентов отражения нагрузок активного компонента этих устройств для их проектирования в микрополосковом исполнении. Выписана математическая модель имитатора-анализатора, а также математическая модель его калибровки. Кроме того, рассмотрен метод анализа устойчивости активного компонента в пространстве комплексных коэффициентов отражения его нагрузок, облегчающий выбор этих нагрузок и самого активного компонента при имитационном моделировании усилителей и автогенераторов. Дополнительно рассмотрена возможность использования имитатора-анализатора для измерения комплексных коэффициентов отражения на входе и выходе нагруженного активного компонента, а также измерения его комплексных коэффициентов передачи, которые совместно с измеренными комплексными коэффициентами отражения его нагрузок позволяют по предложенной методике определить ¿'-параметры этого компонента, которые он бы имел при включении в микрополосковую линию.
Ключевые слова: имитатор-анализатор, активные четырехполюсники СВЧ, математическая модель, калибровка, комплексные коэффициенты отражения и передачи, ¿-параметры, адекватное измерение ¿-параметров, усилители, автогенераторы.
Проблема адекватного измерения S-параметров активных четырехполюсников СВЧ
Эта проблема связанна с тем, что ¿-параметры активного четырехполюсника, например, транзистора, который является активным нелинейным прибором, зависят от режима его работы [1]. Режим работы транзистора определяется его эксплуатационными характеристиками, например, такими как напряжения его питания, частота усиления или генерации, входная мощность, комплексные коэффициенты отражения его нагрузок (ККО) (нагрузочные ККО), которые задают режим усиления или генерации транзистора в целом как усилительного или автогенераторного СВЧ-устройства. Множеству возможных значений эксплуатационных характеристик транзистора соответствует множество значений
его ^-параметров в режиме усиления или генерации. Это требует введения в рассмотрение понятия адекватного измерения ^-параметров активного четырехполюсника, которые должны быть измерены при его заданных эксплуатационных характеристиках. Эти характеристики должны быть выбраны так, чтобы технические характеристики этого активного четырехполюсника в целом как усилительного или автогенераторного СВЧ-устройства, например, такие как его выходная мощность, рабочая частота усиления или генерации, коэффициент усиления по мощности и шуму и др., удовлетворяли техническому заданию (ТЗ) этого устройства.
Хорошо известны односигнальные методы измерения ^-параметров активных четырехполюсников [2-4], предполагающие вариацию нагрузок этих четырехполюсников в процессе измерения их ^-параметров.
Недостаток этих методов заключается в том, что вариация нагрузок приводит к изменению режима работы активного четырехполюсника. В частности, режим усиления может смениться режимом генерации и наоборот. Все это приводит к неадекватному измерению ^-параметров. Кроме того, эти методы не подлежат автоматизации.
В альтернативу этим методам был предложен автоматизированный двух-сигнальный метод [5, 6] измерения ^-параметров активных четырехполюсников, основанный на одновременной подаче на вход и выход этих четырехполюсников зондирующих сигналов. При этом четырехполюсник включался в измерительный тракт, близкий к согласованному (нагруженному на согласованные нагрузки).
Недостаток этого метода заключается в том, что он не может обеспечить требуемый режим усиления или генерации при измерении ^-параметров, так как в нем не предусмотрен выбор нагрузочных ККО четырехполюсника. Кроме того, в режиме большого сигнала зондирующий сигнал на выходе четырехполюсника, который по амплитуде примерно равен входному зондирующему сигналу, может существенно изменять режим работы активного четырехполюсника, приводить к инверсии его переходов и тепловому пробою.
В статье предложен метод адекватного измерения ^-параметров активных четырехполюсников СВЧ в коаксиальном тракте в режиме усиления или генерации при их заданных эксплуатационных характеристиках, а также предложена конструкция анализатора, реализующего этот метод. Выписана математическая модель этого анализатора, а также рассмотрена методика переноса результатов калибровки анализатора коаксиальными мерами на измерение £-параметров активного четырехполюсника, предназначенного для включения в микрополосковую линию (МПЛ).
Структурная схема и конструкция анализатора
Упрощенная структурная схема анализатора показана на рис. 1 [1, 7].
Рис. 1. Упрощенная структурная схема анализатора
Его основным функциональным узлом является измерительный преобразователь (ИП). Он содержит коаксиальное контактное устройство (ККУ) [8] к каждому из двух (/ = 1, 2) коаксиальных переходов (КП) которого подключен 15-дБ направленный мост (НМ) второго типа, обеспечивающий физическое преобразование измеряемых ККО Г^ на входе и выходе активного четырехполюсника СВЧ, например, транзистора, его нагрузочных ККО Гну, а также его ККП Т^ в измеряемые мощности Р^. Каждый из НМ нагружен на
перестраиваемый согласующий трансформатор (ПСТ) с емкостным шлейфом, задающий нагрузочный ККО Гну транзистора на его фиксированной
рабочей частоте.
ИП выполнен в виде самостоятельного функционального узла, конструкция которого показана на рис 2, а. Он содержит основание 1, на каждом из двух подвижных столов 2 которого последовательно размещены: адаптер 3, подающий напряжения питания и) на активный четырехполюсник 4, ПСТ 5, НМ 6. К измерительным водам НМ 6 подключены КП 7 ККУ.
Рис. 2. Конструкция ИП:
1 - основание; 2 - подвижный стол; 3 - адаптер; 4 - активный четырехполюсник; 5 - ПСТ; 6 - НМ; 7 - КП; 8 - подпружиненная цанга; 9 и 10 - ленточный и микрополосковый вывод; 11 - пьедестал; 12 - коаксиальная мера; 13 - микрополосковые калибраторы; 14 - приводной механизм; 15 - фиксатор; 16 - коаксиальный тромбон; 17 - резьбовая втулка; 18 - согласованная резистивная нагрузка;
а) конструкция; б), в) подключение к КП 7 активного четырехполюсника 4 с ленточными 9 и микрополосковыми 10 выводами; г) подключение к КП 7 коаксиальной меры 12; д) согласованныймикрополосковый калибратор
КП 7, разрез одного из которых показан на рис. 3, б и в (см. с. 258), позволяют посредством подпружиненных цанг 8 подключить в плоскостях г - г их измерительных входов четырехполюсник 4 как с ленточными 9 (рис. 2, б) так и с микрополосковыми 10 (рис. 2, в) выводами, который размещен на пьедестале 11. Кроме того, КП 7 позволяют подключить в плоскостях г - г их измерительного
входа коаксиальные меры 12 (рис. 2, г) или микрополосковые калибраторы 13 (рис. 2, д) с ленточными выводами 9 при калибровке анализатора.
Перемещение подвижных столов (рис. 2, а) при подключении коаксиальных мер 12 (рис. 2, г) осуществляется с помощью приводного механизма 14 (рис. 2, а), а перемещение КП 7 при подключении активного четырехполюсника 4 с ленточными 9 (рис. 2, б) или микрополосковыми 10 (рис. 2, в) выводами, а также микрополосковых калибраторов 13 осуществляется с помощью фиксаторов 15. Возможность горизонтального перемещения каждого из КП 7 (рис. 2, б) обеспечивается посредством коаксиального тромбона 16.
При калибровке анализатора пьедестал 11 (рис. 2, а, б и в) удаляется и плоскости / - / измерительных входов КП 7 могут быть включены встык. При этом цанга 8 с большим усилием пружины утапливает цангу 8 другого КП 7 с меньшим усилием пружины аналогично рис. 2, г. При этом резьбовую втулку 17 одного из КП 7 (рис. 2, б и в) надвигают на другой КП 7, аналогично рис. 2, г.
Нагрузочные ККО Гну и напряжения питания и/ активного четырехполюсника, задающие его режим работы в целом как имитируемого усилительного или автогенераторного устройства, выбираются из условия удовлетворения ТЗ и контролируются контрольно-измерительными приборами (КИП), как показано на рис. 1.
Математическая модель анализатора
Система измерительных уравнений анализатора имеет вид [1, 7, 9]
Р/кд = 2 I Ь/кд Р = Е/д[1+ I Р/д Р +2 I Р/д I С^ф/р + ф/к)]; (1)
Р/кд = и% /2,
где Р^ - мощность, которая в случае квадратичного детектирования определена напряжением и^д, измеряемым на выходном плече ¿-го НМ; д = 1, 2, ..., N
и к = 1, 2, 3 - индексы состояний амплитуды | а0 | и фазы ф0к опорного сигнала
а.
¿кд
первый из которых определяет поддиапазон д измерения ККО Г/ и Гну, а второй - текущий к-й дискретный сдвиг [10-13]
к
фазы ф°к опорного сигнала а0 относительно фазы ф/ зондирующего сигнала а/; 0/к = ф/ _ ф°к - начальная фаза ф^ и фазовый сдвиг ф/2 /3, характеризующий к
= 2, 3 дискретное приращение фазы ф0^ опорного сигнала а0 относительно фазы фг зондирующего сигнала аг ; | р. | и ф,п - модуль и фаза эквивалентного
' I I СУ ^у)
ККО
1 + С 9Гн/
рщ = СцТГС^ГгЩ;г,] = 1,2;г * ] (3)
1 ^ ¡3 н
измеряемого ККО Г, и Гн-; Сц С,2 и С,3 - комплексные константы НМ; Хгд - относительная амплитуда
Хд =| а / а0 |= А •10а*/20 (4)
зондирующего а■ и опорного а0 сигналов на q-м поддиапазоне измерения ККО
г 1
т- I / 0 I
Г; | аг / а ■ | - неизвестное начальное отношение амплитуд зондирующего а ■ и
I [■
опорного а0 сигналов, подлежащее исключению при калибровке анализатора; ага =-20^| а0а / а0 | - ослабление амплитуды | а0а | опорного сигнала а0 на
± 1С* I I с/ 1
а-м поддиапазоне измерения; Е^ - амплитудный коэффициент, зависящий от
мощности рР =| а0а |2 /2 опорного сигнала а0 на а-м поддиапазоне измерения.
/ 6/ / 6/ I
По эквивалентному ККО р^ (3) значения измеренных ККО Гг- и Гн- можно определить из формулы
Г., Гн7 = ачХ'а - 9а , (5)
б/зР/'а - 2Хга
где Хга = рга / Рг1 и р^ - нормированный эквивалентный ККО эквивалентного
ККО рга измеряемого ККО Гг- , Г^- и нормирующий эквивалентный ККО, измеренный при калибровке анализатора короткозамкнутой подвижной коаксиальной мерой с ККО г, = W4 = -1 на а = 1 поддиапазоне измерения; х^ - нормированная относительная амплитуда [14, 15]
= щ / х/1 = 10(ага -а1)/20; (6)
где Хц и аг1 - относительная амплитуда (4) и начальное ослабление амплитуды
I 0, 0 л
| а/ | опорного сигнала а/ на ц = 1 поддиапазоне измерения; в1 = [(1 - с1) / (1 - С2)] в2 = С2 [(1 - С3) / (1 - С2)] и в3 = С3 - нормированные комплексные константы НМ, подлежащие определению при калибровке анализатора короткозамкнутой подвижной коаксиальной мерой [1, 7, 9].
Измеренный эквивалентного ККО ргц и нормирующий эквивалентный
ККО рг1 определяются посредством решения системы измерительных уравнений (1) для трех к = 1, 2, 3 значений регистрируемых мощностей Рщ.
Для выяснения физической сущности измерения ККП Т/у активного четырехполюсника представим его сигнальным графом в виде нагруженного четырехполюсника, как показано на рис. 3, а, где нагрузочные ККО Г^у отнесены к
плоскостям / -/ его входа (/,у = 1) и выхода (/, у = 2).
Рис. 3. Сигнальный граф:
а) сигнальный граф нагруженного активного четырехполюсника; б) сигнальный граф КП при непосредственном соединении плоскостей / -/ (/ = 1, 2) их измерительных входов встык
Измерение ККП Ту осуществляется в следующем порядке. Первоначально измеряется отношение прошедшей через активный четырехполюсник волны Ь/ к плоскости / -/ его входа (/ = 1) или выхода (/ = 2), которая показана на рис. 3, а, к 1-му опорному сигналу а^ [16]
Ь
-т=Р/о1 а = 0 а° * 0 ау *0; и У =12;/ * У, (7)
а-
где р/ц - некоторый измеряемый эквивалентный ККО, который может быть оп-
ределен посредством решения системы измерительных уравнений (1) для трех к = 1, 2, 3 значений регистрируемых мощностей Р^.
Далее измеряется отношение прошедшей волны Ь\ к плоскостям г - г (г = 1, 2), соединенным встык, как показано на рис. 3, б, к г-му опорному сигна-
лу а0
га
Ь'
0 - р'га | а =0, а0 * 0, а- * 0; г, - = 1, 2; г * -, (8)
а
га
где р^а - некоторый измеряемый эквивалентный ККО, который также может
быть определен из системы измерительных уравнений (1).
Из сигнального графа, показанного на рис. 5, б, волну Ь\ можно определить как
ь; = ., - а Г ; г, - = 1,2; г * - . (9)
1 Г н1Г н2
Подставив (9) в (8), а затем, разделив (7) на полученное, найдем измеренный ККП
Ч] а- ра(1 - Гн! Гн 2):
Ти = — =, „ а „ ,; г, - = 1, 2; г * - . (10)
В таблице приведен тест зондирующих и а^ опорных а0 сигналов при измерении ККО Гг- и ККП Т- активного четырехполюсника в его режиме усиления и генерации [17-21].
Режим усиления активного четырехполюсника задается входным непрерывным зондирующим сигналом а1. При этом измерение ККО Г2 и ККП Т12 четырехполюсника осуществляется методом выделения амплитудно-
0 0 г-
модулированных зондирующих и опорных сигналов а2, а2 и а2, а1 , что обеспечивает их селекцию от его входного непрерывного зондирующего сигналов а1. В режиме генерации измерение всех ККО Г ^ и ККП Т- осуществляется
методом выделения амплитудно-модулированных зондирующих и опорных сигналов а и а0, что обеспечивает их селекцию от его собственного выходного сигнала Ь2. Амплитуда | а21 зондирующего сигнала а2 в режиме усиления и амплитуды |а1 | и |а2 | зондирующих сигналов а1 и а2 в режиме генерации выбираются из условия их минимального влияния на эти режимы.
Сигнал Режим усиления
Г1 Г2 Т12 Т21
Непрерывный Модулированный аа0 а х а 2, а2 а х а 2, а0 а1, а 2
Режим генерации
Г1 Г2 Т12 Т21
Модулированный а1, а0 а 2, а2 а 2, ах а 1, а 2
Определение 8-парамешров
Установим взаимосвязь измеренных ККО Гг- и ККП Т^ с ^-параметрами активного четырехполюсника [22].
Волны возбуждений а\ и Ц' (рис. 3, а) плоскостей ; - ; входа (¡,у = 1) и выхода (¡, у = 2) АК связаны между собой через его £ -параметры выражениями:
Ц = £иа\ + Уу; к у =1,2* ф у,
(11)
откуда ККО Г; на его входе (I = 1) и выходе (I = 2) можно определить из выражения
а
Гг- = 8п + БуО-I а1 ф 0, а у = 0; I, у = 1, 2; I ф у .
а
(12)
Волну возбуждения а'у (11) плоскости у - у входа (у = 2) четырехполюсника определим из сигнального графа, показанного на рис. 3, б (см. с. 258), в виде
а у = а*
' Гну
1 Гну
а* ф 0, ау = 0; у = 1, 2; i ф у,
откуда
а
^ Г
3* ну
а 1 £ уу Гн/'
а* ф 0, ау = 0; у = 1, 2; i ф у
Подстановка (13) в (12) дает
у,Гн
Г = +1 - / Гну I а ф 0, ау = 0; I, у =1,2; Iф у.
1 ^уу ну
(13)
Применяя к сигнальному графу, показанному на рис. 3, а (см. с. 258) пра-некасаю
люсника [23]
вило некасающихся контуров, определим ККП Т- нагруженного четырехпо-
ь А
Т- = --; г, - = 1, 2; г * -, (15)
где А - определитель
А = (1 - 5пГн1)(1 - ^2) - ¿12^21^1^2 . (16)
Вынося поочередно первые два члена (1 - ¿цГн1) и (1 - ¿22Гн2) определителя А (16), получим другой его вид
А = (1 - 5пГн1)(1 - Г2Гн2) = (1 - ^2)(1 - Г1Гн1) . (17)
Из равенства последних двух членов определителя А найдем
^ 22 = ¿11с1 + с2, (18)
где с1 и с2 - коэффициенты:
с = Гн1(1 - Г2Гн2) . с = Г2Гн2 - Г1Гн1 (19)
I Гн2(1 - ГГнО' 2 Гн2(1 - г^)' ^ ; Подстановка в (14) при г, - = 1, 2; г * - с исключением произведения ¿12 ¿21
дает
5 = Гн2 (Г2 - с2) - Гн1Г1(1 + с2Гн2) (20)
II Гн2(С1 + Гн1(Г2 + С2)) - Гн1(1 + Гн2№ + С2)) ' ^ '
Из выражения (15) при г, - = 1, 2; г * - имеем:
Би = ТпА;Б21 = Т^А . (21)
Таким образом, выражения (20), (18) и (21) устанавливают связь измеренных ККО Гь , Гн- и ККП Т- с ¿-параметрами нагруженного активного четырехполюсника, в коаксиальном тракте.
Для обеспечения переноса результатов калибровки анализатора коаксиальными мерами на измерение ¿-параметров четырехполюсников, предназначенных для включения в МПЛ, необходима калибровка КП расчетным микро-полосковым калибратором 13 (см. рис. 2, д) [8]. Он содержит отрезки мик-рополосковых линий (МПЛ) 10, которые с одной стороны нагружены на
согласованную резистивную нагрузку 18, а с другой - снабжены ленточным выводом 9. Подключение такого калибратора к КП показано на рис. 4, где Zo -волновое сопротивление отрезка МПЛ, который нагружен на согласованную нагрузку с сопротивлением Zн = Zo.
Рис. 4. Эквивалентная схема замещения КП при подключении к нему согласованного микрополоскового калибратора
При калибровке КП измеряют ККО Г° этого калибратора в плоскостях / - /
его подключения к КП. По измеренным ККО Г0 определяют Я.-параметры рассеяния:
Я11/ = Г°;
Я12/ = Я21/ = (1 + Я11/ ; *221 = (1 + ЯП1)^ / Zo -1; / = 1, 2,
(22)
где Zj - волновое сопротивление КП, равное волновому сопротивлению коаксиальных мер, используемых при калибровке анализатора.
Я/ -параметры (14) являются параметрами рассеяния неоднородностей в
плоскостях / - / подключения МПЛ к КП. Сами неоднородности обусловлены конструктивным различием МПЛ и КП. Нормировка Zl /Z0 Я. -параметров
может быть осуществлена относительно произвольного волнового сопротивления Zo согласованного полоскового калибратора, выбранного для калибровки КП [24].
С учетом Я. -параметров (14) ^-параметры (20), (18) и (21) четырехполюсника в коаксиальном тракте можно представить в виде каскадного соединения
Б = X Яу, Б', Я2). Тогда ^' -параметры четырехполюсника в микрополосковом тракте можно определить из выражений [8]:
¿11 = [Я112(Я111Б22 -АБ) + (Б11 - Я111)АЯ2]/ А;
¿12 = -Я211Я212¿12 / А; , = ; (23)
¿21 = -Я121Я122¿21 / А;
¿22 = [Я221( Я222¿11 ) + (¿22 - Я222)АЯ1] / А,
где
А¿ = ¿11¿22 - ¿12¿21;
А Я1 = Я111Я221 - Я121Я211;
АЯ 2 = Я112 Я222 - Я122Я212;
А = Я112( ¿22 АЯ1 -Я221А¿ ) + (Я221 ¿11 -АЯ1) АЯ 2.
Таким образом, выражения (22) обеспечивают перенос результатов калибровки анализатора коаксиальными мерами на измерение ¿-параметров четырехполюсников, предназначенных для включения в МПЛ. Для ¿-параметров коаксиальных узлов ¿ ' = ¿ [24].
Заключение
Предложенный метод адекватного измерения ¿-параметров активных четырехполюсников обеспечивает повышение экономической эффективности систем автоматизированного проектирования усилителей и автогенераторов СВЧ, поскольку позволяет сократить цикл опытно-конструкторских работ в 2-3 раза. Экономический эффект достигается за счет исключения необходимости многократной технологической коррекции опытного образца этих устройств, вызванной неадекватным измерением ¿-параметров их транзисторов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Метод анализа устойчивости активных СВЧ цепей [Текст] / С. В. Савелькаев, В. А. Литовченко, С. В. Ромасько, Н. В. Заржецкая // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2016» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 1. - С. 224-228.
2. Савелькаев С. В. Методы анализа устойчивости активных СВЧ-цепей и измерения их Б-параметров // Метрология. - 2005. - № 4. - С. 19-28.
3. Савелькаев С. В. Двухсигнальный метод измерения Б-параметров активных СВЧ-цепей в режиме большого сигнала // Электрон. техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. -Вып. 5 (439). - С. 30-32.
4. Савелькаев С. В., Айрапетян В. С., Литовченко В. А. Трехсекционная дейфово-диффузионная математическая модель полевого транзистора с барьером Шоттки // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Физика. - 2015. - Т. 10, Вып. 1. - С. 57-62.
5. Полупроводниковые входные устройства СВЧ / Под редакцией В. С. Эткина. - М. : Сов. радио. - 1975, Т. 1. - 344 с.
6. Савелькаев С. В., Айрапетян В. С., Литовченко В. А. Методика расчета автогенератора СВЧ в пространстве ^-параметров // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2014» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 2. - С. 164-171.
7. Каганов В. И. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики. - М. : Радио и связь, 1985. - 192 с.
8. Савелькаев С. В . Коаксиальное контактное устройство // Измерительная техника. -2005. - № 5. - С. 65-68.
9. Савелькаев С. В. Теоретические основы построения двухсигнальных анализаторов СВЧ-цепей // Измерительная техника. - 2005. - № 3. - С. 41-46.
10. Савелькаев С. В. Вариационная методика оценки суммарной погрешности измерения анализаторов СВЧ-цепей // Измерительная техника. - 2008. - № 12. - С. 43-46.
11. Владимирова С. В., Пальчун Ю. А. Анализ высокоточных методов измерения параметров отражения в коаксиальных трактах // Вестник ТГТУ. - 2012. - Том 18, № 4. -С. 856-862.
12. Савелькаев С. В. Двухсигнальный метод измерения £-параметров активных СВЧ-цепей в режиме большого сигнала // Электрон. техника. Сер. Электроника СВЧ. -1991. - Вып. 5. - С. 30-32.
13. Литовченко В. А. Методы анализа устойчивости активных СВЧ-цепей и измерения их Б-параметров // Вестник СГУГиТ. - 2015. -Вып. 1 (29). - С. 90-98.
14. Петров В. П., Савелькаев С. В. Двухсигнальный метод измерения Б-параметров транзисторов в режиме большого сигнала // Тр. первой ГЕЕЕ-Российской конференции «Микроволновая электроника больших мощностей: измерения, идентификация, применение», сент., Новосибирск, НГТУ, 1997. - Новосибирск : НГТУ, 1997. - С. 60-62.
15. А.с. 1758595 СССР, О 01 Я 27/28. Способ анализа устойчивости активного СВЧ -четырехполюсника / В. П. Петров, С. В. Савелькаев. - Опубл. Бюл. № 32 // Открытия. Изобретения. - 1992. - № 32. - С. 32-36.
16. Шауэрман А. А, Жариков М. С, Борисов А. В. Автоматизированный измеритель комплексного коэффициента отражения на основе логарифмического усилителя // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Ре-шетнёва. - Вып. 5 (31) - Красноярск, 2010.
17. Савелькаев С. В., Устюгов М. Б. К вопросу повышения эффективности систем автоматизированного проектирования усилительных и автогенераторных СВЧ-устройств // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 128-130.
18. Савелькаев С. В., Устюгов М. Б., Плавский Л. Г. Коаксиальное контактное устройство // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 131-139.
19. Савелькаев С. В., Заржецкая Н. В. Расчет и проектирование автогенераторов СВЧ в пространстве ^-параметров // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2016. - Вып. 1 - С. 41-53.
20. Владимирова С. В., Пальчун Ю. А., Колпаков А. В. Использование интерполирующих и экстраполирующих функций для определения межповерочного интервала коаксиальных мер // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 5, ч. 2. - С. 127-129.
21. Владимирова С. В., Пальчун Ю. А. Алгоритмические методы определения функции поправки по модулю при измерении параметров отражения // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск : СГГА, 2011. Т. 5, ч. 2. - С. 261-263.
22. Ромасько С. В. Определение коэффициентов СВЧ мер ослабления по фазе коэффициента отражения // Сибресурс-2014. XV Междунар. практич. конф.: Междунар. науч. конф. «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 6-7 ноября 2014 г.). - Кемерово : КузГТУ, 2014.
23. Ромасько С. В. Методика определения коэффициентов интерполяции и экстраполяции СВЧ мер ослабления по модулю коэффициента отражения // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-
2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2015» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 3. - С. 50-52.
24. Теоретические основы построения имитаторов-анализаторов активных СВЧ цепей / С. В. Савелькаев, В. А. Литовченко, С. В. Ромасько, Н. В. Заржецкая // Вестник СГУГиТ. -
2016. - Вып. 1 (33). - С. 175-178.
Получено 10.11.2016
© С. В. Савелькаев, С. В. Ромасько, 2017
METHOD ADEQUATE MEASUREMENT OF S-PARAMETERS OF ACTIVE MICROWAVE QUADRUPOLE ANALYZER IMPLEMENTS IT
Sergei V. Savelkaev
Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, D. Sc., associate Professor of special devices and technology, tel. (383)361-07-31, e-mail: [email protected]
Svetlana V. Romas'ko
Siberian State University of Geosy stems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., assistant of the Department of metrology and optical engineering technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
In the article the principle of the simulator-analyzer, which provides simulation of microwave amplifiers and oscillators in a coaxial of meter tract in accordance with their terms of reference and then measuring the com-plex loads reflection coefficient of the active ingredient of these devices for the subsequent design in microstrip design. The patient was discharged mathematical model simulator analyzer, as well as its mathematical model calibration. In addition, we consider a method of analysis of the active ingredient stability in the space of his loads complex reflection coefficient, which facilitates the selection of these loads and the most active component in simulations of amplifiers and oscillators. In addition, the possibility of using the simulator analyzer for the measurement of the complex reflection coefficient at the input and output of the loaded active ingredient, as well as measuring its complex transmission coefficients, which together with the measured complex coefficients it loads reflection enable the proposed method to determine the S-parameters of the component, which he I would have when incorporated in a microstrip line.
Key words: Simulator Analyzer, active four-poles microwave, mathematical model, calibration, complex reflection coefficients and transmission, S-parameters, an adequate measurement of S-parameters, amplifiers, oscillators.
REFERENCES
1. Savel'kaev, S. V., Litovchenko, V. A., Romas'ko, S. V., & Zarzhetskaya, N. V. (2016). The method of analysis stability of active microwave circuits. In Sbornik materialov Interekspo GEO-Sibir'-2016: Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii: T. 1 [Proceedings of Interexpo GEO-Siberia-2016: International Scientific Conference: Vol. 1] (pp. 224-228). Novosibirsk: SSUGT [in Russian].
2. Savel'kaev, S. V. (2005). Methods of analysis stability of active microwave circuits and their measurement of S-parameters. Metrologiya [Metrology], 4, 19-28 [in Russian].
3. Savel'kaev, S. V. (1991). Two-signal method of measuring S-parameters of active microwave circuits in large signal mode. Elektronay tekhnika. Seria Elektronika SVCh [Electronic Engineering. Series Microwave Engineering], 5(439), 30-32 [in Russian].
4. Savel'kaev, S. V., Ayrapetyan, V. S., & Litovchenko, V. A. (2015). Trisected deyfovo-diffusion mathematical model of FET with a Schottky barrier. Vestnik NGU [Vestnik NSU], 10(1), 57-62 [in Russian].
5. Poluprovodnikovye vkhodnye ustroystva SVCh [The semiconductor device of the microwave input]. (1975). V. S. Etkina (Ed.). Moscow: Sov. Radio [in Russian].
6. Savel'kaev, S. V., Ayrapetyan, V. S., & Litovchenko, V. A. (2014). Methods of calculating the microwave oscillator in the space of S-parameter. In Sbornik materialov Interekspo GEO-Sibir'-2014: Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii: T. 5 [Proceedings of Interexpo GEO-Siberia-2014: International Scientific Conference: Vol. 5] (pp. 164-171). Novosibirsk: SSUGT [in Russian].
7. Kaganov, V. I. (1985). SVCh poluprovodnikovye radioperedatchiki [Semiconductor microwave transmitters]. Moscow: Radio and Communications [in Russian].
8. Savel'kaev, S. V. (2005). Coaxial contact device. Izmeritel'naya tekhnika [Measuring Equipment], 5(1), 65-68 [in Russian].
9. Savel'kaev, S. V. (2005). Theoretical bases of construction of two signal analyzers microwave circuits. Izmeritel'naya tekhnika [MeasuringEquipment], 3(1), 41-46 [in Russian].
10. Savel'kaev, S. V. (2008). Variational method of estimating the total error of measurement, analyzers microwave circuit. Izmeritel'naya tekhnika [Measuring Equipment], 12(1), 43-46 [in Russian].
11. Vladimirova, S. V., & Pal'chun, Yu. A. (2012). Analysis of high-precision measurement methods pas parameters reflections in coaxial paths. Vestnik TGTU[Vestnik TSTU], 18(4), 856-862 [in Russian].
12. Savel'kaev, S. V. (1991). Two signal method of measuring S-parameters of active microwave circuits in large signal mode. Elektronay tekhnika. Seria Elektronika SVCh [Electronic Engineering. Series Microwave Engineering], 5, 30-32 [in Russian].
13. Litovchenko, V. A. (2015). Methods of analysis stability of active microwave circuits and their measurement of S-parameters Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(29), 90-98 [in Russian].
14. Petrov, V. P., & Savel'kaev, S. V. (1997) Two-signal method of measuring S-parameters of transistors in large-signal. In Sbornik materialov IEEE-Rossiyskoy konferentsii: Mikrovolnovaya elektronika bol'shikh moshchnostey: izmereniya, identifikatsiya, primenenie [Proceedings of IEEE-Russia Conference: High-Power Microwave Electronics: Measuring, Identifying, Applying] (pp. 60-62). Novosibirsk: NSTU [in Russian].
15. Savel'kaev, S. V., & Petrov, V. P. (1992). Patent A. s. 1758595 USSR, G 01 R 27/28. Novosibirsk: IP Russian Federation [in Russian].
16. Shauerman, A. A, Zharikov, M. S, & Borisov, A. V. (2010). Automated meter complex reflection coefficient based on the logarithmic amplifier. VestnikSibGAU[VestnikSibGAU], 5(31), 276 p. [in Russian].
17. Savel'kaev, S. V., & Ustyugov, M. B. (2004). K improving the efficiency of systems for auto-disaggregated as designing and amplifying Autogenerating microwave devices. Vestnik SGGA [VestnikSSGA], 9, [in Russian].
18. Savel'kaev, S. V., Ustyugov, M. B., & Plavskiy, L. G. (2004). Coaxial contact device. VestnikSGGA[VestnikSSGA], 9 [in Russian].
19. Savel'kaev, S. V., & Zarzhetskaya, N. V. (2016). Calculation and design of microwave oscillators in the space of S - parameters. Izvestiya vysshikh zavedeniy Rossii. Radio-elektronika [Proceedings of the Russian Universities: Radioelectronics], 1, 41-53 [in Russian].
20. Vladimirova, S. V., Pal'chun, Yu. A., & Kolpakov, A. V. (2010). The use of interpolating and extrapolating functions to determine the Calibration interval of coaxial measures. In Sbornik materialov GEO-Sibir'-2010: Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii: T. 5 [Proceedings of GEO-Siberia-2010: International Scientific Conference: Vol. 4] (pp. 127-129). Novosibirsk: SSGA [in Russian].
21. Vladimirova, S. V., & Pal'chun, Yu. A. (2011). Algorithmic methods for determining the function of the amendments in modulus when measured reflection parameters. In Sbornik materialov GE0-Sibir'-2011: Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii: T. 5 [Proceedings of GEO-Siberia-2011: International Scientific Conference: Vol. 4] (pp. 261-263). Novosibirsk: SSGA [in Russian].
22. Romas'ko, S. V. (2014). Determination coefficient measures the attenuation of microwave phase-patient coefficients of reflection. In Materialy XV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii: Prirodnye i intellektual'nye resursy Sibiri [Proceedings of 15nd International Scientific and Practical Conference: Natural and Intellectual Resources of Siberia]. Kemerovo: Kuzstu. Retrieved from at http://science.kuzstu.ru/wpcontent/Events/Conference/ Sibresource/2014/materials/pages/Articles/sovremennye_puti_razvitiya_informacionnyh_tehnologi y,_mashinostroeniya_i_avtotransporta/romasjko.pdf [in Russian].
23. Romas'ko, S. V. (2015). Methods of determining the interpolation coefficients and extrapolation of microwave attenuation measures in absolute reflectance. In Sbornik materialov Interekspo GE0-Sibir'-2015: Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii: T. 5 [Proceedings of Interexpo GE0-Siberia-2015: International Scientific Conference: Vol. 5] (pp. 127-129). Novosibirsk: SGUGIT [in Russian].
24. Savel'kaev, S. V., Litovchenko, V. A., Romas'ko, S. V., & Zarzhetskaya, N. V. (2016). Theoretical bases of construction of simulators, analyzers active microwave circuit. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(33), 175-178 [in Russian].
Received 10.11.2016
© S. V. Savelkaev, S. V. Romas'ko, 2017
