CC BY
58
УДК 006: 621.317. 744
С.В. Савелькаев, М.Б. Устюгов, А.П. Тапсиев СГГА, Новосибирск
МЕТОДЫ АНАЛИЗА УСТОЙЧИВОСТИ АКТИВНЫХ СВЧ-ЦЕПЕЙ И ИЗМЕРЕНИЯ ИХ S-ПАРАМЕТРОВ
S.V. Savelkaev, M.B. Ustugov, A.P. Tapsiev Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UI., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
METHODS OF THE ANALYSIS OF STABILITY OF ACTIVE MICROWAVES CIRCUITS AND MEASUREMENTS OF THEIR S-PARAMETERS
Methods of the analysis of stability of active microwaves circuits and measurements of their S-parameters are offered at the set operational characteristics of these circuits that provides adequate measurement of their S-parameters.
Key words: stability of active microwaves circuits, measurement of their S-parameters
Экономическая эффективность современных систем
автоматизированного проектирования (САПР) и, следовательно, производства усилительных и автогенераторных СВЧ-устройств, которые повсеместно применяются в телекоммуникационных системах связи, определяется точностью и адекватностью измерения исходных для проектирования S-параметров активных компонентов этих устройств.
Решению проблемы точного измерения S-параметров активных компонентов посвящены работы [1 - 4]. В этих работах предложен принцип построения двухсигнального анализатора СВЧ-цепей (АЦ) [1] и способ его калибровки [2], обеспечивающий высокую точность измерения S-параметров активных компонентов в широком динамическом и частотном диапазонах. Кроме того, в этих работах предложена конструкция коаксиального контактного устройства (ККУ) [3] и способ его калибровки [4], обеспечивающий перенос результатов калибровки АЦ коаксиальными мерами на измерение ^-параметров полосковых компонентов. Точность измерения ^-параметров активных компонентов составила |A*S”|<0,1 |*S”| по модулю и A(ps <10° по фазе.
Проблема адекватного измерения S-параметров активных компонентов вызвана тем, что S = S(Q) - параметры этих компонентов зависят от их режима работы, который определяется их Q - эксплуатационными характеристиками
(d.,d . (d.,d .
Q={uni’f 1 J ’Р\ 1 J = j}, (1)
такими как напряжение питания U ., частота усиления или генерации
(di,d j (di>d j
f J , входная мощность p J и ^-параметры, имеющие физический
смысл ККО й у нагрузок этих компонентов (нагрузочных ККО), задающих их
режим усиления или генерации как усилительного или автогенераторного СВЧ-устройства в целом.
Множеству возможных значений ^-эксплуатационных характеристик (1) активного компонента соответствует множество значений его ^-параметров в режиме усиления или генерации. Это требует введения в рассмотрение понятия адекватного измерения ^-параметров активного компонента как измерения ^-параметров этого компонента при его заданных Q-эксплуатационных характеристиках (1), выбранных из условия удовлетворения Q^4-технических характеристик имитируемого АЦ усилительного или автогенераторного СВЧ-устройства формату QyAТз его технического задания (ТЗ).
Для решения проблемы адекватного измерения ^-параметров активных компонентов в статье предложен метод анализа устойчивости [5] этих компонентов, определяющий границы О у областей устойчивых и
неустойчивых нагрузочных ККО й у на их комплексной плоскости, что
существенно облегчает выбор этих компонентов для усилительных и автогенераторных СВЧ-устройств, а также метод измерения ^-параметров этих компонентов [6, 7] при их заданных Q-эксплуатационных
характеристиках (1). Кроме того, предложен принцип построения имитатора-анализатора усилительных и автогенераторных СВЧ-устройств (имитационного АЦ (ИАЦ)) [6, 7], реализующего эти методы в составе САПР.
Предварительным этапом измерения ^-параметров
активного компонента является анализ его устойчивости [5].
Сущность такого анализа сводится к измерению трех m =
1, 2, 3 значений нагрузочных
ККО этого компонента в
режиме регенерации, который
является промежуточным
режимом между его режимами
усиления и генерации. Рис. 1. Области неустойчивых -йу и
Измеренные нагрузочные ККО
^ ^ устойчивых + а у нагрузочных ККО йу
йу позволяют определить
границы О у , разделяющие комплексные плоскости входного у = 1 и выходного у = 2 нагрузочных ККО йу этого компонента на устойчивые и неустойчивые области, как показано на рис. 1, где знаком + йу отмечены
устойчивые, а знаком - сі у - неустойчивые области; rj^(P у и _ координаты центра и радиусы границ О у этих областей (параметры устойчивости).
При необходимости может быть определен максимально достижимый диапазон
/0 ~ (2)
4/ • = 1/^2 - /3\
•'і и У 'і
(й., й . ґ- і у
перестройки частоты / ■*
генерации активного компонента по его
г(2 х(3
входу и выходу, где /\ и - граничные частоты генерации, как показано на рис. 1.
Сигнальный граф нагруженного активного компонента показан на рис. 2,
где а- , а. и Ь-, Ь. - падающие и отраженные волны в линиях передач и в 1 і 1 і
плоскостях і - і входов этого компонента; Гг- и Ту - ККО и комплексные
коэффициенты передачи (ККП) в этих же плоскостях і - і входов этого компонента.
Рис. 2. Сигнальный граф нагруженного активного компонента
Сигнальный граф, показанный на рис. 2, устанавливает связь измеряемых ККО Г; и ККП Т у активного компонента с его ^-параметрами уравнениями [6,
7]:
ъ.
г. =-*-
і
а. і
а. ^ 0,а . = О і ]
ъ.
а . а. = 0, а . ^ О J і ’ J
где О у - относительная амплитуда.
а. ^ 0,а . = О * і J
выраженная через падающие волны:
(4)
(5)
.V -параметры активного компонента можно определить из (3)
(6)
Для определения Б у -параметров из (3) была сформирована следующая
система уравнений
а. Хл + а. х0 + а. х, - с.; / = 1,2, 3, (7)
71 72 73 7 > > > V /
ГДе ац = И22 = а31 = 1, а12 =Г^2, а21 = / 2^!, аз2 = (Т21 — ^>2^2/Т2^ь 013 =
а33 = -с!2 и а23 = -£■// коэффициенты при неизвестных X/ = х2 = £22, *з = 4? = — йА; с/ = /’/, с2=Г2ис3 = (Т2, - ^2/)/72/б// - свободные члены. Решение системы уравнений (7) позволяет определить Б - • - параметры
где и Л - определители.
Таким образом, предлагаемый метод измерения ^-параметров активного компонента сводится к измерению Г, Т и ^-параметров этого компонента с последующим определением его ^-параметров из (6) - (8).
1. Савелькаев, С.В. Теоретические основы построения адаптивных цифровых анализаторов СВЧ-цепей / С.В. Савелькаев // Электрон. техника. Сер. Электроника СВЧ. -1991. - Вып. 9. - С. 34-39.
2. А.с. 1830564 СССР, G 01 R 27/28. Способ калибровки двухсигнального анализатора СВЧ-цепей / С.В. Савелькаев. - Опубл. Бюл. №28 // Открытия. Изобретения.
- 1993. - № 28.
3. Савелькаев, С.В. Коаксиальное контактное устройство / С.В. Савелькаев // Электрон. техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. - Вып. 6. - С. 30-33.
4. А.с. 1774286 СССР, G 01 R 27/28. Способ калибровки коаксиального контактного устройства / С.В. Савелькаев. - Опубл. Бюл. № 41// Открытия. Изобретения.
- 1992. - № 41.
5. А.с. 1758595 СССР, G 01 R 27/28. Способ анализа устойчивости активного СВЧ-четырехполюсника / В.П. Петров, С.В. Савелькаев. - Опубл. Бюл. №3 2 // Открытия. Изобретения. - 1992. - № 32.
8п = ЛІ/А,І = 1, 2,
(8)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
6. Савелькаев, С.В. Двухсигнальный метод измерения £-парамет-ров активных СВЧ-цепей в режиме большого сигнала / С.В. Савелькаев // Электрон. техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. - Вып. 5. - С. 30-32.
7. Петров, В.П. Двухсигнальный метод измерения S-параметров транзисторов в
режиме большого сигнала / В.П. Петров, С.В. Савелькаев // Тр. первой ГЕББ-Российской конференции «Микроволновая электроника больших мощностей: измерения,
идентификация, применение», сент., Новосибирск, НГТУ, 1997. - Новосибирск: НГТУ, 1997. - С. 60-62.
© С.В. Савелькаев, М.Б. Устюгов, А.П. Тапсиев, 2008
