УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПЕДАНСА ДВУХПОЛЮСНИКА НА СВЧ Российский патент 1997 года по МПК G01R27/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям параметров активных и пассивных приборов на СВЧ.

Известно измерительное устройство, в котором используется метод определения импеданса двухполюсника на СВЧ по измеренным на частоте f_o модулям коэффициентов отражения /Г/ и передачи K_p.

Исследуемый двухполюсник включается как четырехполюсник в измерительное устройство, на входе и выходе которого располагаются стандартные нагрузки. Величины активной G и реактивной B составляющих двухполюсника рассчитываются из формулы (1)

где y_o волновая проводимость стандартных нагрузок.

Из формулы (1, б) видно, что реактивная составляющая иммитанса B определяется в таком устройстве с точностью до знака, что существенно снижает точность измерения иммпеданса двухполюсника.

Кроме того, в таком устройстве невозможно проводить измерения импеданса бескорпусных СВЧ-диодов, а также входных и выходных проводимостей транзисторов.

Последний недостаток можно устранить, если применить иную конструкцию устройства, основанного на том же методе измерения импеданса двухполюсника.

Известно устройство для измерения импеданса двухполюсника на СВЧ, взятое нами за прототип, содержащее T-образную микрополосковую измерительную схему, центральный проводник которой соединен с генератором и измерителями мощности, а к разомкнутому концу шлейфа подключен измеряемый двухполюсник.

Использование этого измерительного устройства позволяет измерять импедансы корпусных и бескорпусных диодов СВЧ, входные и выходные проводимости транзисторов и т.п. С его помощью легко автоматизировать процесс измерения.

Несмотря на большие преимущества, устройство имеет тот же недостаток, что и связанный с существенной неточностью в определении знака реактивной составляющей импеданса двухполюсника (1,б). Это обстоятельство не позволяет широко использовать устройство в измерительной аппаратуре.

Целью изобретения является повышение точности измерения при сохранении возможности автоматизации процесса измерения.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения импеданса двухполюсника на СВЧ, содержащем T-образную микрополосковую измерительную схему, центральный проводник которой соединен с генератором и измерителем мощности, а к разомкнутому концу шлейфа подключен измеряемый двухполюсник, в устройство введен дополнительный отрезок линии длиной один конец которого разомкнут, а другой подсоединен через p-i-n-диод к центральному проводнику в месте T-образного разветвления схемы (λ_o длина волны в линии, k=0,1,2.).

В предлагаемом устройстве неточность в определении знака реактивной составляющей иммитанса B исчезает в результате того, что на каждой частоте f_o измеряются по два значения модулей коэффициентов передачи и отражения для открытого и закрытого состояний p-i-n-диода.

На фиг. 1 дан один из вариантов предлагаемого устройства, где показаны измеряемый двухполюсник 1, центральный микрополосковый проводник 2, микрополосковый шлейф 3, дополнительный отрезок микрополосковой линии 4, p-i-n-диод 5.

На фиг. 2 приведены зависимости от частоты модулей коэффициентов отражения и передачи K_p, измеренные при открытом и закрытом состояниях p-i-n-диода, для включенного на конце шлейфа по входу полевого транзистора типа ЗП608Б с 50-омной нагрузкой на выходе транзистора.

На фиг. 3 изображены зависимости от частоты активной G и реактивной B составляющих входного импеданса измеряемого транзистора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Р-i-n-диод вводится в состояние "закрыто", при этом отрезок линии отключается от центрального проводника. В этом состоянии на частоте f_o примеряются модули коэффициентов отражения и передачи K_p1. Из формул (1) определяются значения активной составляющей импеданса:

и квадрата реактивной составляющей (1б):

Затем p-i-n-диод вводится в состояние "открыто", при этом отрезок линии подключается к центральному проводнику. Проводимость разомкнутого проводника определяется из выражения

где G_n активная проводимость;
y_n, V_n, l волновая проводимость, скорость распространения и длина отрезка линии соответственно.

Измеряя на частоте f_o модули и K_p2 из формулы (1) определяются значения активной составляющей импеданса

и квадрата реактивной составляющей

Поскольку B₂+B₁+B_n, то из формул (3) и (6) находим выражение для B₁

где G₁ и G₂ определяются из (2) и (5), а B_n из формулы (4).

Видно, что в результате измерения четырех характеристик удается исключить неопределенность в знаке реактивной составляющей импеданса двухполюсника и тем самым существенно повысить точность измерения импеданса. Автоматизация процесса измерения достигается путем переключения p-i-n-диода.

Полученный импеданс Y₁= G₁+jB₁ пересчитывается в плоскость включения двухполюсника с помощью выражения:

где y₁, V₁, l₁ волновая проводимость, скорость распространения волны и длина шлейфа соответственно.

Пример. В качестве примера рассмотрим конструкцию микрополоскового устройства для измерения двухполюсника на СВЧ, выполненную на диэлектрической подложке толщиной h=0,5 мм с диэлектрической проницаемостью ε ≈ 9,6 (фиг. 1). Центральный проводник 2, шлейф 3 и дополнительный отрезок линии 4 имеют одинаковую ширину 0,5 мм и одинаковое волновое сопротивление Z_o, что соответствует волновым проводимостям Y_o=Y₁Y_n=0,02 см. Длины отрезков: l₁ ≃ 3,75 мм, l ; 5 мм. В конструкции использовался p-i-n-диод 2А553 с сопротивлением τ_s< 3 Ом и емкостью C ≃ 0,02 пФ. В качестве измеряемого двухполюсника исследовался с входа полевой транзистор типа ЗП608Б с 50-омной нагрузкой на выходе транзистора.

На фиг. 2 приведены зависимости модулей коэффициентов отражения и передачи, измеренные при закрытом и открытом состояниях p-i-n-диода на панорамном измерителе типа 2Р104.

Как видно из фиг. 3, измерение импеданса с помощью предлагаемого устройства позволяет определить не только величину, но и знаки составляющих импеданса.

Таким образом, преимуществом данного устройства по сравнению с прототипом является повышение точности измерения, что достигается за счет увеличения числа измерений характеристик устройства.

Предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс измерения. Оно может быть использовано для измерения импедансов диодов СВЧ, входных и выходных проводимостей транзисторов и т.п.

Использование: в измерительной технике для измерения параметров активных и пассивных приборов на СВЧ. Изобретение позволит увеличить точность измерения при сохранении возможности автоматизации процесса измерения, что достигается тем, что в устройство введен дополнительный отрезок линии, один конец которого разомкнут, а другой подсоединен через p-i-n-диод к центральному проводнику. 3 ил.

Устройство для измерения импеданса двухполюсника на СВЧ, содержащее Т-образное соединение центрального микрополоскового проводника и микрополоскового шлейфа с одинаковыми волновыми сопротивлениями Z₀, в котором центральный проводник соединен одним концом с генератором СВЧ-сигнала, а другим с измерителем мощности, а к разомкнутому концу шлейфа подключен измеряемый двухполюсник, отличающийся тем, что в устройство введен дополнительный отрезок микрополосковой линии с волновым сопротивлением Z₀ и длиной один конец которого разомкнут, а другой подсоединен через p-i-n-диод к центральному проводнику в месте Т-образного соединения центрального микрополоскового проводника и микрополоскового шлейфа, где λ_o - длина волны в линии, k 0, 1, 2