СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ СВЧ В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ Российский патент 2009 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и может быть использовано для измерения S-параметров пассивных и активных четырехполюсников СВЧ.

Известен способ измерения S-параметров транзисторов СВЧ [1], при котором измеряют падающие и отраженные от транзистора волны напряжений при изменении разности фаз между падающими волнами от 0° до 360° и определяют S-параметры как центры замкнутых контуров, вычерчиваемых в соответствии с уравнениями вида b_i/a_i=S_ii+S_ij(a_i/a_i), i, j=1, 2 и b_i/a_j=S_ij+S_ii(a_i/a_j), i, j=1, 2.

Недостатками известного способа является то, что процесс измерения требует длительного времени и измеренные S-параметры транзистора имеют низкую точность. Один из указанных недостатков связан с тем, что для построения четырех замкнутых контуров необходимо получить большой массив измеренных отношений падающих и отраженных волн при изменении фаз между падающими волнами в диапазоне 0°-360°, второй недостаток связан с тем, что измеряются не S-параметры транзистора, а измеряются S-параметры устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора.

Целью заявляемого способа является уменьшение времени измерения и повышение точности измерения S-параметров транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения S-параметров, по которому выделяют падающие и отраженные от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, волны напряжений и измеряют отношения падающих и отраженных волн при изменении разности фаз между падающими волнами в диапазоне 0°-360°, согласно изобретению выделяют падающие и отраженные волны напряжений от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, и измеряют только комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе устройства, содержащего держатель транзистора и собственно транзистор, для двух значений разности фаз между падающими волнами, затем транзистор удаляют из устройства и измеряют комплексные коэффициенты отражения на входах коаксиально-полосковых переходов держателя транзистора, полученные системы уравнений решают относительно неизвестных S-параметров транзистора и определяют S-параметры транзистора.

Работа заявляемого способа поясняется структурной электрической схемой устройства, представленной на чертеже.

Сигнал СВЧ-генератора 1 подается на вход делителя мощности 3, с выхода делителя мощности сигналы через циркуляторы 2 и 4 подаются на два измерительных канала. Первый канал содержит переменный фазовращатель 5, переменный аттенюатор 8, направленный ответвитель 10, измеритель мощности 11, вентиль 14 и 12-полюсный рефлектометр 16. Второй канал содержит переменный аттенюатор 9, направленный ответвитель 12, измеритель мощности 13, вентиль 15 и 12-полюсный рефлектометр 20. Выходы 12-полюсных рефлектометров 16 и 20 соединены с входами коаксиально-полосковых переходов 17 и 19 держателя транзистора, выход коаксиально-полоскового перехода 17 соединен с входом транзистора СВЧ 18, выход коаксиально-полоскового перехода 19 соединен с выходом транзистора 18.

Процесс измерения состоит из трех этапов. На первом этапе измеряются комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров устройства. На втором этапе измеряются комплексные коэффициенты отражения коаксиально-полосковых переходов, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров коаксиально-полосковых переходов. На третьем этапе измеряется отношение падающих волн напряжений генератора и комплексные коэффициенты отражения выходов 12-полюсных рефлектометров. После проведенных измерений вычисляются S-параметры транзистора СВЧ. На первом этапе создается линейный режим работы транзистора, при этом мощность сигнала генератора a_г1, которая регулируется переменным аттенюатором 8 и контролируется измерителем мощности 11, соответствует линейному режиму работы. Фаза сигнала генератора a_г1 устанавливается переменным фазовращателем в начальное положение φ₀. Мощность сигнала генератора а_г2, которая регулируется переменным аттенюатором 9 и контролируется измерителем мощности 13, также соответствует линейному режиму работы транзистора. 12-полюсными рефлектометрами [2] измеряются комплексные коэффициенты отражения. Затем фаза сигнала генератора a_г1 изменяется переменным фазовращателем 5 до значения φ₁ и 12-полюсными рефлектометрами снова измеряются комплексные коэффициенты отражения.

После этого переменным аттенюатором мощность сигнала генератора а_г2 устанавливается равной нулю, и 12-полюсным рефлектометром 16 измеряется комплексный коэффициент отражения. На основе проведенных измерений формируется система уравнений для определения S-параметров устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ:

где Г_вx1(φ0), Г_вx1(φ1), Г_вх2(φ0), Г_вх2(φ1) - измеренные комплексные коэффициенты отражения в сечениях 1-1 и 2-2 для различных значений фаз сигнала a_г1, Г_вх1 - измеренный комплексный коэффициент отражения в сечениях 1-1 при наличии сигнала a_г1 и отсутствии сигнала а_г2, S₁₁, S₂₂, S₁₂, S₂₁ - S-параметры устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, Г₁, Г₂ - комплексные коэффициенты отражения от выходов 12-полюсных рефлектометров, a_г2/a_г1, a_г1/a_г2 - отношение волн напряжений, падающих на вход и выход устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ.

На втором этапе транзистор удаляется из схемы, на выходах коаксиально-полосковых-переходов держателя транзистора создаются поочередно режимы холостого хода и короткого замыкания и 12-полюсными рефлектометрами измеряются комплексные коэффициенты отражения, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров коаксиально-полосковых переходов

где Г_вx1x, Г_вx2x, Г_вх1кз, Г_вх2кз - измеренные комплексные коэффициенты отражения в сечениях 1-1 и 2-2 для режимов холостого хода и короткого замыкания на выходе коаксиальо-полосковых переходов, , , , , , , - S-параметры коаксиально-полосковых переходов.

S-параметры коаксиально-полосковых переходов определяются из уравнений (6), (7), (8), (9), полагая, что S-матрицы коаксиально-полосковых переходов унитарны:

, ,

, ,

На третьем этапе из схемы удаляется устройство, содержащее держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, выходы 12-полюсных рефлектометров соединяются непосредственно и измеряются комплексные коэффициенты отражения при различных фазах φ₀ и φ₁ сигнала генератора a_г1 и наличие сигнала генератора а_г2, затем поочередно измеряются комплексные коэффициенты отражения при наличии сигнала a_г1 и отсутствии сигнала а_г2 и при наличии сигнала а_г2 и отсутствии сигнала a_г1. На основе проведенных измерений формируется система уравнений для определения отношения падающих волн а_г2/a_г1 и определения коэффициентов отражений выходов 12-поллюсных рефлектометров:

Из системы уравнений (10), (11), (12), (13) определяем отношения падающих волн напряжений, имеем

Определим S-параметры четырехполюсников из уравнений (10), (11), (12), (13), которые преобразуем сначала к виду

Вычтем из уравнений (16) и (17) уравнение (20), получим систему уравнений для определения параметров S₁₂ и S₂₂, решая которую, получаем параметры S₁₂ и S₂₂:

где ,

,

Зная параметры S₁₂ и S₂₂, определяем параметры S₁₁ и S₂₁ из уравнений (18) и (19):

где А=Г_вх2(φ0)Г₁-S₂₂Г₁,

,

C=Г_вх2(φ0),

А₁=Г_вх2(φ1)Г₁-S₂₂Г₁,

С₁=Г_вх2(φ1).

Зная S-параметры, определяем Т-параметры устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, и Т-параметры коаксиально-полосковых переходов (T₁ и Т₂), затем определяем Т-параметры транзистора (Т_т) из уравнения:

Зная Т-параметры транзистора, определяем S-параметры транзистора по формулам

, , ,

Список использованных источников

1. Shamsur R. Mazumder and P.D. van der Pulie. «Two-Signal» Method of Measuring the Large-Signal S-Parameter of Transistors // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techn. - 1978. - V.MTT - 26. - №6. - p.417-420.

2. Петров В.П., Рясный Ю.В., Журавлева О.Б., Пологрудов В.П. Анализ методов калибровки 12-полюсного рефлектометра // Измер. техн. - 1985. - №10. - с.40-41.

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и может быть использовано для измерения S-параметров пассивных и активных четырехполюсников СВЧ. Способ измерения S-параметров транзисторов СВЧ в линейном режиме заключается в следующем: выделяют падающие и отраженные волны напряжений от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, измеряют отношения падающих и отраженных волн при изменении разности фаз между падающими волнами в диапазоне 0°-360°. При этом с помощью 12-полюсных рефлектометров измеряют только комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе упомянутого устройства для двух значений разности фаз между падающими волнами. Затем транзистор удаляют из упомянутого устройства и измеряют комплексные коэффициенты отражения на входах коаксиально-полосковых переходов держателя транзистора. Далее из схемы удаляют держатель транзистора, измеряют комплексные коэффициенты отражения выходов 12-полюсных рефлектометров и отношение падающих волн напряжений генератора. Полученные системы уравнений решают относительно неизвестных S-параметров испытуемого транзистора и определяют S-параметры данного транзистора. Технический результат - уменьшение времени измерения и повышение точности измерения S-параметров транзисторов СВЧ. 1 ил.

Способ измерения S-параметров транзисторов СВЧ в линейном режиме, по которому выделяют падающие и отраженные волны напряжений от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, измеряют отношения падающих и отраженных волн при изменении разности фаз между падающими волнами в диапазоне 0-360°, отличающийся тем, что при помощи 12-полюсных рефлектометров измеряют только комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе упомянутого устройства для двух значений разности фаз между падающими волнами, затем транзистор удаляют из упомянутого устройства и измеряют комплексные коэффициенты отражения на входах коаксиально-полосковых переходов держателя транзистора, далее из схемы удаляют держатель транзистора, измеряют комплексные коэффициенты отражения выходов 12-полюсных рефлектометров и отношение падающих волн напряжений генератора, полученные системы уравнений решают относительно неизвестных S-параметров испытуемого транзистора и определяют S-параметры данного транзистора.