Держатель транзисторов в устройствах для измерения электрических параметров Советский патент 1989 года по МПК G01R27/28 

114

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в измерителях комплексных параметров сверхвысокочастотных четырех полюсников и двухполюсников, я именно при измерении комплексных параметров полосковых транзисторов и диодов с планарными выводами.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения путем повышения точности калибровки держателя.

На фиг. 1 приведен держатель транзисторов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - пьедестал; на фиг. 6 - упрощенная схема измерителя комплексных параметров.

Держатель содержит два коаксиаль- но-полосковых перехода 1, два отрезка полосковой линии 2, установленные на общем основании 3, пьедестал 4, транзистор (например ЗП602) 5, крышку 6, включенные в полосковую линию 2 направленные ответвители 7, детек- торы 8, поликоровые платы 9 с согласованными нагрузками 10, контактный узел 11, размещенный в гнезде 12 основания 3, фиксатор 13 контактного узла 11, диэлектрические штыри 14-, упорные пружины 15, установочный паз 16 и штифты 17.

К пьедесталу 4 (фиг. 4) с отрезком полосковой линии 18 припаяны полос- ковые выводы 19, а к пьедесталу 4 (фиг. 5) припаян полосковый вывод 19, выполняющий функцию короткозамыкателя

Схема измерителя комплексных параметров транзисторов содержит генератор СВЧ 20, делитель 21 мощности, СВЧ-переключатели 22, свободные выходы которых нагружены на согласованные нагрузки 23, согласующие трансформаторы 24, измерители 25 комплексных коэффициентов отражений, инди- катор-вольтметр 26 и держатель 27 транзисторов.

Выведем математические выражения, описывающие четырехполюсники погрешности держателя транзисторов, необ- ходимые для его калибровки.

Параметры четырехполюсников погрешности условно разделим на параметры входной (фиг. 6) и выходной частей, показанные в виде ориентированного графа (поз. 28 и 29 соответственно), между которыми включена S-матрица отрезка полосковоп линии 30 с длиной

562

отрезка 1Э. Ориентированный граф 28 входного четырехполюсника погрешности представляет собой каскадное включение S-матрицы коаксиально-полоско- вого перехода, к которому подключен однородный отрезок полосковой линии коэффициентом передачи Се 1 , где S м , S(г , Sai , S22 ; CS-матрица коак- сиально-полоскового перехода С; ftl, модуль и фаза коэффициента передачи однородного отрезка полосковой линии; 1 - длина отрезка однородной полосковой линии; fi 2ft/fh - фазовая постоянная. Отрезок полосковой линии считается однородным при условии слабой связи направленного ответвителя. Введем обозначения:

Д С А С С А иС Н( D , , tt.Ј 02, , ttj Д22

где S, ;S, 2 ;S ;S,a - S-матрица каскадного соединения двух четырехполюсников. Тогда при условии Пц 0 (в сечении

1-1)согласно графа получим

О -о + ,Јн i Г Sn + |-si. S« откуда

и

s,1, s,, , /A(,,/, tfA, (fs;,:

v

(1)

где I p, /, JtfpJ- модуль и фаза комплексного коэффициента отражения, измеряемого в сечении 2-2 при условии рц 0. (в сечении 1-D.

В первом приближении полагаем, что S-матрица коаксиально-полосково- го перехода является S-матрицей реактивного симметричного четырехполюсника, к которому подключен отрезок однородной полосковой линии без потерь (). Используя свойство унитарности S -матрицы каскадного соединения, получим

КННрД q A.rcV /А ,, (PA ,-2(f4-4pl+ffT

где /Aj/, и СД, Оуэ-( модули и фазы унитарной S -матрицы; СРл - фаза комплексного коэффициента отражения D2, измеряемого в сечении 2-2 при условии рн -1 (в сечении 1-1

Фаза Срд| получена из условия 1,

S,j2« 1. DH -1 по формуле

i-R«pM

q q I

11 21

г

откуда

rv-

Наличие потерь в отрезке однородной полосковой линии (в том числе и потерь в области слабой связи направленного ответвителя) нарушает уни- тарность S -матрицы каскадного соединения, в которой изменяются только параметры А, А (т0е. S/4 , S, , Sja). При этом для каскадного включения реактивного четырехполюсника и однородного четырехполюсника с потерями потери условно можно отнести к известной нагрузке, подключаемой в сечении 1-1, а ее коэффициент отражения представить в виде DpH. D - неизвестный комплексный коэффициент, учитывающий потери. Тогда для коэффициента отражения р2 в сечении 2-2 при условии рн -1 (в сечении 1-1) получим

D s + (3) Р S« 1-S DpH A 1+A D U;

откуда

(

(АГрг)А ГАЈ

3

Измерение комплексного коэффициента отражения р в сечении 2-2 при установке в держатель короткозамыка теля, показанного на фиг. 5, с рн -1 позволяет определить коэффици- циент D, являющийся множителем для параметров А, А1 (выражение 3). Кроме того, коэффициент учитывает ошибки первого приближения по параметрам А, А З. По известной величине параметра D можно определить элементы не унитарной S -матрицы каскадно- го соединения

(5)

|А,| |р.1. Чд, , KHAkllDl At- +tPj, lAjHA illDl. J50

прирн -1, удовлетворяющих уравнению

AI

А,)

,Л1t nUл

А г Т;д- р2

Аналогичным образом из выражений 5 (О, (2), (4), (5) можно определить параметры четырехполюсника погрешности выходной части держателя В,,

15

55

20

30

35

50

ю

5

В4, В.} с соответствующей заменой 1, на А4, Аг, A. на В(, В, В3.

При калибровке держатель транзисторов работает, следующим образом. В держатель транзисторов (фиг. 1-3) вместо пьедестала 4 с транзистором 5 устанавливается пьедестал с отрезком полосковой линии (фиг. 4). После чего с помощью СВЧ-переключателя 22 (фиг. 6) на вход держателя 27 транзисторов .подается СВЧ-сигнал и с помощью согласующего трансформатора 24, подключенного со стороны выхода держателя 27,осуществляется согласование в сечении 1-1, которое регистрируется по нулевому (или минимальному) показанию индикатора-вольтметра 26, снимаемому с детектора 8 направленного ответвителя отраженной волны входной части держателя 27 и соответствует условию Пц 0„ Затем проводится измерение комплексного коэффициента отражения р, на входе держателя 27, обозначенного-сечением 2-2. При измерении комплексного коэффициента отражения р. в сечении

11

2 -2 СВЧ-сигнал подается на выход держателя 27 транзисторов на входе СВЧ-сигнал отсутствует) и с помощью согласующего трансформатора 24, подключенного со стороны входа держателя 27, осуществляется согласование в сечении 1-1, которое регистрируется по показанию индикатора-вольтметра 26, снимаемому с детектора 8 направленного ответвителя отраженной ;волны выходной части держателя 27, и соответствует условию р н 0. Затем проводится измерение коэффициента отражения р| на выходе держателя 27. Далее в держатель 27 транзисторов устанавливается пьедестал-короткозамы- катель (фиг. 5) и в сечении 2-2, ,2 -2 измеряется комплексный коэффициент короткозамьгкателя рг , соответственно. По измеренным комплексным коэффициентам отражений п,, pj. , pj, p из выражений 1, 2, 4 и 5 вычисляют параметры четырехполюсников погрешности А , AJ, А3 и Р s B, BS .

При измерении параметров транзисторов держатель работает следующим образом. Транзистор помещают на пьедестал 4 (фиг. 1-3), который устанавливается на (Ьиксаторы 13 контактного узла 11, при этом диэлектрические штыри 14 фиксируют транзистор 5 на

51

пьедестале 4. После чего, контактный узел Н устанавливается в гнездо 12 основания 3, при этом пьедестал 4 с транзистором 5 заходит в установочный пая 16 основания 3 (с посадкой на штифты 17), а диэлектрические штыри 14 прижимают выводы транзистора 5 к полоскам отрезков полосковых линий 2 с помощью упорной пружины 15 и крышки 6. После чего производится измерение параметров транзистора в плоскости подключения держателя 27 транзисторов к измерителю (фиг. 6). Измерение производится с помощью из- мерителей 25 комплексных коэффициентов отражений в сечениях 2-2, 2-2( с последующим исключением параметров четырехполюсников погрешностей держателя, т.е.

определения параметров транзистора в сечении 1-1, 1 -1 .

При измерении входных и выходных импедансов транзисторов исключение чтырехполюсников погрешности выполняется с помощью выражений

JL .lA.

(ри-А,)А,+А,

Bl,

(р;-в4)в +в2

(6)

которые связаны с входным и выходным импедансами транзистора выражениями

- llPM « 1+рм J

вы

(7)

где

1-рн

Ри РН комплексные коэффициенты отражения в сечении 1-1,

, 1-1 PniPn комплексные коэффициенты

отражения, измеренные в сечении 2-2, 2 -2;. При измерении S-параметров транзистора измеряется R-матрица каскадного включения держателя с транзистором в сечении 2-2, 2-2 с последующим определением S-матрицы транзистора путем исключения четырехполюников погрешности держателя. S-napa- метры транзистора в сечении 1-1, 1 -1 определяются выражениями

Изобретение может быть использовано в измерителях комплексных параметров сверхвысокочастотных четырехполюсников и двухполюсников ,в частности, при измерении комплексных параметров полосковых транзисторов и диодов с планарными выводами. Держатель транзисторов содержит два коаксиально-полосковых перехода 1 и два отрезка полосковой линии 2, установленных на общем основании, пьедестал 4, транзистор 5, крышку, направленные ответвители 7 на связанных линиях со слабой связью, детекторы 8, поликоровые платы 9 с согласованными нагрузками 10, контактный узел, размещенный в гнезде 12 основания, фиксатор контактного узла, диэлектрические штыри, упорные пружины, установочный паз 16, штифты. При измерении параметров транзистора 5 его помещают на пьедестал 4, который устанавливают на фиксаторы контактного узла и фиксируют. Затем контактный узел устанавливают в гнездо 12 основания, при этом пьедестал 4 с транзистором 5 заходит в установочный паз 16, а диэлектрические штыри прижимают выводы транзистора 5 к полоскам отрезков полосковых линий 2 с помощью упорной пружины и крышки. Затем производят измерение параметров. Повышается точность измерения путем повышения точности калибровки держателя. 6 ил.

S« -Ai5 г S

г о 2

В,

§„ A,-u (S,, А,-й )(&4гВ,-й)

АЛ X

l-Ll2l А 3

АЛ, Аз-Л КЗагА А)

S2( S4, -0-S4Z В, ) (1-A 3 )/

A

. S ц S ,j, /Sji ,

где & A,,& B,,B3-B2.

Ич выражений (6) и (8) следует, что точное значение параметров четырехполюсников погрешности А, А2 А5 и BO B2, В, способствует повышению точности измерения параметров транзисторов.

В таблице приведены основные технические характеристики известных и предлагаемого держателей транзисторов .

Предлагаемый держатель транзистрро имеет более высокую точность калибровки по сравнению с известными, что обеспечивает более высокую точность измерения параметров транзистора до ±2% по модулю и ±5° по фазе (не включая погрешности измерителя); калибруется одной калибровочной нагрузкой, не требующей аттестации; имеет более

IrtSj, А,

()(§ГД-л) J ;

, .11 .

(S«A,-/b )(3«B,-A)J

(8)

высокую повторяемость установки транзистора, что обеспечивают штифты 17 (фиг. 3).

Формула изобретения

Держатель транзисторов в устройствах для измерения электрических параметров, содержащий два коаксиально- полосковых перехода с подключенными к ним отрезками полосковой линии, расположенных на общем основании, и контактный узел для подключения транзистора, который установлен между отрезками полосковой линии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем увеличения точности калибровки, он снабжен двумя направленными ответви- телями на связанных линиях со слабой связью, которые соединены одними своими выходами с отрезками полосковой линии, и двумя детекторами, которые подключены к свободным выходам направленных ответвителей.

.Фиг.1

фиг.З

лд,5 лц С

211 Г

Фаг.Ч

Фаз. 5