Способ определения малосигнального импеданса лавинно-пролетного диода Советский патент 1992 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится k СВЧ-технике, в частности к генераторам и усилителям СВЧ, и может быть использовано для измерения параметров диодов СВЧ

Известен способ измерения активного и реактивного сопротивления корпусного диода Ганна в допороговом режиме при включении его в конце измерительной коаксиальной линии.

На трех существенно различных частотах производят измерение входного сопротивления диода Z R + JX. Варьированием пяти параметров (LBx. U, Lp, Ск, Ср) эквивалентной схемы диода получают по измеренным значениям R и X одинаковую величину сопротивления диода по постоянному току RO и величину индуктивности диода при нулевом смещении диода. Величина дифференциального сопротивления диода R в области напряжений смещения ниже

пороговой величины измеряется на низких частотах (1 МГц), где реактивными параметрами корпуса можно пренебречь, или на СВЧ. Зависимость емкости диода Ганна Сд от напряжения смещения рассчитывается из измеренных значенийХ и R по эквивалентной схеме,

Недостатком этого способа является необходимость подбора (варьирования) параметров эквивалентной схемы диода по результатам измерений на различных частотах, что требует проведения большого обье- ма работ и не исключает ошибочного определения параметров схемы.

Известен способ измерения малосигнального импеданса ЛПД. заключающийся в измерении импеданса диода в измерительной камере, По этому способу измеряют входной импеданс Zex(U) камеры с диодом при подаче на диод обратного напряжения

О

ю

ътА

меньше пробивного. Измеренные значения наносят на круговую диаграмму полных сопротивлений, где они представляют собой дугу окружности. Проведя ряд геометрических построений и используя снятую отдельно вольт-фарадную характеристику диода, определяют сопротивление потерь диода RS и величину конструктивной индуктивности камеры L(XL). Затем снимают зависимость входного импеданса ZBx(l) от тока I диода и малосигнальный импеданс определяют из выражения

Ro(l) RBx(l) Rs, Xd Хвх(0 - XL.

Недостатком этого способа является снижение точности получаемых значений импедансов диода вследствие использования диаграммы Смита с геометрическими построениями.

Цель изобретения - повышение точности определения импеданса диода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения малосиг- наль: ого импеданса лавинно-пролетного диодг (ЛПД), основанному на измерении параметров измерительной камеры с коротко- замкнутой торцовой стенкой при расопложении в ней ЛПД, пб которым определяют малосигнальный импеданс ЛПД, в качестве измеряемых параметров выбирают значения резонансной частоты и КСВН на резонансной частоте при четырех величинах расстояния от оси ЛПД до коротко- замкнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резонансных частот, КСВН и расстояний вычисляют искомый малосигнальный импеданс ЛПД ро формулам:

и

Ki2 а + аг - Ki2 Ri1O3 - Ri1o KiXi; oi + 02 - K22 R2103 - R21 OA KaX2; Кз2 а 1+ 02 - Кз2 Рз1аз - R31«4 КзХз; K42 oi + а 2- - R41O4 КзХ-з;

к,-

К| - 7Л

prY . 1 +/Q2-y2

-У, ,

Г+яЧГ

Yi

(f

1 -

43di

2аА) : од 2л11,

где fi - резонансные частоты;

р - значения КСВН;

| - расстояния от оси ЛПД до коротко- замкнутой торцовой стенки, i 1, 2, 3, 4;

а - размер широкой стенки измерительной волноводной камеры, вычисляют значения «а, оз, ОА и определяют компоненты импеданса ЛПД по формулам:

Л.о2;-«з

W0

/

W1 Rl 1 + («з + ОА 1

ол аг W0

И.

Rl 1 + (03+(%)2

30

г--1 -J

А( 04-R/Wo - 02

35

40

45

55

где W0 - волновое сопротивление волновода.

Сущность изобретения заключается в следующем,

Измерительную камеру с установленным в нее диодом подключают к панорамному измерителю коэффициентов стоящей волны и затухания в качестве оконечной нагрузки. Определяют частоту резонанса камеры f по минимуму КСт0 и значение КСт(9 на частоте резонанса для определенного расстояния I от оси диода до закороченного торца камеры. Выбор первоначального расстояния I определяется частотой, на которой необходимо определить импеданс ЛПД. Изменяя расстояние I, перестраивают резонансную частоту камеры с ЛПД (в заданном 5Q диапазоне частот). Для четырех значении резонансной частоты измеряют соответственно fi, f2, f3, f4, ,,p4, , И, l2. l3, U.

Используя эквивалентную схему с диодом по полученным величинам fj, pt, Is (i 1, 2, 3, 4), рассчитывают компоненты импеданса ЛПД.

На фиг.1 представлены эквивалентные схемы измерительной камеры с ЛПД; на фиг.2 - схема работы по способу.

51741091, б

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обоз-1 - расстояние от оси диода до закоронэчения:чивающего торца измерительной камеры.

1- диод;В момент резонанса сопротивление Z

2- измерительная камера,имеет чисто активный характер и равно

3- закороченный торец измерительной5

камеры;р|у2

4- штырь подвода питания;2р .(3) JX0 - реактивное сопротивление R1 + (X 4- Y)2

штыря подвода питания;

.... 110 при этом

JXC - j- - реактивное сопротивле JJ j

ние емкости корпуса ЛПД;n,2 y2 +

JXi JO)L - реактивное сопротивлениегх

индуктивности выводов ЛПД;

Сопротивление Zp выражается через - J7j3r Реактивное сопротивле- личину коэффициентов стоячей волныр как

ние диода;2

R - сопротивление ЛПД; R Y,ч

JY - реактивное сопротивление закоро-Р Rt2 ... , уЛ

ченного торца измерительной камеры, пе- 20v/

ресчитанное к месту установки ЛПД;Проведя ряд несложных преобразований и

W0 - волновое сопротивление волново- учитывая, что да измерительной камеры,

JX, R - реактивное и активное сопротив-yz

ления ветви ЛПД - штырь подвода питания. 25R ,(6)

Способ определения малосигнального +/Т-У

импеданса ЛПД осуществляется следующим образом.получим

Измерительная волноводная камера 2 с

установленными в ней ЛПД 1, штырем4 под- 30х -(7)

вода питания и закороченным торцом 31

(фиг.2) может быть представлена в виде резонатора с эквивалентной схемой (см.Перейдя от упрощенной схемы (16) к фиг.1а). Упрощенная схема этого резонато- эквивалентной схеме резонатора с ЛПД, (1а) ра изображена на фиг 16 35 получим следующие выраженияКомплексное сопротивление резонато

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для измерения параметров лавинно-пролетных диодов Цель изобретения - повышение точности Поставленная цель достигается тем, что в способе определения малосигнального импеданса Л ПД, основанном на измерении параметров измерительной камеры совместно с ЛПД, производят измерение резонансной частоты КСВН в момент резонанса измерительной камеры с диодом при четырех вели- чинах расстояния от оси ЛДП до короткозамкнутой торцовой стенки измерительной камеры и по полученным значениям резонансных частот, КСВН и расстояния вычисляют искомые параметры. 2 ил

ра, нормированное относительно волнового. rv +х|-)- Y

сопротивления Wo, определяется выраже-X (Х0 + Хс) - R -р-

нием1+/сг-

40

,i RXg p2Y2

г. , v2 (1) (XL+xy Tf(9)

R1 + (X + Y)2 R1 + (X + Y)2

где Х.с Хс+Хд Хс Q; Реактивное сопротивление Y определяется выражениемQ д 1

Сд

v sln) ,Выражения (8) и (9) связывают парамет1 ( 50 ры ЛПД (XL,XA,R,Xc) с измеренными значениями частоты и коэффициента стоячей гдеволны в момент резонанса измерительной

камеры.

4тг Используя результаты измерений параФ п Д метров (Xi, /9i,li) измерительной камеры с

ЛПД для четырех резонансных частот, мож- A V1-tl/frf волны в волно- но записать следующую систему уравненийводной измерительной камере,Xi (Х01 + Xci) - : (tOa)

a - размер широкой стороны камеры;

7 17410918

XL + xUрезультатов измерения входного сопротивХ2 (Хо2 + ХС2) - R21Б- (1 Об)ления камеры используются геометрические поIстроения на диаграмме полных сопротивлений,

у (X i X чУ Fh1 С3 ПОв)атаюкеэкспериментально полученная вольт-фаR5 радная характеристика диода, что снижает точi + Хс4ность определения импеданса диода.

Х4 (Х04 + ХС4) R4 р; (Юг)Определение компонента малосигнального импеданса ЛПД (С, L, R, Сд) на основе

2его эквивалентной схемы делает простым

pJ C1 (Юд)10 расчет импеданса диода на любой частоте

R2+(XL1+xl:i)2

Формула изобретения

. Введя коэффициент К, Н и учитывая,Способ определения малосигнального

что реактивные сопротивления соответст-15 импеданса лавинно-пролетного диода

венно равны{ЛПД), основанный на измерении парамет 1 ров измерительной камеры с короткоЗамкХ0| - , ХС - - - , XLI - иц ,нутой торцовой стенкой при расположении

1 1в ней ЛПД, отличающийся тем, что,

ХС| - Q 20 с целью повышения точности, в качестве

систему уравнений (Юа)-(Юд) можно пере-измеряемых параметров выбирают значеписать в виде:ния резонансной частоты и КСВН на резоу|нансной частоте при четырех величинах

,tXcf KX I- plf- KI J расстояний от оси ЛПД до короткозакнутой

R / К IОС; ТППМПППМ Г.ТАНКМ МЧМРПИТРПиНПМ 1/ЯМРПЫ М

кг

25 торцовой стенки измерительной камеры и

12„1 1. „. |Vc,

v кго /хЦ р1 . Y i/ («tflпо полученным значениям резонансных чаb.+Xc.-K., R |-х, кг; 116,стот f| ксвн и расстояний |( вычисляют

K;x0l XC|-lct.RI3(()8X§Ksi(Hb)

г v i v ix2 п1 D .y v dti искомый малосигнальный импеданс ЛПД по

формулам: 30

чо i /Xi Л i f сЛ f ч30

Mo, VK4R4(-ThnTrX K (1г) + -Ri1 KiXi.

R Г. (Xi,, Xc,W7 . ,911

L + R Je Rr K22ai+ ob-K22R2 a3 - R21 ад К2Хг,

Из системы уравнений (11) вычисляют зна- 35Кз а 1+ 02 - Кз R3 «з - Ra1«4 КзХз,

/у

ченИЯ «2 Xci 03 , «4 - , И ИСКО-К42 «1 + а - К42 R41«3 - R41«4 K4X4,

мые компоненты малосигнального

импеданса ЛПД определяют из формул: nRi Г1 + (а + ад)2 -

1Rl

р

, ш 1 .oS. We

Ш1 R 1+(оД+04)2

R «И.W0..45

Ш1 R 1+(оД+04)2

Ri 1 +(%+«4)

Ч

йЛ «2 Wo L 1 .оЗ ОЗ.Wo

f°i R| l+(%+04) R oi. Wo

R| 1 +(03+04

Сд r11

Wo СД- FV 04 R/W0- ;

Таким образом, применение предлагав- 55 мого способа обеспечивает повышение точно- од

сти определения импеданса диода за счет ш

применения расчетных формул на основе эквивалентной схемы измерительной камеры с диодом. В способе-прототипе при обработке

Ш1 R 1+(оД+04)2

P-YT .

1 -f/tf-Y

Yi . 1

у s|nff . 1 -

W0 JXc

JXi.

JXff

R

wn

JU

4д1|

-Т ГТЖГ:

AI ; ол 27rfi,

a - размер широкой стенки волнозода; cq - вспомогательные вычисленные параметры;

L, С, R, Сд - параметры ЛПД;

W0 - волновое сопротивление волновода.

4