ru en
19.06.2024

Нечаев В.Г., Кравченко О.В., Кун Г.Р., Жирков А.В. nechaev.vg@micran.ru


Аннотация

В рамках выполнения комплексного проекта «Комплекс 4М» компанией «Микран» был разработан ряд высокотехнологичного оборудования для характеризации пассивных и активных СВЧ устройств с диапазоном рабочих частот до 50 ГГц. Представлены основные особенности, опциональный план и возможности одного из них, многофункционального измерительного СВЧ прибора — векторный анализатор цепей (ВАЦ) серии «Панорама». Рассмотрены возможности измерения параметров СВЧ узлов и блоков в коаксиальном и волноводном трактах, а также измерения параметров на пластине, в т.ч. измерения с преобразованием по частоте, измерения коэффициента шума, применение функции встраивания/исключения цепей для переноса плоскости калибровки и многопортовые измерения с применением расширителей портов М426/М826 производства компании «Микран». Также представлены типы калибровок, реализованные в ВАЦ серии «Панорама».

Первая часть: Решение задач по измерению и контролю электрических параметров ЭКБ СВЧ диапазона (часть 1)


2. Анализ и фильтрация во временной области

Анализ во временной области позволяет наблюдать измеренные на ВАЦ частотные характеристики (ЧХ) во временной области, что позволяет отображать прошедшие через исследуемое устройство или отраженные от него отклики вдоль оси времени или расстояния.

Фильрация во временной области позволяет подавить мешающие отклики, вызванные возможными переотражениями в оснастке, или выделить полезные отклики цепи, затем выполнить обратное преобразование в частотную область и получить свободную от помех измеряемую характеристику. Например, можно подавить отклики от переходов или соединителей и исключить их влияние на результаты измерения исследуемого устройства.

На рисунке 3 в качестве примера приведена искаженная паразитными откликами ЧХ и её эквивалент во временной области. После задания параметров и выбора режима фильтрации происходит подавление мешающих откликов и их влияния на ЧХ.


Рисунок 3_1 — Пример преобразования во временную область.jpg    Рисунок 3_2.jpg


Рисунок 3 — Пример преобразования во временную область


3. Встраивание/исключение цепей

Если калибровка выполнена в одном тракте, а измерять необходимо в другом, приходится применять некоторую оснастку — крепления, переходы и т.п., существенно искажающие результаты измерений. Исключить влияние цепи, включенной между плоскостью калибровки и исследуемым устройством, позволяет функция «исключение цепи». Функция «встраивание цепи», наоборот, вносит влияние несуществующей при измерениях цепи (рисунок 4). Это может быть полезно при настройке устройства, которое будет включено в блок, содержащий некоторые корректирующие цепи или нагрузки. В ВАЦ серии «Панорама» плоскость калибровки может быть перемещена с помощью программных функций смещения плоскости калибровки, включая возможность параметрического описания цепей, а также встраивания/исключения цепей, реализованных в программном обеспечении (ПО) «Graphit» и «xVNA» (рис. 4) [3].


Рисунок 4 — Окно встраивания/исключения цепей в ПО «Graphit».jpg


Рисунок 4 — Окно встраивания/исключения цепей в ПО «Graphit»


4. Многопортовые измерения с применением расширителей портов М426/М826 производства компании «Микран»

При разработке или тестировании делителей, сумматоров, переключателей, сложных антенных систем и других многопортовых устройств без потерь времени за счет матричного управления возможно использование электромеханических расширителей портов М426/М826, разработанных для совместного использования с ВАЦ серии «Панорама». Данные расширители могут иметь 4 и 8 измерительных портов (рис. 5).

Рисунок 5 — Внешний вид измерительной установки, состоящей из ВАЦ Р4226 и блока расширения портов М426


Рисунок 5 — Внешний вид измерительной установки, состоящей из ВАЦ Р4226 и блока расширения
портов М426

Расширители портов имеют потери на проход не более 6 дБ и высокое согласование. При подключении расширителя в многопортовом режиме возможно измерение мощности, точки компрессии и коэффициента шума (КШ).

Подключение блока расширения портов осуществляется непосредственно в тракт наружных перемычек цепей источника сигналов и приемника ВАЦ до ответвителей измерительного порта. Это обеспечивает расширение коммутационной матрицы источника сигналов, используемого ВАЦ, и создает большее количество коммутируемых ею выходов. Также при данной реализации основные порты ВАЦ остаются свободными для проведения измерений (рис. 6) [4].


Рисунок 6 — Структурная схема блока расширения портов М826, работающего совместно с ВАЦ серии «Панорама»


Рисунок 6 — Структурная схема блока расширения портов М826, работающего совместно  с ВАЦ серии «Панорама»

Отличительной особенностью является то, что использование вынесенных направленных ответвителей на каждый измерительный канал расширителя позволяет получать высокую стабильность калибровки и обеспечивает минимальное ухудшение эффективных параметров измерителя.

При эксплуатации представленных многопортовых измерительных систем можно осуществлять упрощенную калибровку, что позволяет значительно ускорить общее время проводимых измерений. В данном случае нет необходимости применять традиционные методы, которые требуют измерений параметров каждого из трактов прохождения сигналов. Для калибровки портов на отражение достаточно выполнить эту операцию для одного порта, а показатели для остальных портов рассчитать, используя технологию QSOLT, после калибровки на проход [5]. При таком подходе достаточно просто обеспечить полную многопортовую калибровку с использованием электронного калибратора или набора калибровочных мер. Следует отметить, что имеется возможность калибровать и измерять только необходимую часть матрицы
S-параметров, значительно увеличивая производительность устройства. Также возможно выполнить полную калибровку, а в процессе измерений переключаться между полной и упрощенной коррекцией.


5. Измерение коэффициента шума

ВАЦ Р4226А с опцией «ИКШ» позволяет проводить измерение КШ. Существует два основных метода измерения: метод прямого измерения шума (холодного источника) и метод Y-фактора (холодного/горячего источника). Последний применяется в большинстве выпускаемых измерителей коэффициента шума. Такой метод подразумевает наличие генератора шума (ГШ) на входе измеряемого устройства во время проведения измерения. Подобный подход, например, применяется в измерителе коэффициента шума серии «Х5М». Применяемый в ВАЦ алгоритм векторной коррекции (компенсации рассогласований между исследуемым устройством и измерителем), скалярной калибровки (измерение собственного коэффициента шума измерителя) и векторной калибровки (исключение влияния выходного импеданса исследуемого устройства) повышает точность измерения.

В ВАЦ серии «Панорама» для измерений применяется метод прямого измерения КШ с векторной коррекцией. Данный метод подразумевает наличие ГШ только во время проведения калибровки, далее ГШ не участвует в процессе измерения. Такой подход позволяет повысить точность измерения КШ, переносить плоскость калибровки и выполнять несколько измерений за одно подключение к ВАЦ. ПО xVNA позволяет выполнять измерения относительной мощности шума T/T0, эффективную шумовую температуру Te, ENR и КШ NF. При использовании электронного калибратора в качестве тюнера импеданса (7 состояний) возможно измерение шумовых параметров — Fmin, Гopt, Rn.

Для расчета коэффициента шума используется следующее отношение (1):

 Снимок.PNG 

где   NoutDUT   — мощность шума на выходе исследуемого устройства (ИУ), выделяемая на нагрузке Z0 (в полосе приёмника ВАЦ);

N0 – мощность теплового шума холодного (290̊ K) источника (в полосе приёмника ВАЦ);

|S21|2 — коэффициент передачи мощности ИУ, нагруженного на Z0;

Z0 — системный импеданс.


Третья часть: Решение задач по измерению и контролю электрических параметров ЭКБ СВЧ диапазона (часть 3)